Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép, có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

TRẦN THỊ THOA

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP, CĨ SỬ
DỤNG MỘT PHẦN CỐT LIỆU TỪ BÊ
TÔNG CŨ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐỒNG NAI, NĂM 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

TRẦN THỊ THOA

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP, CĨ SỬ
DỤNG MỘT PHẦN CỐT LIỆU TỪ BÊ
TÔNG CŨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ NGÀNH: 8580201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN NGHIÊN CỨU

TS: LÊ ĐỨC HIỂN

ĐỒNG NAI, NĂM 2020


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, hƣớng dẫn nhiệt
tình của các thầy, cô trƣờng Đại Học Lạc Hồng, đến nay tác giả đã hồn thành đề tài
nghiên cứu của mình. Với lòng biết ơn chân thành, tác giả xin cảm ơn ngƣời thầy trực
tiếp đã hƣớng dẫn tận tình TS. Lê Đức Hiển, Khoa Sau Đại Học, Khoa Kỹ Thuật
Cơng Trình – Trƣờng Đại Học Lạc Hồng cùng toàn thể các thầy, cô đã giảng dạy,
tham gia quản lý và giúp đỡ cho tác giả trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ định
hƣớng phƣơng pháp nghiên cứu.
Với sự cố gắng của tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài, song không thể
thể tránh khỏi những mặt hạn chế, thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến
đóng góp quý báu và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Một lần nữa, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tồn thể các thầy cơ,
các bạn trong lớp 18CX911 khóa 2018 và Q thầy, cơ Khoa Sau Đại học Trƣờng Đại
học Lạc Hồng. Kính chúc các Thầy các Cơ, các bạn thành cơng trên con đƣờng phía
trƣớc.
Trân trọng cảm ơn!
Đồng Nai, ngày 11 tháng 12 năm 2020
Tác giả

Trần Thị Thoa


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả : Trần Thị Thoa.
Sinh ngày: 28/12/1986

Quê quán: Nam Định.
Nơi công tác: Ban Quản lý dự án đầu tƣ xây dựng tỉnh Đồng Nai.
Tác giả xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm Bê
tơng cốt thép, có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tơng cũ” đây là cơng trình nghiên
cứu của riêng tác giả. Các kết quả trong luận văn là trung thực.
Tác giả xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ
rõ nguồn gốc.
Đồng Nai, ngày 11 tháng 12 năm 2020
Tác giả

Trần Thị Thoa


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong các loại vật liệu phế thải xây dựng đƣợc phá dỡ từ cơng trình cũ, tác giả
định hƣớng nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm BTCT có sử dụng một phần cốt
liệu từ bê tông cũ thông qua việc xác định cƣờng độ chịu nén, chuyển vị và biến dạng
của bê tông và cốt thép trong dầm có sử dụng bê tơng cũ làm cốt liệu thay thế cho cốt
liệu tự nhiên. Nghiên cứu thử nghiệm đƣợc trình bày trong bài viết này đƣợc thực hiện
để thực nghiệm ứng xử uốn của dầm sử dụng bê tơng cốt thép M200 có sử dụng bê
tơng cũ theo các tỉ lệ 0%; 30%; 40% và 50% để đánh giá chất lƣợng của cốt liệu thô
tái chế. Bên cạnh đó so sánh thực nghiệm và lý thuyết tính tốn dầm chịu uốn trên cơ
sở TCVN 5547-2018 để rút ra kết luận của ứng xử từ cốt liệu bê tông cũ.


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2
5. Ý nghĩa của luận văn ................................................................................................... 3
6. Bố cục của luận văn ..................................................................................................... 3
Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ......................................................................... 4

1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu .......................................................................... 4
1.2 Các nghiên cứu liên quan ........................................................................................ 5
1.2.1 Các nghiên cứu nƣớc ngoài ............................................................................. 5
1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nƣớc .......................................................................... 9
1.3 Khái niệm và phân loại bê tông .............................................................................. 9
1.3.1 Khái niệm ........................................................................................................ 9
1.3.2 Ƣu và nhƣợc điểm của bê tông ...................................................................... 10
1.3.3 Phân loại bê tông: .......................................................................................... 10
1.3.4 T nh chất làm việc của bê tông ...................................................................... 12
1.3.5 Phƣơng pháp và công thức xác định cƣờng độ chịu nén của bê tông ........... 12
1.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tông ................................................. 13


1.4.1 Ảnh hƣởng của cƣờng độ đá xi măng............................................................ 13
1.4.2 Ảnh hƣởng của cốt liệu.................................................................................. 15
1.4.3 Ảnh hƣởng của cấu tạo bê tông ..................................................................... 16
1.4.4 Ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng bảo dƣỡng.......................................... 17
1.5 Biến dạng của bê tông ........................................................................................... 18

1.5.1 Biến dạng do co ngót ..................................................................................... 18
1.5.2 Biến dạng do tải trọng ngắn hạn .................................................................... 18
1.5.3 Biến dạng do tải trọng dài hạn – Từ biến ...................................................... 19
1.5.4 Biến dạng do tải trọng lặp ............................................................................. 21
1.5.5 Biến dạng do nhiệt ......................................................................................... 21
1.6 Tóm tắt chƣơng 1 .................................................................................................. 21
Chƣơng 2

