(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu ứng dụng vụn bêtông thay thế một phần đá tự thiên trong hỗn hợp bêtông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC PHƯƠNG THANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VỤN BÊTÔNG THAY THẾ MỘT
PHẦN ĐÁ TỰ NHIÊN TRONG HỖN HỢP BÊTÔNG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP – 60580208

S K C0 0 5 9 6 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC PHƯƠNG THANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VỤN BÊTÔNG THAY THẾ MỘT
PHẦN ĐÁ TỰ NHIÊN TRONG HỖN HỢP BÊTÔNG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2018
i

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC PHƯƠNG THANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VỤN BÊTÔNG THAY THẾ MỘT
PHẦN ĐÁ TỰ NHIÊN TRONG HỖN HỢP BÊTÔNG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ ANH THẮNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2018
ii

Luan van


iii

Luan van


iv

Luan van


v

Luan van


vi

Luan van


vii

Luan van


viii

Luan van


ix

Luan van


x

Luan van


xi

Luan van


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

xii

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều
từ bạn bè, quý Thầy Cô trong Khoa Xây dựng và Cơ học Ứng dụng - Trường đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã giảng dạy. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến
Thầy Lê Anh Thắng đã dành nhiều thời gian quý báu để định hướng, tận tình

hướng dẫn, cung cấp các thông tin nghiên cứu cần thiết và chỉ bảo tôi trong thời
gian tôi thực hiện luận văn thạc sỹ.
Tôi chân thành biết ơn gia đình cùng bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 9 năm 2018

Lê Ngọc Phương Thanh

xiii

Luan van


A STUDY ON THE COMPRESIVE STRENGTH OF CONCRETE WITH THE
RECYCLED CONCRETE AGGREGATE
TĨM TẮT
Bê tơng cốt thép, được kết hợp bởi bê tông và cốt thép, là loại vật liệu chiếm
một tỷ trọng lớn trong xây dựng. Bê tơng có các thành phần chính là xi măng, cát, và
đá. Với sự phát triển như hiện nay, việc sử dụng các thành phần cốt liệu của bê tông
đã làm ảnh hưởng đến môi trường, cạn kiệt nguồn tài nguyên quốc gia. Mặt khác mọi
cơng trình xây dựng đều có tuổi thọ nhất định. Cơng trình xây dựng sẽ bị phá hủy và
trở thành phế thải xây dựng, được san lấp ở các bãi thải, khi kết thúc vòng đời. Việc
sử dụng bê tơng có thành phần bê tơng phế thải thay thế một phần cốt liệu tự nhiên là
nhằm giảm chi phí xử lý phế thải, giảm chi phí tài nguyên thiên nhiên, góp phần bảo
vệ mơi trường. Bài báo này trình bày một khảo sát về ảnh hưởng của cường độ bê
tơng khi có tỉ lệ nhất định thành phần cốt liệu là bê tơng tái chế. Kết quả thí nghiện
cho thấy cường độ chịu nén của bê tông bị ảnh hưởng rõ rệt khi sử dụng bê tông tái
chế làm cốt liệu. Ngồi ra, một số thơng số khác liên quan đến cường độ chịu nén của

bê tông cũng sẽ được khảo sát.

ABSTRACT
Reinforced concrete, a combined of concrete and reinforcement steel, is a
material that accounts for a large proportion of construction. Concrete consists of
cement, sand and aggregate. With the current development, the use of concrete
aggregates has affected the environment, exhausting of national resources. On the other
hand, all construction works have a certain life period. A construction site will be
destroyed and become a construction waste, leveled up at the disposal site at the end of
its life cycle. The use of concrete with waste concrete replaced a part of the natural
aggregate is to reduce the cost of waste treatment, reduce the cost of natural resources,
contribute to environmental protection. This article presents an experiment
investigating the effect of concrete strength when a certain percentage of aggregate is
recycled concrete. Experiment results show that the compressive strength of concrete is
xiv