CƠ SỞ CHẾ TẠO VÀ TÍNH TỐN DẦM CHỊU UỐN BÊ TƠNG

CỐT THÉP

............................................................................................................... 22

2.1 Tính chất cơ bản của hỗn hợp bê tơng .................................................................. 22
2.1.1 Tính dẻo của bê tơng ..................................................................................... 22
2.1.2 Tính thấm nƣớc của bê tơng .......................................................................... 24
2.1.3 Tính co nở của thể tích bê tơng ..................................................................... 25
2.1.4 Tính chịu nhiệt của bê tơng ........................................................................... 26
2.2 Phế liệu xây dựng và tái chế phế liệu xây dựng ................................................... 26
2.2.1 Phế liệu xây dựng .......................................................................................... 26
2.2.2 Tái chế phế liệu trong xây dựng làm cốt liệu cũ cho bê tông........................ 28
2.2.3 Hiệu quả của việc tái sử dụng phế liệu xây dựng .......................................... 30
2.3 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ bê tông cũ trong chế tạo bê tông kết cấu 31
2.3.1 Tổng quan về cốt liệu bê tông tái chế ............................................................ 32
2.3.2 Các giải pháp nâng cao chất lƣợng cốt liệu tái chế ....................................... 36


2.3.1 Thành phần, tính chất của hỗn hợp bê tơng sử dụng bê tông tái chế làm cốt
liệu

....................................................................................................................... 39

2.3.2 Giải pháp nâng cao chất lƣợng bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ...... 46
2.4 Thành phần hạt và đƣờng cong cấp phối của đá bê tông cũ ................................. 49
2.5 Tính tốn dầm bê tơng cốt thép theo các tiêu chuẩn............................................. 51
2.5.1 T nh tốn dầm bê tơng cốt thép theo TCVN 5574-2018 ............................... 51
2.6 Tóm tắt chƣơng 2 .................................................................................................. 56
Chƣơng 3

THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT, CÓ

SỬ DỤNG MỘT PHẦN CỐT LIỆU TỪ BÊ TÔNG CŨ ............................................. 57
3.1 Thiết kế mẫu th nghiệm ....................................................................................... 57
3.1.1 Thiết kế cấp phối bê tông .............................................................................. 57
3.1.2 Chuẩn bị mẫu th nghiệm .............................................................................. 57
3.2 Cơng tác thí nghiệm .............................................................................................. 58
3.2.1 Thiết kế dầm th nghiệm ................................................................................ 58
3.2.2 Tiến hành lắp đặt thiết bị đo biến dạng vào mẫu th nghiệm ........................ 59
3.2.3 Công tác đổ và bảo dƣỡng bê tông dầm ........................................................ 60
3.2.4 Tiến hành th nghiệm ..................................................................................... 61
3.3 Kết quả nghiên cứu ............................................................................................... 62
3.3.1 Hình ảnh của mẫu thí nghiệm ........................................................................ 62
3.3.2 Kết quả thực nghiệm dầm .............................................................................. 64
3.3.3 Biểu đồ so sánh biến dạng cốt đai ................................................................. 66
3.3.4 Biểu đồ so sánh biến dạng cốt dọc ................................................................ 68
3.3.5 Biểu đồ so sánh biến dạng ............................................................................. 70
3.4 Phân tích dầm chịu uốn theo thực nghiệm với từng tỷ lệ thay thế ....................... 72
3.5 So sánh biến dạng mẫu với từng tỷ lệ thay thế ..................................................... 77
3.6 Tính tốn khả năng chịu uốn của dầm theo TCVN 5574 - 2018 .......................... 79

3.7 Tóm tắt chƣơng 3 .................................................................................................. 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC BẢNG BIỂU
ng .

số

tl

n v tl u

v

1 ................................................................. 14

B ng 2.1 Phân loạ độ sụt bê tông ................................................................................ 23
B ng 2.2 Sự ản

ởng của h thống lỗ rỗn đến tính ch t của bê tơng ..................... 34

B ng 2.3 Kết quả nghiên cứu ản

ởng của loại và

ml

n CLTC đến

ờn độ

nén của bê tơng .............................................................................................................. 41
B ng 2.4 Ản
BTCLTC ó
B ng 2.5 Ản

ởng của tỷ l N/X đến
ml

ờn độ nén của ........................................... 42

ng CLTC khác nhau ..................................................................... 42

ởng của

ml

ng . T n p n ạt ủa đ
ng . Kết quả p n t

ủa

n CLTC đến mô đun đ n ồi của bê tông ............. 42
tôn
tôn

................................................................ 49
n s n ........................................... 50

B ng 3.1 C p phối bê tông cho 01m3 bê tông với cốt li u tự nhiên ............................. 57
B ng 3.2 C p phối bê tông cho các tỉ l thí nghi m ..................................................... 59
B ng 3.3 Tổng h p các lực trung bình phá hoại d m ................................................. 72
B ng 3.4 Tổng h p các

uyển vị của d m ................................................................. 73

B ng 3.5 Tổng h p các

ến dạn

ốt đa của d m ..................................................... 74

B ng 3.6 Tổng h p các

ến dạn

ốt ốt dọ của d m .............................................. 75

B ng 3.7 Tổng h p các

ến dạn

tôn của d m .................................................... 76

B ng 3.8 Chi tiết

ờn độ mẫu thử kiểm tra chịu uốn của d m ................................. 79

B ng 3.9 Bảng tính khả năn
0% cốt li u

................................................................................................................ 80

B ng 3.10 Bảng tính khả năn
30% cốt li u

ịu uốn của d m theo TCVN 5574-2018, tr ờng h p

.............................................................................................................. 80

B ng 3.11 Bảng tính khả năn
40% cốt li u

ịu uốn của d m theo TCVN 5574-2018, tr ờng h p

ịu uốn của d m theo TCVN 5574-2018, tr ờng h p

.............................................................................................................. 81


B ng 3.12 Bảng tính khả năn
50% cốt li u

ịu uốn của d m theo TCVN 5574-2018, tr ờng h p

.............................................................................................................. 81

B ng 3.13 Bảng so sánh khả năn

ịu uốn trung bình của d m theo lý thuyết và thực

nghi m ........................................................................................................................... 82


DANH MỤC HÌNH ẢNH
nh . Bảo tàng V&A Dundee - Bê tông tái chế đú sẵn mà mặt tiền thô mộc .......... 6
Hình 1.2 Tỷ l PLXD và mứ độ tái sử dụng PLXD ở
nh .

ự p ụ t uộ

ủa

ờn độ

tôn v o l

n ớc trên thế giới ............... 8
n n ớ n

o trộn.................... 15

nh . Công tác bảo d ỡng bê tơng cho cơng trình xây dựng ................................. 17
Hình 1.5 ồ thị ứng su t – Biến dạng của bê tơng ...................................................... 19
Hình 1.6 ồ thị biểu diễn từ biến của bê tơng .............................................................. 20
Hình 2.1 C

đo độ sụt của bê tơng ............................................................................ 22

Hình 2.2 Thiết bị x

định tính chống th m của bê tơng .............................................. 24

Hình 2.3 ộ co ngót ...................................................................................................... 25
Hình 2.4 ơ đồ các hình thức tái sử dụng PLXD trong xây dựng ................................ 28
Hình 2.5 ơ đồ công ngh tái chế phế li u trong xây dựng .......................................... 28
Hình 2.6 ơ đồ

ơn đoạn tái chế phế li u xây dựng............................................. 29

Hình 2.7 ơ đồ trạm rửa tái chế phế li u xây dựng ...................................................... 30
Hình 2.8 Hình dạng hạt và thành ph n của CLBTTC .................................................. 32
Hình 2.9 Sự phân bố k
t

ờng, bê tơng ch t l

t

ớc lỗ rỗng của hạt cốt li u bê tông tái chế từ bê tông

ng cao so với CLTN ............................................................... 34

Hình 2.10 Quan h giữa

ml

ng vữa

vớ độ út n ớc ....................................... 35

Hình 2.11 ơ đồ h thống sản xu t CLBTTC có sử dụn p
b n p

ơn p

p xử lý bề mặt

ơn p p óa- lý............................................................................................. 36

Hình 2.12 ơ đồ quá trình tái chế cốt li u ch t l

ng cao b n p

ơn p

p xử lý

nhi t kết h p máy nghiền ma sát ................................................................................... 37
Hình 2.13 ơ đồ quá trình cải thi n bề mặt CLBTTC b ng d u khống ..................... 37
Hình 2.14 ơ đồ q trình cải thi n bề mặt CLBTTC b ng dung dịch silane .............. 38
Hình 2.15 Ản

ởng của

ml

n CLBTTC v CLTC đến

ờn độ nén của bê

tông ................................................................................................................................ 41


Hình 2.16 Quan h ứng su t- biến dạng ....................................................................... 43
Hình 2.17 Quan h ứng su t- biến dạng của bê tơng sử dụng CLNBTTC ................... 43
Hình 2.18 ộ út n ớc của bê tông sử dụng các loại CLTC khác nhau ...................... 45
Hình 2.19 ộ co khơ của bê tơng sử dụng CLBTTC theo thời gian ............................. 45
Hình 2.20 Tố độ th m iôn clo của bê tông sử dụng CLBTTC .................................... 45
Hình 2.21 So sánh thành ph n bê tơng sử dụng CLTN và CLBTTC ............................ 47
Hình 2.22 Sự phát triển

ờn độ nén (trái) và c u trúc lỗ rỗng (phải) của BTCLTC48

Hình 2.23 So sánh ản

ởng của các loại phụ

a k o n đến tố độ truyền sóng

siêu âm trong bê tơng .................................................................................................... 49
Hình 2.24 B ểu đồ t

n p

n ạt ủa đ

tơn

.................................................. 50

Hình 2.25 ơ đồ nội lực và biểu đồ ứng su t trên tiết di n thẳng góc với trục dọc c u
ki n bê tông cốt thép chịu uốn k

t n to n t eo độ bền .............................................. 54

Hình 2.26 Vị trí biên vùng chịu nén trên tiết di n của c u ki n bê tơng cốt thép chịu
uốn ................................................................................................................................. 55
Hình 3.1Chuẩn bị ván khn và buộc cốt thép ............................................................. 57
Hình 3.2 V t li u cốt thép D10 ..................................................................................... 58
Hình 3.3 Cảm biến Strain Gages .................................................................................. 58
Hình 3.4 ơ đồ mặt cắt ngang d m thí nghi m thép..................................................... 59
Hình 3.5 Tiến hành lắp đặt thiết bị đo
và thiết bị đo