Luan van


significantly affected by the use of recycled concrete for aggregate. In addition, some
other parameters related to the compressive strength of concrete will also be
investigated.

xv

Luan van


MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI..................................................................................iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................................iv
BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN...............................................................................v
LÝ LỊCH KHOA HỌC..............................................................................................xi
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................xii
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................xiii
TĨM TẮT.................................................................................................................xiv
MỤC LỤC................................................................................................................xvi
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................xix
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... xx
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................... 1
1.1 Tổng quan ............................................................................................................ 1
1.1.1. Nguồn gốc bêtơng:...................................................................................... 1
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................ 1
1.1.3. Các ứng dụng trong và ngoài nước............................................................. 3
1.1.3.1 Chế tạo gạch block từ bê tông gạch vỡ tại Sơn La-Việt Nam: ................... 3
1.1.3.2 Chế tạo gạch block từ bê tông tái chế tại Nam Phi: ................................... 4
1.1.3.3 Đường giao thông nội bộ sử dụng vụn bêtông tại Newzealand: ................ 4
1.1.3.4 Đường cao tốc sử dụng vụn bêtông tại Mỹ: ............................................... 5
1.1.3.5 Dự án cải tạo sân bay Changi - Singapore:................................................. 6
1.1.4. Những khó khăn trong ứng dụng vụn bêtông: ............................................ 7
1.1.5. Những thuận lợi trong sử dụng phế thải bêtông: ........................................ 7
1.2 Sự cần thiết của đề tài và mục tiêu nghiên cứu ................................................... 8
1.2.1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 8
1.2.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 9
1.2.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 9
xvi

Luan van

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 10
1.2.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................... 10
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 11
2.1 Mối tương quan giữa cốt liệu vụn bêtông và cốt liệu thiên nhiên ..................... 11
2.1.1 Khái qt về vụn bêtơng: ............................................................................. 11
2.1.2 Tính chất hố học và thành phần khống của vụn bêtơng ........................... 12
2.2 Khả năng sử dụng vụn bêtông trong bê tông ..................................................... 12
2.2.1 Thiết kế cấp phối bê tông vụn và vật liệu sử dụng trong thí nghiệm: ......... 12
2.2.2 Nguyên tắc của phương pháp ...................................................................... 13
2.2.3 Các bước thực hiện: ..................................................................................... 13
2.2.4 So sánh bê tông sử dụng vụn bêtông và bê tông thường: ............................ 16
CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ............ 17
3.1 Nguyên liệu sử dụng .......................................................................................... 17
3.1.1 Cốt liệu đá 10x20: ........................................................................................ 17
3.1.2 Cốt liệu vụn bêtông:..................................................................................... 18
3.1.3 Cốt liệu mịn (cát vàng) ................................................................................ 22
3.1.4 Nước ...........................................................................................23
3.1.5 Xi măng........................................................................................................ 23
3.2 Cấp phối bê tơng đá và vụn bêtơng: .................................................................. 24
3.3 Thí nghiệm cấu kiện dầm .................................................................................. 25
3.3.1 Mục đích thí nghiệm .................................................................................... 25
3.3.2 Dụng cụ thí nghiệm cấu kiện dầm ............................................................... 25
3.3.3 Cảm biến đo biến dạng lá Strain Gage (cảm biến điện trở dây) .................. 25
3.3.4 Cảm

biến đo độ võng LVDT (Linear Variable Displacement Transducer)
26

3.3.5 Máy uốn cấu kiện ......................................................................................... 27
3.3.6 Máy ghi lực chuyển vị và biến dạng (Data Logger) .................................... 27

3.3.7 Công tác chuẩn bị ........................................................................................ 28
xvii

Luan van


3.3.8 Trình tự thí nghiệm ...................................................................................... 28
3.4 Kiểm tra mẫu thử ................................................................................................. 31
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................... 33
4.1 Kết quả thí nghiệm mẫu bêtơng: ....................................................................... 33
4.1.1.1 Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của vụn bêtông thay thế cốt liệu đá tự
nhiên đến cường độ bêtơng: ..................................................................... 33
4.1.2

Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của độ bảo hòa nước của vụn bêtông thay
thế cốt liệu đá tự nhiên đến cường độ bêtơng:.......................................... 35

4.1.3

Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ bêtông sử
dụng vụn bêtông thay thế một phần cốt liệu tự nhiên: ............................. 37

4.1.4

Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của vụn bêtông thay thế đá tự nhiên đến
sự phát triển cường độ bêtông: ................................................................. 39

4.2 Kết quả thí nghiệm cấu kiện dầm bêtơng cốt thép 200x300x3300: .................. 41
4.2.1 Kết quả nén mẫu bêtông 150x150x150: ...................................................... 42
4.2.2 Kết quả uốn mẫu bêtông 100x100x400: ...................................................... 43

4.2.3 Kết quả thí nghiệm uốn dầm bêtơng cốt thép: ............................................. 45
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.................... 54
5.1 Kết luận: ............................................................................................................ 54
5.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo .............................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 57

xviii

Luan van


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 Chi phí thi cơng đường sân golf sử dụng vụn bêtơng .......................................... 7
Bảng 2 Chi phí thi công đường sân golf sử dụng cốt liệu tự nhiên ................................. 7
Bảng 3 Bảng ký hiệu và cấp phối chế tạo mẫu bêtông .................................................. 13
Bảng 4 Mẻ trộn bê tông nén ........................................................................................... 15
Bảng 5 Các chỉ tiêu cơ lý của đá sử dụng ...................................................................... 17
Bảng 6 Bảng thành phần hạt vụn bêtông ....................................................................... 20
Bảng 7 So sánh các chỉ tiêu cơ lý vụn bê tông và đá tự nhiên ...................................... 21
Bảng 8 Các chi tiêu cơ lý của cát sử dụng ..................................................................... 22
Bảng 9 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng sử dụng ............................................................. 23
Bảng 10 Cấp phối bêtơng sử dụng trong thí nghiệm ..................................................... 24
Bảng 11 Bảng thành phần cấp phối từng tổ mẫu bêtông ............................................... 24
Bảng 12 Kết quả nén mẫu bêtông trụ 100x200 .............................................................. 34
Bảng 13 Kết quả nén của mẫu....................................................................................... 36
Bảng 14 Kết quả nén của mẫu....................................................................................... 38
Bảng 15 Kết quả nén của mẫu....................................................................................... 40
Bảng 16 Kết quả kiểm tra cường độ chịu nén mẫu bêtông ............................................ 42
Bảng 17 Kết quả kiểm tra cường độ chịu uốn mẫu bêtông ............................................ 44
Bảng 18 Bảng tổng hợp tải trọng phá hoại và độ sụt của dầm thí nghiệm .................... 45

Bảng 19 Bảng tổng hợp chuyển vị giữa dầm bêtông cốt thép ứng với từng cấp tải trọng
........................................................................................................................................ 46

xix

Luan van


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Đấu trường Collosseum [www.dotravel.com] .................................................... 1
Hình 2: Máy nghiền bêtơng [www.fregehrexcavating.com] ........................................... 2
Hình 3 : Gạch khơng nung sử dụng vụn bêtơng [] .. 4
Hình 4 :Cấu tạo đường giao thông sử dụng phế thải bêtông [www.wasteminz.org.nz] .. 5
Hình 5 :Nền hạ đường giao thơng sử dụng phế thải bêtơng [www.wasteminz.org.nz] ... 5
Hình 6 Tái sử dụng vụn bêtơng, Sân bay Changi – Singapore ........................................ 6
Hình 7 Cốt liệu vụn bêtơng ............................................................................................ 12
Hình 8 Sơ đồ cấu tạo dầm bê tơng cốt thép ................................................................... 16
Hình 9 Đá dăm 10x20 .................................................................................................... 17
Hình 10 Biểu đồ thành phần hạt của đá sử dụng............................................................ 18
Hình 11 Vụn bêtơng sử dụng trong thí nghiệm ............................................................. 19
Hình 12 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý vụn bê tơng ...................................................... 20
Hình 13 Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt ..................................................................... 21
Hình 14 Cát vàng ........................................................................................................... 22
Hình 15 Biểu đồ thành phần hạt cát sử dụng ................................................................. 23
Hình 16 Xi măng ............................................................................................................ 23
Hình 17 Strain gauge ...................................................................................................... 26
Hình 18Thiết bị đo chuyển vị......................................................................................... 27
Hình 19 Sơ đồ bố trí thiết bị đo LVDT .......................................................................... 27
Hình 20 Máy uốn cấu kiện ............................................................................................. 27
Hình 21 Máy ghi số liệu thực nghiệm ............................................................................ 28