ến dạng (Strain Gauges) trên bề mặt bê tông

uyển vị LVDTs...................................................................................... 60

Hình 3.6 Cơng tác bảo d ỡng bê tơng d m .................................................................. 61
Hình 3.7 Máy nén d m (Phịng thí nghi m Tr ờn

ại học Lạc Hồng)...................... 61

Hình 3.8 Lắp đặt d m thí nghi m và thiết bị ghi .......................................................... 62
Hình 3.9 Biến dạng của mẫu với tỉ l cốt li u

l 0% ............................................... 62

Hình 3.10 Biến dạng của mẫu với tỉ l cốt li u

l 30% ........................................... 63

Hình 3.11 Biến dạng của mẫu với tỉ l cốt li u

l 40% ........................................... 63


Hình 3.12 Biến dạng của mẫu với tỉ l cốt li u

l 50% ........................................... 64

Hình 3.13 Kết quả chuyển vị với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 0% ..................... 64
Hình 3.14 Kết quả chuyển vị với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 30% ................... 65
Hình 3.15 Kết quả chuyển vị với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 40% ................... 65
Hình 3.16 Kết quả chuyển vị với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 50% ................... 66
Hình 3.17 Kết quả biến dạng cốt đa với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 0% ........ 66
Hình 3.18 Kết quả biến dạng cốt đa với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 30% ...... 67
Hình 3.19 Kết quả biến dạng cốt đa với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 40% ...... 67
Hình 3.20 Kết quả biến dạng cốt đa với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 50% ...... 68
Hình 3.21 Kết quả biến dạng cốt dọc với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 0% ........ 68
Hình 3.22 Kết quả biến dạng cốt dọc với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 30% ...... 69
Hình 3.23 Kết quả biến dạng cốt dọc với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 40% ...... 69
Hình 3.24 Kết quả biến dạng cốt dọc với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 50% ...... 70
Hình 3.25 Kết quả biến dạng bê tơng với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 0%........ 70
Hình 3.26 Kết quả biến dạng bê tơng với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 30%...... 71

Hình 3.27 Kết quả biến dạng bê tơng với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 40%...... 71
Hình 3.28 Kết quả biến dạng bê tơng với mẫu d m có tỷ l thay thế cốt li u 50%...... 72
Hình 3.29 Lực nén mẫu phá hoạ trun

ìn đối với từng tỷ l thay thế (kN) ............. 73

Hình 3.30 Chuyển vị của d m đối với từng tỷ l thay thế (mm) ................................... 74
Hình 3.31 Biến dạng cốt đa ủa d m đối với từng tỷ l thay thế (‰) ......................... 75
Hình 3.32 Biến dạng cốt cọc của d m đối với từng tỷ l thay thế (‰) ........................ 76
Hình 3.33 Biến dạng bê tơng của d m đối với từng tỷ l thay thế (‰) ........................ 77
Hình 3.34 So sánh chuyển vị giữa tr ờng h p có sử dụng 0% , 30% , 40% và 50% v t
li u

tơn

t ay t ế .................................................................................................. 77

Hình 3.35 So sánh biến dạng cốt đa
50% v t li u

tơn

ữa tr ờng h p có sử dụng 0% , 30% , 40% và

t ay t ế ................................................................................... 78


Hình 3.36 So sánh biến dạng cốt dọc giữa tr ờng h p có sử dụng 0% , 30% , 40% và
50% v t li u

tôn

t ay t ế ................................................................................... 78

Hình 3.37 So sánh biến dạng bê tơng giữa tr ờng h p có sử dụng 0% , 30% , 40% và
50% v t li u

tôn

t ay t ế ................................................................................... 79

Hình 3.38 Biểu đồ so sánh khả năn

ịu uốn của d m theo thí nghi m và lý thuyết . 82


DANH MỤC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

BTCT

Bê tông cốt thép

CLTN

Cốt liệu tự nhiên

PLXD

Phế liệu xây dựng

CTR

Chất thải rắn

CLBTTC

Cốt liệu Bê tông tái chế

CLLBTTC

Cốt liệu lớn Bê tông tái chế

CLNBTTC

Cốt liệu nhỏ Bê tông tái chế

BTTC

Bê tông tái chế

CLTC

Cốt liệu tái chế

BTCLTC

Bê tông cốt liệu tái chế

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam


1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, khi vấn đề bảo vệ môi trƣờng càng trở nên cấp thiết hơn bao
giờ hết thì yêu cầu tái chế tất cả các loại vật liệu cũ là một vấn đề đƣợc tất cả
các quốc gia trên thế giới quan tâm, trong đó có cả Việt Nam.
Trong nhiều thế kỷ vừa qua, con ngƣời ln tìm kiếm một vật liệu xây dựng
thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. Cùng với
sự phát triển chung của khoa học, nhiều loại vật liệu mới đã đƣợc nghiên cứu và
chế tạo thành cơng trong đó có bê tơng cốt liệu tái chế (Textile-Reinforced
Concrete, TRC). Bê tông cốt liệu tái chế là một thành tựu mới trong lĩnh vực kết
cấu bê tông, đƣợc phát triển đầu tiên tại Đức bởi hai trung tâm nghiên cứu tại
trƣờng Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden và trƣờng Đại học Kỹ thuật RWTH
Aachen từ những năm 1990.
Hiện nay, “xanh hóa” mơi trƣờng đã trở thành ƣu tiên hàng đầu trong xã hội
của chúng ta và kiến trúc bền vững hiện đi đầu trong cuộc cách mạng này. Theo
thống kê tại Việt Nam, chỉ t nh riêng địa bàn TP HCM, mỗi ngày có khoảng
2.000 tấn phế liệu xây dựng, nhƣng chỉ khoảng 1.000 tấn trong số này đƣợc đổ
đúng nơi quy định. Việc đổ trộm xà bần, ảnh hƣởng đến nhiều cơng trình khác và
gây mất mỹ quan thành phố. Trong bối cảnh rất nhiều nhà thiết kế tập trung
nghiên cứu các vật liệu mới để thay thế vật liệu trong tự nhiên, việc sử dụng vật
liệu tái chế đang dần trở thành phƣơng pháp thiết kế hiệu quả và mang tính thẩm
mỹ riêng của kiến trúc bền vững. Việc phá hủy các tịa nhà cũ, các cơng trình
xuống cấp là hiện tƣợng thƣờng xuyên là việc làm thƣờng xuyên trên thế giới
ngày nay. Tái sử dụng vật liệu nhƣ: phế liệu xây dựng (xà bần) từ những cơng
trình bị phá bỏ nhƣ: chung cƣ, công sở, nhà tƣ nhân, các tòa nhà cũ… đang trở
thành xu hƣớng mới trong ngành xây dựng. Sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong

hỗn hợp bê tông mới giúp tiết kiệm không gian chôn lấp, giảm nhu cầu khai thác
và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trƣờng.
Để tận dụng lại một phần phế liệu sau phá dỡ cơng trình kết cấu bê tơng
cốt thép, đồng thời góp phần bảo vệ môi trƣờng, bằng cách nghiên cứu trong các


2
phế phẩm đƣa đi san lấp để xem xét nghiên cứu thực hiện tái chế bê tông cũ
thành cốt liệu thay thế một phần hay hồn tồn cho bê tơng mới sử dụng trong
kết cấu các cơng trình xây dựng.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là so sánh khả năng chịu uốn của dầm
bê tông cốt thép, sử dụng cốt liệu bê tông cũ đƣợc thay thế tỷ lệ đá 1x2 (cốt liệu
tự nhiên) bằng cốt liệu đá 1x2 (cốt liệu từ bê tông tái chế) theo các tỉ lệ 0%; 30%;
40% và 50% bằng phƣơng pháp thử nghiệm vật liệu, khả năng chịu uốn của dầm
bê tông cốt thép, đánh giá chất lƣợng của cốt liệu thơ tái chế. Để hồn thành
đƣợc mục tiêu nghiên cứu này cần phải hoàn thành các mục tiêu cụ thể bao gồm:
- Cƣờng độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế và cốt
liệu tự nhiên
- So sánh cƣờng độ chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu thô tái chế
đƣợc thay thế theo tỷ lệ 0%, 30%, 40% và 50% cốt liệu tự nhiên.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Khả năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép M200
có k ch thƣớc dầm 80x150x1200; cốt thép chịu lực D10, cốt thép đai D6 với
khoảng cách 150mm; lớp bê tông bảo vệ 20mm; dầm chịu uốn tại 1 điểm giữa
dầm.
Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép với tỷ lệ
khác nhau của dầm bê tông cốt liệu tự nhiên với dầm bê tông cốt liệu tái chế thay
thế 0%, 30%, 40% và 50%. Điều kiện bảo dƣỡng bê tông trong phịng thí
nghiệm, thời gian nén bê tơng ở độ tuổi 28 ngày.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết đƣợc thực hiện trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế
kết cấu bê tông cốt thép. Phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc thực hiện để đánh giá
ảnh hƣởng cốt liệu đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép và đƣa ra
đánh giá. Đề tài dựa trên cơ sở của phƣơng pháp tiêu chuẩn Việt Nam gồm:


3
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105:1993 về Hỗn hợp bê tông và bê tông
nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử.
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3106:1993 về Hỗn hợp bê tông nặng Phƣơng pháp thử độ sụt.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 về bê tông nặng - phƣơng pháp
xác định cƣờng độ nén.
- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10303: 2014 về Bê tông – Kiểm tra và đánh
giá cƣờng độ chịu nén.
- Quyết định 1329/QĐ-BXD của Bộ Xây dựng ngày 19/12/2016 công bố
định mức sử dụng vật liệu trong xây dựng.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 về cốt liệu cho bê tông và vữa yêu cầu kỹ thuật
5. Ý nghĩa của luận văn
Ý nghĩa khoa học của luận văn: Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm
Bê tơng cốt thép có sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ bằng phƣơng pháp lý
thuyết kết hợp với thí nghiệm, từ đó lựa chọn phƣơng pháp t nh toán tỷ lệ phần
trăm cốt liệu cũ cho phù hợp với kết cấu dầm bê tông cốt thép.
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể coi
là tài liệu tham khảo tốt cho việc ứng dụng bê tông cốt liệu cho kết cấu dầm bê
tông tại Việt Nam.
6. Bố cục của luận văn
Bố cục luận văn gồm 03 chƣơng:
Chƣơng 1. Tổng quan về đề tài

Chƣơng 2. Cơ sở chế tạo và tính tốn dầm chịu uốn bê tông cốt thép
Chƣơng 3. Thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm Bê tơng cốt thép có
sử dụng một phần cốt liệu từ bê tông cũ.