Hình 22 Trộn bê tơng chế tạo mẫu trụ 100x200 ............................................................ 29
Hình 23 Mẫu thí nghiệm kích thước 100 x 200 mm ...................................................... 29
Hình 24 Chuẩn bị vật liệu đúc dầm bêtơng cốt thép 200x300x3300 ............................. 29
Hình 25 Gia cơng cốt thép dầm...................................................................................... 30
Hình 26 Chuẩn bị khn lấy mẫu .................................................................................. 30
Hình 27 Trộn bêtông đúc dầm ....................................................................................... 30
xx

Luan van


Hình 28 Gia cơng ván khn cốt thép và đổ bêtơng dầm .............................................. 31
Hình 29 Thí nghiệm nén mẫu kích thước 150 x 150 x150 mm ..................................... 31
Hình 30 Mơ hình thí nghiệm cấu kiện dầm ................................................................... 32
Hình 31 Chế tạo mẫu bêtông thay thế đá tự nhiên bằng vụn bêtơng ............................. 33
Hình 32 Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của tỉ lệ vụn bêtông thay thế đá tự nhiên đến
cường độ bêtơng. ............................................................................................................ 34
Hình 33 Mẫu vụn bêtơng ngâm nước 24 giờ ................................................................. 36
Hình 34 Biểu đồ so sánh cường độ của mẫu bêtông sử dụng vụn bêtông ẩm (ngâm
trong nước 24h), vụn bêtông khô thay thế 20%, 40% với bêtơng sử dụng cốt liệu tự
nhiên ............................................................................................................................... 36
Hình 35 Mẫu bêtông sử dụng vụn bêtông khô và vụn bảo hịa nước ............................ 37
Hình 36 Biểu đồ so sánh ảnh hưởng của vụn bêtơng đến cường độ nén bêtơng có tỉ lệ
N/X 0,3; 0,45; 0,6. .......................................................................................................... 38
Hình 37 Chế tạo mẫu bêtơng so sánh sự phát triển cường độ........................................ 40
Hình 38 Biểu đồ so sánh sự phát triển cường độ bêtông giữa bêtông sử dụng vụn
bêtông thay thế 20% và bêtơng sử dụng vật liệu tự nhiên ............................................. 41
Hình 39 Đúc mẫu bêtơng 150x150x150 và 100x100x400 ............................................ 42
Hình 40 Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén bêtơng...................................................... 43
Hình 41 Thí nghiệm uốn mẫu bêtơng 100x100x400 ..................................................... 44

Hình 42 Biểu đồ so sánh cường độ chịu kéo giữa bêtông sử dụng vụn bêtông thay thế
20% và bêtông sử dụng vật liệu tự nhiên ....................................................................... 44
Hình 43 Biểu đồ so sánh độ sụt của dầm thí nghiệm ..................................................... 45
Hình 44 Biểu đồ so sánh cường độ phá hoại của dầm thí nghiệm ................................. 46
Hình 45 Biểu đồ so sánh cường độ phá hoại của dầm thí nghiệm ................................. 47
Hình 46 Sơ đồ vết nứt dầm DC1 .................................................................................... 48
Hình 47 Số liệu đọc cảm biến dầm DC1 trước khi phá hoại ......................................... 48
Hình 48 Sơ đồ vết nứt dầm DC2 .................................................................................... 49
Hình 49 Số liệu đọc cảm biến dầm DC2 trước khi phá hoại ......................................... 49
xxi