4
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu
Hiện nay khi mà quá trình cơng nghiệp hóa địi hỏi xây dựng mới và nâng
cấp rất nhiều cơng trình xây dựng, lƣợng phế liệu xây dựng trong đó phần lớn là
bê tơng vẫn chƣa đƣợc xử l một cách triệt để và hữu ch. Không những thế việc
khai thác đá quá mức phục vụ cho các cơng trình xây dựng nhƣ hiện nay đã và
đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, đe dọa nghiêm trọng tới cảnh quan,
môi trƣờng sinh thái và ảnh hƣởng tới một số ngành kinh tế khác.
Trong quá trình xây dựng, chúng ta đang sử dụng một lƣợng lớn các
nguồn tài nguyên thiên nhiên. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này có hạn và việc
khai thác cốt liệu tự nhiên (CLTN) sẽ tác động lớn đến môi trƣờng sinh thái.
Trong khi đó, việc xây dựng, cải tạo nâng cấp và phá dỡ các cơng trình, sẽ thải ra
lƣợng lớn phế liệu trong xây dựng (PLXD). Nhƣng lƣợng phế liệu này lại chƣa
đƣợc tận dụng, gây ơ nhiễm mơi trƣờng. Vì thế, nhiều nƣớc trên thế giới đã và
đang nỗ lực tìm kiếm mọi cách để có thể sử dụng lại và tái chế các loại PLXD
nhằm giải quyết đồng thời các vấn đề trên.
Bê tông là loại vật liệu chủ yếu chiếm khối lƣợng lớn trong các cơng trình
xây dựng. Theo ƣớc t nh hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 2 tỉ m3 bê tơng các
loại. Ngồi ra, bê tơng là một trong những loại vật liệu xây dựng cơ bản nhất,
quyết định phần nào mức độ phát triển của văn minh nhân loại. So với các loại
vật liệu xây dựng khác, bê tơng có nhiều ƣu thế hơn hẳn nhƣ chế tạo đơn giản,
dễ tạo hình, giá thành thấp do sử dụng đƣợc nguồn nguyên liệu địa phƣơng, có
cƣờng độ nén cao, bê tông bền nƣớc và ổn định với các tác động của mơi trƣờng,
có mơ đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự

ứng lực, v.v...
Việc tái chế phế liệu bê tông trong xây dựng giúp bảo vệ môi trƣờng, đồng
thời sẽ giảm sử dụng nguyên vật liệu thiên nhiên. Để tận dụng hiệu quả phế liệu
bê tông, có thể sử dụng các loại phế liệu bê tơng làm cốt liệu trong sản xuất bê
tông. T nh đến nay đã có nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu từ q trình tái
chế phế liệu bê tơng đến việc thiết kế thành phần bê tông và nghiên cứu các tính


5
chất cơ lý, độ bền lâu của bê tông cốt liệu tái chế. Có thể thấy rằng, bê tơng cốt
liệu tái chế thƣờng có các tính chất cơ học thấp hơn so với bê tông cốt liệu tự
nhiên, khả năng chịu lực của kết cấu bê tông cốt liệu tái chế cũng thấp hơn so với
kết cấu bê tông cốt liệu tự nhiên. Điều này là do hạt cốt liệu tái chế thƣờng có
cấu tạo rỗng xốp do có phần vữa cũ bám d nh, có nhiều vết nứt do q trình gia
cơng cốt liệu. Nhƣng loại bê tơng này vẫn có thể đảm bảo yêu cầu của một số
dạng kết cấu nhất định, kể cả trong kết cấu chịu lực khi sử dụng các biện pháp
nâng cao chất lƣợng.
Song song đó khi mà q trình cơng nghiệp hóa địi hỏi xây dựng mới các
cơng trình và nâng cấp nhiều cơng trình xây dựng hoặc phá vỡ nhiều cơng trình
cũ xuống cấp rất nhiều và cần phá vỡ chúng, quá trình này đã sản sinh ra khối
lƣợng lớn phế liệu xây dựng phần lớn là bê tông vẫn chƣa đƣợc xử lý một cách
triệt để và hữu ch. Đã có khá nhiều các cơng trình nghiên cứu khoa học xác định
mối liên hệ, khả năng chịu nén của bê tông có sử dụng bê tơng cũ làm cốt liệu
xung quanh trong các kết cấu của cơng trình. Tuy nhiên, những nghiên cứu này
vẫn chƣa đƣa ra đƣợc các kết quả cụ thể và chi tiết vì các giới hạn về điều kiện
nghiên cứu, vì các loại vật liệu sử dụng để nghiên cứu…
1.2 Các nghiên cứu liên quan
1.2.1 Các nghiên cứu nƣớc ngoài
Các quốc gia phát triển nhƣ Mỹ, Singapore, Pháp, Đức, Bỉ và
Luxembourg đã có những ch nh sách và biện pháp để xử lý bê tông phế liệu xây

dựng, đồng thời sử dụng cốt liệu bê tông tái chế trong xây dựng.
T i
Bê tông dùng cho xây dựng và bê tông phế liệu chiếm xấp xỉ 135 triệu tấn
mỗi năm, tƣơng đƣơng với 1,36kg/ngƣời/ngày. Phế liệu xây dựng có thể tái chế
đều đƣợc xử lý khi kết thúc vòng đời để bắt đầu một “cuộc sống” mới hữu ch
hơn nhƣ sử dụng để xây dựng vỉa hè hoặc các cơng trình khác, giúp giảm lƣợng
chất thải ra mơi trƣờng và giảm nhu cầu cho nguyên liệu mới cho xây dựng.
Cơ quan Vận tải Liên bang Hoa Kỳ (STA) trong nhiều năm qua đã đẩy
mạnh việc sử dụng thƣờng xuyên bê tông tái chế nhƣ một dạng cốt liệu. Các
thông số kỹ thuật, thực tiễn xây dựng và các thách thức trong việc thực hiện cũng


6
đƣợc cơ quan này ghi lại và nghiên cứu. Thông tin này sau đó đƣợc phổ biến cho
tất cả các cơ quan vận tải các bang thông qua các hƣớng dẫn kỹ thuật, đào tạo
nếu cần.
STA đã lựa chọn các tiểu bang Minnesota, Utah, Virginia, Texas và
Michigan để nghiên cứu kỹ lƣỡng quy trình tổng hợp cốt liệu bê tơng tái chế tại
các khu vực này. Sau khảo sát, STA đã đƣa ra 5 số liệu để mô tả mức độ sử dụng
cốt liệu bê tông tái chế ở từng bang. Kết luận đƣợc STA rút ra từ những con số
này cho thấy: Bê tông thƣờng đƣợc tái chế để sử dụng làm đƣờng cao tốc ở Hoa
Kỳ; Ứng dụng ch nh của RCA ở Hoa Kỳ đƣợc coi nhƣ một vật liệu cơ bản; Việc
sử dụng RCA trong nhựa đƣờng nóng (HMA) khơng đƣợc chấp nhận rộng rãi ở
Hoa Kỳ.
T i Sing po
Tại Singapore, cốt liệu bê tông tái chế đã đƣợc sử dụng để xây dựng và cải
tạo nhiều cơng trình, trong đó có việc xây dựng cảng xuất nhập khẩu tại Sân bay
quốc tế Changi. Tập đoàn sân bay Changi đã khởi xƣớng dự án sử dụng bê tơng
tái chế từ việc phá dỡ các cơng trình quanh sân bay để tái tạo mặt sàn cứng cho
máy bay.

(Nguồn: M. Knaack Adam and Kurama Yahya C. 2013)
nh . Bảo t n V& Dundee - Bê tông t

ế đú sẵn m mặt t ền t ô mộ


7
Dự án đã thể hiện t nh khả thi của việc sử dụng RCA nhƣ một giải pháp
thay thế cho cốt liệu tự nhiên trong bê tông để xây dựng. Để khắc phục mặt sàn
cứng đã bị hỏng hóc, máy cắt thủy lực và bê tông phế liệu đã đƣợc vận chuyển
đến cơ sở tái chế gần đó để chế biến. Phế liệu này chủ yếu là bê tông nghiền, kim
loại màu. Việc chế biến đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng máy nghiền di động
kết hợp với hệ thống băng tải. Các quy trình ch nh bao gồm nghiền, sàng lọc
RCA theo k ch cỡ yêu cầu cho ứng dụng bê tông.
T i u mbou g
Hiện trạng quản lý chất thải ở Luxembourg đứng vị tr thứ 2 trong số 28
nƣớc châu Âu. Thứ hạng cao của quốc gia này cho thấy tỷ lệ phế liệu xây dựng
bao gồm cả đất đá đƣợc tái sử dụng lớn.
Theo khuynh hƣớng dẫn về xử lý chất thải của Châu Âu, các quốc gia thành
viên phải thực hiện các biện pháp cần thiết để đạt đƣợc mục tiêu thu hồi, tái sử
dụng và tái chế tối thiểu 70% (t nh theo trọng lƣợng) lƣợng phế liệu xây dựng
vào năm 2020. Tại Luxembourg, nguồn gốc chủ yếu của phế liệu xây dựng đến
từ các tịa nhà bao gồm gạch, ngói, gốm sứ, đất, thạch cao, vật liệu cách điện, gỗ
và kim loại. Bê tơng tái chế của Luxembourg có chất lƣợng trung bình.
Cốt liệu bê tông tái chế của Luxembourg sẽ đƣợc cấp chứng nhận từ
Laboratoire d’Essais des Matériaux des Ponts et Chausseés du Luxembourg.
RCA chủ yếu đƣợc sử dụng trong xây dựng đƣờng xá, lớp phụ gia trong xây
dựng nền móng nhƣng không đƣợc sử dụng trong sản xuất bê tông mới. Tuy
nhiên, việc sử dụng RCA vẫn chƣa đạt đƣợc mục tiêu mang t nh tiềm năng của