Luan van


Hình 50 Sơ đồ vết nứt dầm RB1 .................................................................................... 50
Hình 51 Số liệu đọc cảm biến dầm RB1trước khi phá hoại........................................... 50
Hình 52 Sơ đồ vết nứt dầm RB2 .................................................................................... 51
Hình 53 Số liệu đọc cảm biến dầm RB1trước khi phá hoại.......................................... 51
Hình 54 Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa dầm ............................................ 51
Hình 55 So sánh sơ đồ xuất hiện vết nứt dầm DC1, DC2, RB1, RB2. .......................... 52

xxii

Luan van


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan
1.1.1. Nguồn gốc bêtông:

Bêtông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành
phần: Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính…theo một tỷ lệ nhất định (được
gọi là cấp phối bêtơng). Trong bêtơng, chất kết dính (ximăng + nước, phụ gia…)
làm vai trị liên kết các cốt liệu thơ (đá, sỏi…) và cốt liệu mịn (cát, đá xay…) và
khi đóng rắn cho tất cả thành một khối cứng như đá.
Kết cấu bêtông được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm: giá thành thấp
(do được cấu thành từ các vật liệu tự nhiên sẵn có như cát, đá, sỏi…), khả năng
chịu lực lớn, độ bền cao, dễ tạo hình, chống cháy tốt (dưới 400oC thì cường độ
bêtong khơng suy giảm đáng kể), hấp thụ năng lượng (do có khối lượng
lớn)…vì vậy bêtơng đã được sử dụng phổ biến từ thời La Mã cổ đại, và đến
ngày nay vẫn là loại vật liệu được sử dụng phổ biến khi kết hợp với các loại vật
liệu khác, đặc biệt là thép.

Hình 1: Đấu trường Collosseum [www.dotravel.com]
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về ứng dụng vụn bêtông tái chế chưa được
công bố rộng rãi trên các tạp chí chun ngành nên cịn hạn chế trong việc tìm
hiểu tình hình nghiên cứu trong nước.

1

Luan van


Tại Châu Âu, Mỹ và các nước tiên tiến trên thế giới, vụn bêtông đã được
nghiên cứu sử dụng trong việc chế tạo các loại vật liệu xây dựng, trong trang trí
nội thất nhằm tận dụng loại phế thải sẵn có từ việc phá hủy cơng trình và giảm
tác động tới môi trường.
Bêtông sau khi phá hủy sẽ được chọn lọc qua máy nghiền tại chỗ thành
các kích cỡ hạt khác nhau, sau khi được phân loại sẽ được sử dụng vào các mục

đích khác nhau.
Việc nghiền và tái chế bêtơng ngay tại cơng trình sẽ làm giảm chi phí vận
chuyển và tình trạng ơ nhiễm mơi trường.

Hình 2: Máy nghiền bêtông [www.fregehrexcavating.com]
R.Sri Ravindrarajah và C.T.Tam [1] đã nghiên cứu các đặc trưng của
bêtông khi sử dụng vụn bêtông thay thế cốt liệu tự nhiên. Kết quả nghiên cứu
cho thấy thay thế cốt liệu tự nhiên bằng vụn bêtông làm ảnh hưởng trực tiếp đến
cường độ và mođun đàn hồi của bêtơng. Ngồi ra kết quả nghiên cứu cịn cho
thấy khả năng chế tạo bêtơng có cường độ cao hơn cường độ của vụn bêtơng tái
chế.

Liên minh các phịng thí nghiệm và chuyên gia quốc tế về các hệ
thống và cấu trúc vật liệu xây dựng (RILEM) [2] đã cung cấp khuyến cáo về
việc sử dụng cốt liệu bêtông tái chế vào năm 1994 [RILEM Recommendation
1994], đặc điểm kỹ thuật và chỉ ra phạm vi áp dụng cho bêtông tái chế. Bêtông
tái chế được phân loại như sau:

2

Luan van