Luxembourg.
T i
Bối cảnh địa chất của Bỉ ảnh hƣởng đến sự phát triển của việc sử dụng cốt
liệu bê tông tái chế. Bỉ đƣợc chia thành 2 khu vực quản lý ch nh và cũng đại diện
cho 2 vùng địa lý khác nhau bao gồm khu vực nói tiếng Hà Lan, Flanders ở ph a
Bắc và khu vực nói tiếng Pháp, Wallonia ở ph a Nam.
Khu vực Flanders khuyến kh ch việc nghiên cứu và sử dụng cốt liệu bê tông
tái chế cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong khi đó, ở vùng Wallonia có một số


8
mỏ sa thạch, các chủ sở hữu mỏ đá đã ngăn chặn việc nghiên cứu sử dụng RCA
để duy trì các ƣu thế và quyền hạn của họ trên thị trƣờng.
T i Pháp
Theo các chuyên gia Pháp, quốc gia này có một số đơn đặt hàng nhỏ cho
các nƣớc khác trong việc phát triển các quy trình và yêu cầu chi tiết cho việc sử
dụng cốt liệu bê tông tái chế. Do đó, Ch nh phủ Pháp đã đƣa ra một dự án phạm
vi quốc gia về việc nghiên cứu và phát triển RCA đƣợc gọi là RECYBETON.
Mục đ ch của dự án này là thay đổi xu hƣớng bằng cách sử dụng lại tất cả các vật
liệu từ phế liệu bê tông nhƣ các thành phần bê tông mới, keo thủy lực.
T i ức
Theo các chuyên gia Đức, việc sử dụng RCA mang t nh khả thi. Tuy nhiên,
vẫn cịn một số hạn chế nhƣ quy trình sản xuất RCA khơng đƣợc thực hiện một
cách hiệu quả. Có những dự án xây dựng chỉ sử dụng vật liệu tái chế này ở quy
mô rất nhỏ so với số lƣợng dự án trên tổng thể và động lực thƣờng xuất phát từ
nhận thức về mơi trƣờng của một nhóm nhỏ. Bên cạnh đó, các tiêu chuẩn của
Đức cũng hạn chế những ứng dụng sử dụng cốt liệu bê tông tái chế.

(Nguồn: M. Knaack Adam and Kurama Yahya C. 2013)
Hình 1.2 Tỷ l PLXD v mứ độ t

sử dụn PLXD ở

n ớ tr n t ế

ớ


9
1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nƣớc
Năm 2005, Sau hai năm nghiên cứu, PGS.TSKH Nguyễn Ngọc Châu
thuộc Liên hiệp các hội KH&KT Việt Nam đã biến phế liệu chất thải rắn (CTR)
vô cơ (chủ yếu là cát, sỏi, đá, gạch vụn) để sản xuất... vật liệu xây dựng.
Trƣớc thực trạng phần lớn phế liệu sinh hoạt ở Việt Nam đƣợc chơn lấp,
vừa lãng phí, vừa gây ơ nhiễm, TS Châu nảy ra ý tƣởng tận dụng CTR vô cơ (chủ
yếu là cát, sỏi, đá, gạch vụn) để sản xuất... vật liệu xây dựng. Tìm tới Nhà máy
Xử lý rác Cầu Diễn (công suất 150 tấn/ngày) năm 2003, đƣợc biết xung quanh
nhà máy đổ đầy CTR vơ cơ loại này. Ơng đã bàn bạc với Ban Giám đốc nhà máy
sàng lọc tiếp để chọn ra loại CTR vô cơ th ch hợp (có k ch thƣớc 1,5-20mm).
Sử dụng loại bê tơng trên làm móng đƣờng giao thơng trong thành phố.
Trên thực tế, ông đã phối hợp với Nhà máy Xử lý rác Cầu Diễn xây dựng một
con đƣờng dài vài chục mét tại đó. Bê tơng cịn đƣợc dùng để đúc gạch lát vỉa hè
đƣờng phố. Sản phẩm đã đƣợc chứng nhận là có khả năng chịu lực theo tiêu
chuẩn nhà nƣớc, khơng cịn mùi vị, do vậy khơng ảnh hƣởng tới mơi trƣờng đất,
nƣớc.
Năm 2009, Nhóm tác giả Thạc sĩ Lê Việt Hùng, Thạc sĩ Vũ Hải Nam,
Thạc sĩ Vũ Hồng Phong đã “Nghiên cứu sử dụng phế thải phá dỡ cơng trình làm
cốt liệu cho bê tơng và vữa xây dựng” và đã đƣa ra kết quả nghiên cứu về tính
chất của một số loại cốt liệu tái chế từ phế liệu phá dỡ từ các cơng trình xây dựng
tại Hà Nội, khả năng sử dụng của cốt liệu tái chế cho bê tông xi măng và vữa xây

dựng cũng nhƣ t nh chất của một số sản phẩm sử dụng cốt liệu tái chế đó là cấu
kiện bê tông mác vừa và thấp (tƣờng và vữa xây dựng. Và về công nghệ tái chế phế liệu xây dựng và các đề
xuất về phân loại, thử nghiệm và đánh giá chất lƣợng cốt liệu tái chế sử dụng với
mục đ ch làm cốt liệu cho bê tông và vữa xây dựng.
1.3 Khái niệm và phân loại bê tông
1.3.1

Khái niệm

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo và đƣợc tạo ra bằng cách đổ khuôn và
làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết d nh, nƣớc, cốt liệu (Cát, sỏi
ay đ dăm) và phụ gia. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau