Nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng trong chế tạo bê tông (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
-----------o0o---------

Tống Tôn Kiên

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY DỰNG
TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 62.52.03.09

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - Năm 2016


28

1

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

PHẦN MỞ ĐẦU

Các đề tài nghiên cứu Khoa học và Công nghệ
[1]. Tống Tôn Kiên, Phạm Hữu Hanh (2011), Nghiên cứu khả năng sử dụng phế thải phá
dỡ công trình để sản xuất vật liệu xây dựng. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp
Trường, Mã số 66-2011/KHXD. Trường Đại học Xây dựng 12/2011.
[2]. Tống Tôn Kiên, Phạm Hữu Hanh (2012), Nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng cho
lớp móng đường giao thông. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường, Mã số 612012/KHXD. Trường Đại học Xây dựng 12/2012.
[3]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành, Phạm Thị Vinh Lanh, Lưu Văn Sáng (2014), Nghiên

cứu chế tạo vữa sử dụng chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa và cốt liệu tái chế từ phế thải
xây dựng. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường trọng điểm, Mã số 1162013/KHXD-TĐ. Trường Đại học Xây dựng 8/2014.
[4]. Tống Tôn Kiên, Nguyễn Văn Tuấn (2014), Nghiên cứu ảnh hưởng của loại cốt liệu tái
chế đến độ co và cường độ bê tông. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường, Mã
số 61-2014/KHXD. Trường Đại học Xây dựng 12/2014.
[5]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành (2015), Nghiên cứu nâng cao chất lượng của bê tông
sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải bê tông xi măng. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN
cấp Trường, Mã số 60-2015/KHXD. Trường Đại học Xây dựng 12/2015.
[6]. Nguyễn Mạnh Phát, Tống Tôn Kiên, Phạm Hữu Hanh, Lưu Văn Sáng (2016), Nghiên
cứu chế tạo vật liệu gạch không nung và vữa trên cơ sở phế thải công nghiệp phục vụ
yêu cầu phát triển bền vững. Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường trọng điểm,
Mã số 124-2015/KHXD-TĐ. Trường Đại học Xây dựng 6/2016.
2.
Các bài báo tại Hội thảo khoa học công nghệ
[1]. Tong T. Kien, Le T. Thanh and Phung V. Lu, Recycling construction demolition waste
in the world and in Vietnam, Proceeding of The International Conference on
Sustainable Built Environment for Now and the Future (SBE2013), Hanoi, Vietnam,
26-27 Mar. 2013, pp. 247-256, ISBN: 978-604- 82-0018- 3 SBE2013.
[2]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành, Phạm Thị Vinh Lanh, Phùng Văn Lự (2014), Nghiên
cứu ảnh hưởng của loại và hàm lượng cốt liệu bê tông tái chế đến tính chất của bê
tông, Tuyển tập hội nghị Khoa học Trường đại học Kiến trúc Hà Nội 45 năm phát triển
và hội nhập, 11/2014, trang 49-58.
3.
Các Bài báo khoa học đăng trên tạp chí chuyên ngành
[1]. Tống Tôn Kiên, “Nghiên cứu tái chế phế thải phá dỡ công trình làm cốt liệu thay thế
nguyên liệu tự nhiên”, Tạp chí Vật liệu xây dựng- Hội Vật liệu xây dựng Việt Nam,
ISSN 1859-3011, số 4/2013, trang 52-55.
[2]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành, Phạm Thị Vinh Lanh, Lưu Văn Sáng “Nghiên cứu
chế tạo vữa sử dụng chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa và cát tái chế từ phế thải xây
dựng”, Tạp chí xây dựng- Bộ Xây dựng, ISSN 0866-0762, số 06/2014, trang 69-72

[3]. Tống Tôn Kiên, “Nghiên cứu khảo sát khả năng tận dụng cát tái chế từ phế thải bê
tông để chế tạo vữa xây dựng không sử dụng xi măng”, Tạp chí Vật liệu xây dựngHội Vật liệu xây dựng Việt Nam, ISSN 1859-3011, số 9/2014, trang 64-69.
[4]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành, “Ảnh hưởng của xỉ lò cao nghiền mịn đến một số
tính chất của bê tông sử dụng cốt liệu tái chế”, Tạp chí KHCN xây dựng- Trường Đại
học Xây dựng, ISSN 1859-2996, số 24 (06/2015), trang 77-84.
[5]. Tống Tôn Kiên, Lê Trung Thành, Phạm Thị Vinh Lanh, Phùng Văn Lự, “So sánh ảnh
hưởng của độ ẩm cốt liệu khi trộn đến các tính chất của bê tông sử dụng cốt liệu tự
nhiên và cốt liệu bê tông nghiền”, Tạp chí KHCN xây dựng- Trường Đại học Xây
dựng, ISSN 1859-2996, số 24 (06/2015), trang 85-93.

1.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình xây dựng, chúng ta đang sử dụng một lượng lớn các nguồn
tài nguyên thiên nhiên. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này là có hạn và việc
khai thác cốt liệu tự nhiên (CLTN) sẽ tác động lớn đến môi trường sinh thái.
Trong khi đó, việc xây dựng, cải tạo nâng cấp và phá dỡ các công trình, sẽ
thải ra lượng lớn phế thải xây dựng (PTXD). Nhưng lượng phế thải này lại
chưa được tận dụng, gây ô nhiễm môi trường. Vì thế, nhiều nước trên thế
giới đã và đang nỗ lực tìm kiếm mọi cách để có thể sử dụng lại và tái chế
các loại PTXD nhằm giải quyết đồng thời các vấn đề trên.
Ở Việt Nam và trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cốt
liệu tái chế từ phế thải bê tông (CLBTTC) nói riêng cũng như cốt liệu tái
chế (CLTC) từ hỗn hợp PTXD nói chung để chế tạo bê tông. Tuy nhiên, do
hạt CLTC có độ rỗng lớn, độ hút nước lớn, cường độ cơ học thấp, có nhiều
tạp chất bám trên bề mặt hạt cốt liệu nên làm giảm mối liên kết giữa đá xi
măng và cốt liệu,v.v... dẫn đến chất lượng bê tông sử dụng CLTC thấp, đặc
biệt là độ bền lâu của các loại bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ tái chế từ phế
thải bê tông (CLNBTTC) hoặc cốt liệu tái chế từ phế thải tường xây gạch
(CLTXTC). Mặt khác các nghiên cứu thường chỉ sử dụng cốt liệu lớn tái chế

và hạn chế hàm lượng cốt liệu nhỏ tái chế; các loại kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép (BTCT) chịu lực sử dụng CLTC còn ít được quan tâm nghiên
cứu. Vì vậy việc nghiên cứu sử dụng 100% CLBTTC trong chế tạo bê tông
các loại là hướng nghiên cứu khoa học mới cần đi sâu làm rõ và rất cần thiết
ở Việt Nam.
Luận án: “Nghiên cứu sử dụng phế thải xây dựng trong chế tạo bê tông”
tập trung nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm bê tông sử dụng CLTC từ
phế thải bê tông thay thế CLTN. Đây là loại PTXD điển hình của các công
trình xây dựng bị phá dỡ ở Việt Nam. Luận án sẽ nghiên cứu làm rõ các quy
luật, mối liên hệ giữa loại và hàm lượng CLBTTC với các tính chất của bê
tông và thử nghiệm các giải pháp nâng cao chất lượng của loại bê tông sử
dụng 100% CLBTTC. Đồng thời luận án cũng nghiên cứu về ứng xử cơ học
của kết cấu dầm BTCT sử dụng CLBTTC nhằm khẳng định khả năng ứng
dụng loại bê tông này trong kết cấu chịu lực thường gặp.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của luận án là: Nghiên cứu chế tạo bê tông thường (mác tới M30)
sử dụng CLBTTC đạt tính năng tương đương bê tông sử dụng cốt liệu đá
thiên nhiên, trên cơ sở sử dụng hai hệ chất kết dính là hỗn hợp xi măng- xỉ
lò cao hạt hóa nghiền mịn (XLCNM) và chất kết dính xỉ kiềm (CKDXK).


2

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu bao gồm:
- Các quy luật ảnh hưởng của loại và hàm lượng CLLBTTC và CLNBTTC đến các
tính chất của hỗn hợp bê tông (HHBT) và bê tông.
- Sự ảnh hưởng của các biện pháp nâng cao chất lượng bê tông sử dụng 100% cốt
liệu tái chế.
- Ứng xử cơ học của bê tông sử dụng 100% CLTC kết hợp với chất kết dính xi

măng, chất kết dính hỗn hợp xi măng poóc lăng-xỉ hoặc chất kết dính xỉ kiềm
(CKDXK).
Phạm vi nghiên cứu bao gồm:
- PTXD có nhiều loại với chất lượng khác nhau, nhưng trong luận án chỉ
nghiên cứu CLTC từ phế thải bê tông xi măng được phá dỡ từ các kết cấu
chịu lực trong công trình xây dựng nhà dân dụng và công nghiệp.
- Hỗn hợp bê tông thường sử dụng CLBTTC thay thế CLTN từ 0-100%, có
độ sụt là 10±2cm.
- Chất kết dính sử dụng gồm: xi măng poóc lăng, chất kết dính hỗn hợp xi
măng poóc lăng với XLCNM; chất kết dính xỉ kiềm.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng quan tình hình nghiên cứu, sử dụng CLTC thay thế CLTN trong
sản xuất bê tông trên thế giới và ở Việt Nam, từ đó đề xuất các vấn đề
khoa học cần giải quyết.
- Nghiên cứu phân tích các đặc tính của hạt CLBTTC và lựa chọn các
vật liệu sẵn có ở Việt Nam để chế tạo hỗn hợp bê tông.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của loại và hàm lượng CLBTTC thay thế CLTN
đến các tính chất của HHBT và bê tông xi măng chịu lực.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của XLCNM và CKDXK đến chất lượng của
bê tông sử dụng 100% CLBTTC.
- Nghiên cứu phân tích ứng xử uốn của dầm BTCT có 100% CLBTTC.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận án đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương
pháp nghiên cứu thực nghiệm.
6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
 Đã chứng minh được khả năng chế tạo bê tông thường chịu lực sử
dụng CLBTTC. Bằng kết quả nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm, luận án cũng khẳng định khi sử dụng chất kết dính hỗn hợp xi
măng- XLCNM hoặc CKDXK, kết hợp với xử lý trộn ẩm cốt liệu thì
có thể chế tạo được bê tông sử dụng 100% CLBTTC đạt mác M30,

đồng thời cải thiện các tính chất khác của bê tông lên mức tương
đương bê tông sử dụng CLTN. Đây là cơ sở cho việc sử dụng
CLBTTC trong sản xuất bê tông ở nước ta sau này.

27

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.

KẾT LUẬN

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đạt được, luận án đưa ra một số kết luận như sau:
(1). Cốt liệu bê tông tái chế có cấu tạo rỗng xốp, khả năng hút nước lớn, khối lượng
thể tích giảm. Khi sử dụng cốt liệu bê tông tái chế ở trạng thái khô để chế tạo
bê tông cần phải bổ sung thêm khoảng 89 lít/m3 cho mỗi lần tăng 25% cốt
liệu thay thế cốt liệu tự nhiên, nhưng khi sử dụng 100% cốt liệu bê tông tái chế
cần tăng thêm 65 lít/m3 so với hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên.
(2). So với hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên, khi sử dụng cốt liệu bê tông
tái chế thay thế cốt liệu lớn hoặc thay thế cốt liệu nhỏ thì khối lượng thể tích
của bê tông sử dụng giảm trung bình khoảng 2,0-7,7%. Nếu sử dụng 100% cốt
liệu bê tông tái chế thì khối lượng thể tích của bê tông giảm khoảng 10%. Còn
tốc độ tổn thất độ sụt tăng khi tăng hàm lượng sử dụng cốt liệu tái chế, độ dốc
của đường cong biểu diễn sự phụ thuộc giữa tổn thất độ sụt với thời gian là rất
lớn trong khoảng 60 phút đầu sau khi trộn; nhưng sau 60 phút đầu thì độ dốc
của đường cong nhỏ hơn.
(3). Hàm lượng cốt liệu bê tông tái chế thay thế cốt liệu tự nhiên tăng từ 0-100%
thì cường độ nén giảm 533%, cường độ uốn giảm 335% và mô đun đàn hồi
giảm khoảng 20%. Độ hút nước mao quản và tính thấm iôn clo của bê tông
tăng gấp khoảng hai lần so với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên. Tuy nhiên khi
tăng thời gian bảo dưỡng thì các đại lượng này giảm mạnh.

(4). Việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ hạt lò cao nghiền mịn đã cải thiện tính công
tác của hỗn hợp bê tông có 100% cốt liệu bê tông tái chế; làm tăng cường độ
nén ở tuổi 28 ngày lên khoảng 25,3%; cường độ uốn khoảng 14,3% và mô đun
đàn hồi khoảng 17,4%; các giá trị này càng lớn khi bê tông ở các tuổi dài ngày.
(5). Khi sử dụng chất kết dính xỉ kiềm thay thế hoàn toàn xi măng poóc lăng trong
bê tông chứa 100% cốt liệu bê tông tái chế đã chế tạo được bê tông có cường
độ nén ở tuổi 28 ngày đạt >30 MPa.
(6). Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sử dụng 100% cốt liệu bê tông tái chế
dưới tác dụng của tải trọng uốn tương tự như dầm sử dụng bê tông thường,
nhưng tải trọng xuất hiện vết nứt và tải trọng phá hoại của dầm thấp hơn.
Trong trường hợp có mặt chất kết dính xỉ kiềm hoặc thêm 25% xỉ hạt lò cao
nghiền mịn làm phụ gia khoáng, khả năng chịu lực của dầm bê tông được nâng
lên tương đương với dầm chế tạo từ bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên. Các dầm
bê tông này còn có khả năng phân tán vết nứt và hạn chế mở rộng vết nứt tốt
hơn so với dầm bê tông thường.

2.

KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

(1). Cần tiếp tục nghiên cứu thêm về cơ chế rắn chắc và quá trình hình thành cấu
trúc trong bê tông sử dụng chất kết dính xỉ kiềm và cốt liệu bê tông tái chế.
(2). Tiếp tục nghiên cứu ứng xử cơ học của các kết cấu chịu lực khác như cột, sàn,
vách,v.v…. nhằm khẳng định khả năng ứng dụng các loại kết cấu bê tông sử
dụng cốt liệu tái chế trong công trình xây dựng thực tế.


26

3



Bảng 5.6 Đặc điểm của vết nứt
Loại dầm bê tông
Dầm ĐCI
Dầm ĐCII
Dầm BTCLTC
Dầm BTCLTC-a25XLCNM
Dầm BTCLTC-CKDXK7%

Số vết
nứt
5-6
7-8
6-12
12-13
11-9

Chiều cao vết nứt, mm
Lớn nhất Nhỏ nhất Trung bình
134
27
82
114
32
87
128
26
97
148

37
78
144
33
82

Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy:
1) Việc sử dụng 25%XLCNM thay thế một phần xi măng có thể làm giảm
cường độ nén của bê tông sử dụng 100% CLBTTC ở tuổi 1 ngày, nhưng
lại cải thiện cường độ ở tuổi 91 ngày (tăng tới 15,7%). Nhưng khi sử
dụng XLCNM làm phụ gia khoáng thêm vào bê tông thì lại làm tăng
cường độ nén ở tất cả các tuổi bảo dưỡng (tăng tới 25,2% ở tuổi 28 ngày
và 44,8% ở tuổi 91 ngày). Hơn nữa, khi sử dụng XLCNM thay thế một
phần xi măng hoặc làm phụ gia khoáng thêm vào bê tông làm giảm đáng
kể độ hút nước của bê tông.
2) Khi sử dụng CKDXK với hàm lượng kiềm 7% có thể cải thiện đáng kể
cường độ nén và khả năng chống thấm iôn clo của bê tông sử dụng
CLBTTC. Bê tông này đạt mác 30 và có chất lượng tương đương với bê
tông xi măng sử dụng CLTN nhờ vào việc cải thiện vi cấu trúc, lỗ rỗng và
độ bền của bê tông.
3) Sự làm việc của dầm bê tông cốt thép sử dụng 100% CLBTTC dưới tác
dụng của tải trọng uốn là tương tự như đối với dầm sử dụng bê tông
thường, các dạng phá hoại của dầm đều xảy ra ở trạng thái giới hạn thứ
nhất (phá hoại dẻo).
4) Tải trọng xuất hiện vết nứt và tải trọng phá hoại của dầm bê tông có
100% CLBTTC đều thấp hơn tương ứng là 25% và 10% so với dầm bê
tông đối chứng mác 30 và mác 25 sử dụng 100% CLTN. Tuy nhiên các
giá trị này đã được cải thiện rõ rệt lên 26% và 13% khi sử dụng kết hợp
với 25% XLCNM hoặc 35% và 8% khi sử dụng CKDXK thay thế hoàn
toàn xi măng poóc lăng.

5) Tải trọng càng tăng thì bề rộng vết mứt lớn nhất của các dầm bê tông
càng tăng, quan hệ này đều tuân theo quy luật hàm số mũ dạng y=a.eb.x.
Tuy nhiên ứng với cùng một cấp tải trọng thì bề rộng vết nứt, số lượng
và chiều cao vết nứt của các dầm bê tông sử dụng CLTC đều lớn hơn so
với của dầm bê tông thường.

Đã nghiên cứu phân tích làm rõ đặc điểm cấu tạo, tính chất của hạt
CLBTTC và của bê tông sử dụng CLTC so với CLTN và bê tông
thường.
 Đã phân tích được ứng xử uốn của các dầm BTCT, từ đó chứng minh
được có thể sử dụng 100% CLBTTC thay thế CLTN kết hợp với
CKDXK để chế tạo dầm BTCT có khả năng chịu lực tương đương dầm
bê tông có CLTN. Những kết quả này là cơ sở tính toán thiết kế và
xem xét ứng dụng loại bê tông này để chế tạo kết cấu dầm BTCT chịu
uốn trong công trình xây dựng ở Việt Nam.
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Giá trị khoa học của luận án:
- Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra và làm rõ các quy luật ảnh hưởng của
CLBTTC đến tính chất của HHBT và bê tông như sau:
+ Giá trị tổn thất độ sụt và tốc độ giảm độ sụt tăng khi tăng hàm lượng sử
dụng CLBTTC.
+ Cường độ của bê tông sử dụng CLBTTC giảm, nhất là khi sử dụng cả
CLNBTTC.
+ Độ co khô của bê tông sử dụng CLBTTC lớn hơn của bê tông sử dụng
CLTN, nhưng quy luật phát triển độ co của các loại bê tông này tương tự
như nhau.
+ Độ thấm ion clo của BTCLTC lớn hơn của BTCLTN. Tuy nhiên, ở tuổi
dài ngày độ thấm ion clo của BTCLTC giảm mạnh.
- Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: có thể sử dụng chất kết dính hỗn hợp
xi măng poóc lăng và xỉ lò cao hạt hoá nghiền mịn hoặc thay thế xi măng

poóc lăng bằng CKDXK kết hợp với việc trộn ẩm cốt liệu để cải tiện tính
chất của bê tông sử dụng CLBTTC. Đề tài đã xác định được một số luận
điểm khoa học mới khi sử dụng các chất kết dính này đó là:
+ Xỉ lò cao hạt hoá nghiền mịn cải thiện được khả năng tổn thất độ sụt của
hỗn hợp bê tông còn CKDXK làm tăng khả năng mất độ sụt của HHBT.
+ Với hàm lượng XCLNM sử dụng thích hợp (25% so với khối lượng xi
măng) và CKDXK với hàm lượng kiềm hợp lý (7% Na2O so với khối lượng
XLCNM), có khả năng làm tăng cường độ bê tông sử dụng CLBTTC lên đạt
và vượt cường độ của BTCLTN.
- Khi sử dụng BTCLTC để chế tạo dầm BTCT thì sự làm việc của dầm
tương tự như dầm BTCT sử dụng CLTN. Tuy nhiên khả năng chịu tải trọng
uốn nhỏ hơn, vết nứt xuất hiện sớm hơn và số lượng vết nứt nhiều hơn.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
- Nghiên cứu sử dụng CLBTTC thay thế 100% CLTN trong chế tạo kết cấu
bê tông không những góp phần giải quyết sự thiếu hụt CLTN, tránh lãng phí


4

nguồn tài nguyên thiên nhiên mà còn làm giảm tồn chứa PTXD, góp phần
bảo vệ môi trường.
- Nghiên cứu sử dụng phế thải công nghiệp luyện kim XLCNM kết hợp với
xi măng poóc lăng hoặc làm CKDXK thay thế hoàn toàn xi măng để chế tạo
bê tông vừa góp phần giải quyết tồn chứa phế thải, giảm ô nhiễm môi
trường; vừa nâng cao chất lượng của kết cấu bê tông sử dụng CLBTTC, mở
rộng khả năng ứng dụng loại bê tông này trong xây dựng và thúc đẩy phát
triển vật liệu xây dựng bền vững ở Việt Nam.
8. KẾT CẤU LUẬN ÁN
Luận án được trình bày trong 5 chương, các kết luận và kiến nghị; ngoài ra
còn có các bảng biểu, hình vẽ và các phụ lục về kết quả nghiên cứu.

25

Hình 5.37 Quan hệ giữa tải trọng và biến
dạng (P-) của bê tông BTCLTC

Hình 5.38 Quan hệ giữa tải trọng và
biến dạng(P-) của bê tông BTCLTCa25XLCNM

Hình 5.39 Quan hệ giữa tải trọng và biến
dạng (P-) của bê tông BTCLTCCKDXK7%

Hình 5.40 Quan hệ giữa tải trọng và
bề rộng vết nứt trên dầm

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI
CHẾ TỪ PHẾ THẢI XÂY DỰNG
1.1. PHẾ THẢI XÂY DỰNG VÀ TÁI CHẾ PHẾ THẢI XÂY DỰNG
1.1.1. Phế thải xây dựng
PTXD là vật liệu được phát sinh trong quá trình phá dỡ toàn bộ hoặc bộ
phận công trình xây dựng [1].
Trong xu thế phát triển bền vững
ở thế kỷ này, việc phát triển bền
vững trong ngành xây dựng nói
chung và trong ngành sản xuất
vật liệu xây dựng nói riêng đã và
đang được nhiều nước trên thế
giới tập trung nghiên cứu (hình
1.1) [112]. Phế thải của quá trình
xây dựng, cải tạo, phá dỡ công

trình có thể được tái sử dụng vào
Hình 1.2 Sơ đồ các hình thức tái sử
các mục đích khác nhau, tùy
dụng PTXD trong xây dựng [66]
thuộc vào nguồn gốc và chất
lượng của hỗn hợp phế thải xây
dựng (Hình 1. 2) [66].
1.1.2. Tái chế phế thải xây dựng làm cốt liệu cho bê tông
Công nghệ sản xuất CLTC từ PTXD không khác nhiều so với công
nghệ sản xuất cốt liệu nghiền từ đá tự nhiên. Hiện nay có ba quy trình công
nghệ tái chế PTXD làm cốt liệu tùy theo mức độ hoàn thiện công nghệ.
1.1.3. Hiệu quả của việc tái sử dụng phế thải xây dựng
Việc tái chế PTXD đem lại đồng thời các hiệu quả về kinh tế, kỹ
thuật và môi trường.

Hình 5.41 Sơ đồ phân bố vết nứt của các dầm ở trạng thái phá hủy


24

5

1.2.

Hình 5.29 Quan hệ giữa tải trọng và độ
võng (P-f) của dầm ĐCI

Hình 5.30 Quan hệ giữa tải trọng và
độ võng (P-f) của dầm ĐCII

Hình 5.31 Quan hệ giữa tải trọng và độ
võng (P-f) của dầm BTCLTC

Hình 5.32 Quan hệ giữa tải trọng và
độ võng (P-f) của dầm BTCLTCa25XLCNM

Hình 5.33 Quan hệ giữa tải trọng và độ
võng (P-f) của dầm BTCLTCCKDXK7%

Hình 5.34 So sánh tải trọng nứt của
các dầm BTCT sử dụng loại bê tông
khác nhau

Hình 5.35 Quan hệ giữa tải trọng và biến
dạng (P-) của bê tông ĐCI

Hình 5.36 Quan hệ giữa tải trọng và
biến dạng (P-) của bê tông ĐCII

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ TỪ
PHẾ THẢI XÂY DỰNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG TRÊN
THẾ GIỚI
Bê tông sử dụng CLTC từ PTXD đã được biết đến đầu tiên từ thời kỳ
La Mã [64]. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu đặc điểm của cốt
liệu cũng như ảnh hưởng của việc sử dụng CLBTTC thay thế CLTN đến các
tính chất của bê tông đã được nhiều nghiên cứu đề cập [64, 88, 112, 157].
Mặc dù có nhiều lợi ích về mặt môi trường, nhưng CLBTTC vẫn có những
tính chất khác xa so với CLTN, là nguyên nhân hạn chế khả năng sử dụng
rộng rãi trong xây dựng. Theo Kou S.C. [78], độ hút nước, cường độ nén
dập và thành phần hạt là những yếu tố ban đầu cần xem xét khi đánh giá

chất lượng của CLBTTC và các yếu tố này cũng có ảnh hưởng quyết định
đến các tính chất của bê tông. Vì vậy, Luận án sẽ tập trung phân tích các
nghiên cứu về đặc tính của hạt CLBTTC và về bê tông sử dụng CLBTTC, từ
đó đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án.
1.2.1. Tổng quan nghiên cứu về cốt liệu bê tông tái chế
Có nhiều nghiên cứu trên thế giới quan tâm đến đặc tìn cơ lý của
CLBTTC. Gần đây đã có một số nghiên cứu đều xuất các biện pháp cơ,
nhiệt và hóa học nhằm nâng cao chất lượng cốt liệu. Tuy nhiên chưa có
nhiều nghiên cứu về xử lý bề mặt hạt CLBTTC bằng XLCNM.
1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế
Các nghiên cứu về BTCLTC chủ yếu nghiên cứu các tính chất cơ bản
như cường độ nén, cường độ uốn, mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng
CLLBTTC. Chưa có nhiều nghiên cứu về bê tông sử dụng 100% CLBTTC
(cả cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ), cũng như sự ảnh hưởng của XLCNM và
CKDXK trong việc nâng cao chất lượng loại bê tông này.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ TÁI SỬ DỤNG PHẾ THẢI XÂY
DỰNG Ở VIỆT NAM
1.3.1. Thực trạng phế thải xây dựng tại các thành phố lớn ở Việt nam
Cùng với sự phát triển kinh tế và tốc độ đô thị hóa nhanh, các hoạt động xây
dựng đang diễn ra ở nhiều nơi, đặc biệt tại các thành phố lớn ở Việt Nam
(Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Hải Phòng,…). Các hoạt động như xây mới, cải
tạo sửa chữa hay phá dỡ các công trình đã và đang thải ra một khối lượng
lớn PTXD trong các đô thị (Bảng 1.8) [17], gây lên tình trạng thiếu trầm
trọng các bãi tập kết và bãi trung chuyển đất thải và PTXD.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu tái chế trong chế tạo bê
tông ở Việt Nam
Năm 2007, Viện Vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sử dụng phế thải phá dỡ công trình làm bê tông và vữa xây
dựng” [9]. Năm 2011, tác giả và nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Xây

6
dựng đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu khảo sát khả năng sử dụng phế thải
phá dỡ công trình để sản xuất vật liệu xây dựng”. Năm 2012, Viện Vật liệu
Xây dựng thực hiện dự án “Hoàn thiện công nghệ tái chế phế thải phá dỡ
công trình làm cốt liệu xây dựng” [10] và Trường Đại học Xây dựng tiếp tục
thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng phế thải phá dỡ công trình
trong các lớp móng đường giao thông”. Năm 2013-2014, Nhóm nghiên cứu
của trường Đại học Xây dựng tiếp tục nghiên cứu sử dụng các loại cát tái
chế từ phế thải xây dựng, để chế tạo vữa xỉ kiềm hoạt hóa, vữa xây dựng
không sử dụng xi măng. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào về bê tông sử
dụng 100% CLBTTC nhằm ứng dụng cho các kết cấu chịu lực của công
trình xây dựng.
1.4. ĐỊNH HƯỚNG NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
CLBTTC đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm sử dụng trong
chế tạo bê tông. Tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng
của hàm lượng CLLBTTC đến các tính chất của HHBT và bê tông, có rất ít
nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng CLNBTTC và ảnh hưởng của việc
thay thế 100% CLTN bằng CLBTTC. Vì vậy luận án tiếp tục nghiên cứu
ảnh hưởng của loại và hàm lượng CLBTTC đến chất lượng của bê tông, đặc
biệt là loại bê tông thường.
Để đảm bảo tính công tác của HHBT sử dụng CLTC với hàm lượng lớn
(>30%), việc xác định chính xác lượng nước nhào trộn và dự báo sự thay
đổi tính công tác theo thời gian gặp khó khăn do nguồn gốc, chất lượng, đặc
tính hút, nhả nước của CLTC thay đổi mạnh. Vì vậy việc nghiên cứu làm rõ
cơ chế hút, nhả nước cũng như các đặc tính khác của các loại CLBTTC là
cần thiết.
Khi chế tạo bê tông với 100% CLBTTC cường độ và mô đun đàn hồi của bê
tông giảm, độ co khô và tính thấm (thấm nước, thấm ion clo, thấm khí CO2)
tăng. Nguyên nhân chủ yếu do thành phần vữa dính trên các hạt CLTC có

cấu trúc rỗng xốp với cường độ và mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều so với
CLTN. Việc sử dụng các loại phụ gia khoáng (như tro bay, XLCNM,
silicafume, mê ta cao lanh) đã được một số nghiên cứu chứng minh là có
hiệu quả cải thiện tính chất của bê tông có sử dụng CLTC. Tuy nhiên việc
xác định hàm lượng phụ gia khoáng XLCNM hợp lý hoặc sử dụng CKDXK
thay thế hoàn toàn xi măng poóc lăng nhằm nâng cao chất lượng bê tông sử
dụng 100% CLBTTC còn chưa được đề cập trong các công trình trong và
ngoài nước. Vì vậy vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu làm rõ.
Việc nghiên cứu ứng dụng bê tông với 100% CLBTTC trong các kết cấu bê
tông và BTCT (như dầm, cột, sàn,v.v…) còn hạn chế và chưa được quan
tâm đúng mức. Vì vậy, luận án tiến hành thí nghiệm ứng xử cơ học của một

23

Hình 5.25 Ảnh chụp EDX của vùng đá xi măng gần bề mặt hạt CLTN của
mẫu BTCLTC-CKDXK7%
NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG SỬ
DỤNG 100% CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ
5.2.1. Nghiên cứu đặc trưng cơ học của các loại bê tông dùng cho dầm
Đặc trưng cơ học của các loại bê tông sử dụng để chế tạo dầm BTCT được
nghiên cứu là cường độ nén và mô đun đàn hồi ở tuổi 28 ngày. Kết quả
được thể hiện ở Bảng 5.4 và Hình 5.27 và Hình 5.28.
5.2.

Hình 5.27 So sánh cường độ nén tiêu Hình 5.28 So sánh mô đun đàn hồi
chuẩn tuổi 28 ngày của các loại bê tông
của các loại bê tông ở tuổi 28 ngày
5.2.2. Nghiên cứu phân tích ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép có sử dụng
cốt liệu bê tông tái chế
Để nghiên cứu ứng xử uốn của dầm BTCT có sử dụng CLBTTC, luận án đã

phân tích các giai đoạn làm việc của dầm đơn giản chịu uốn thuần túy. Các
biểu đồ quan hệ giữa tải trọng với độ võng, độ biến dạng và sự phát triển vết
nứt; tải trọng nứt được thể hiện trên Hình 5.295.40. Đặc điểm vết nứt và sơ
đồ phân bố vết nứt khi dầm bị phá hủy được nêu ở Bảng 5.6 và Hình 5.41.


22

7

Kết quả nghiên cứu cấu tạo và vi cấu trúc của các loại BTCLTC so với mẫu
ĐC được thể hiện từ Hình 5.15 đến Hình 5.25 và Bảng 5.3.

loại kết cấu dầm BTCT, nhằm nghiên cứu khả năng ứng dụng loại bê tông
này cho kết cấu chịu lực cho công trình xây dựng ở Việt Nam.
Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG CLBTTC
THAY THẾ CLTN TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG
2.1.

Hình 5.21 Ảnh chụp EDX trong vùng đá xi măng cũ

Hình 5.22 Ảnh chụp SEM của mẫu BTCLTC-a25XLCNM

Hình 5.23 Ảnh chụp EDX của vùng đá xi măng gần bề mặt hạt CLTN của
mẫu BTCLTC-XLCNM

Hình 5.24 Vi cấu trúc của BTCLTC-CKDXK7%

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG
TÁI CHẾ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHỊU LỰC

2.1.1. Đặc tính của hạt cốt liệu bê tông tái chế
2.1.2. Cơ sở khoa học của biện pháp xử lý và cải thiện chất lượng hạt
CLBTTC bằng phương pháp hấp phụ phụ gia khoáng puzơlan
2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẤT
LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ
2.2.1. Cơ sở khoa học của việc cải tiến quy trình trộn hỗn hợp bê tông
2.2.2. Cơ sở khoa học việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao nghiền mịn
trong bê tông cốt liệu tái chế
2.2.3. Cơ sở khoa học việc sử dụng chất kết dính xỉ kiềm thay thế xi
măng trong chế tạo BTCLTC
Từ các phân tích lý thuyết và thực tiễn nghiên cứu trên, việc sử dụng
CLBTTC để chế tạo bê tông chịu lực là hoàn toàn khả thi và dựa theo các cơ
sở khoa học như sau:
1. CLBTTC là hỗn hợp hạt vật liệu đá nhân tạo có các tính chất tương tự
như CLTN và thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:2006 về cốt
liệu dùng cho chế tạo bê tông.
2. Việc cải thiện chất lượng của BTCLTC và cấu trúc hạt CLBTTC chủ yếu
dựa vào hai quá trình: Thứ nhất là quá trình nghiền chà sát hoặc sử dụng vòi
nước rửa áp lực cao làm tách các phần vữa cũ có liên kết yếu với bề mặt hạt
đá tự nhiên nhằm làm tăng cường độ hạt và hỗn hợp hạt CLBTTC. Thứ hai
là quá trình xử lý bề mặt hạt cốt liệu bằng phụ gia khoáng XLCNM có độ
mịn thích hợp. Hạt xỉ có thể xâm nhập vào các lỗ rỗng, khe nứt trên bề mặt
hạt cốt liệu, sau đó thực hiện phản ứng puzơlan tạo các sản phẩm C-S-H lấp
đầy lỗ rỗng, tăng độ đặc phần vữa cũ, tăng cường độ bản thân hạt CLBTTC
cũng như vùng liên kết tiếp xúc giữa đá xi măng và bề mặt hạt cốt liệu trong
bê tông.
3. Để nâng cao chất lượng của bê tông sử dụng CLTC có thể sử dụng
phương pháp trộn hai giai đoạn hoặc trộn ba giai đoạn. Các phương pháp
này không những có sơ đồ công nghệ trộn đơn giản, chi phí năng lượng trộn
thấp mà còn tăng hiệu quả xâm nhập của các hạt xi măng và phụ gia khoáng

vào bề mặt và các lỗ rỗng trên bề mặt của hạt cốt liệu.


8
4. Hỗn hợp hạt CLTC có cường độ yếu, tỷ diện tích bề mặt lớn nên khi sử
dụng để chế tạo bê tông cần phải tăng thể tích hồ và tăng cường độ phần đá
chất kết dính nhằm đảm bảo tính công tác và các tính chất khác của bê tông.
Một số nghiên cứu khảo sát cho thấy khi sử dụng phụ gia khoáng XLCNM
cũng đã nâng cao các tính chất cơ học cũng như vi cấu trúc và độ bền lâu
của bê tông sử dụng CLTC. Vì thế luận án sẽ tiếp tục nghiên cứu kỹ hơn về
vấn đề này.
5. Việc sử dụng CKDXK có thể thay thế hoàn toàn xi măng trong chế tạo
BTCLTC không những cho cường độ cao, mà còn tận dụng triệt để nguồn
phế thải xỉ lò cao nhằm giảm phát thải khí CO2 trong quá trình sản xuất và
sử dụng xi măng; góp phần phát triển loại bê tông xanh phục vụ phát triển
xây dựng bền vững. Vì vậy, luận án cũng nghiên cứu khảo sát khả năng ứng
dụng loại chất kết dính này trong việc nâng cao chất lượng bê tông sử dụng
100% CLBTTC.

21

Mức cao
Mức trung bình

Hình 5.13 Ảnh hưởng của XLCNM và
CKDXK đến độ co của bê tông

Hình 5.14 Khả năng thấm iôn clo của
các mẫu bê tông

5.1.3. Ảnh hưởng của xỉ lò cao nghiền mịn và chất kết dính xỉ kiềm đến
cấu tạo và vi cấu trúc của bê tông
Vữa cũ dính
vào CLTN

Vữa mới

CLTN

Chương 3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU
3.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG
3.1.1. Xi măng
Đề tài đã sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn (XMBS) có sẵn trên thị trường để
nghiên cứu. Kết quả các tính chất cơ bản của xi măng đạt yêu cầu kỹ thuật
theo TCVN 2682-2009 (Bảng 3.1).
3.1.2. Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn
Xỉ lò cao hạt hóa là xỉ hạt của nhà máy luyện gang thép Hòa Phát- Kinh
Môn- Hải Dương. Xỉ được sấy khô và nghiền mịn bằng máy nghiền bi rung
với đường kính hạt trung bình là 7,630 m, độ mịn 4520 cm2/g. Xỉ nghiên
cứu thuộc loại xỉ trung tính, các tính chất cơ bản của XLCNM đạt TCVN
4315: 2007 và TCVN 6882: 2001.
3.1.3. Nước, dung dịch kiềm hoạt hóa và phụ gia siêu dẻo
Nước sử dụng thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 4506: 2012.
Phụ gia siêu dẻo ACE 388 được sử dụng để đảm bảo độ sụt yêu cầu cho
HHBT, các tính chất thỏa mãn TCVN 8826: 2011.
Dung dịch kiềm hoạt hóa có vai trò làm chất kích hoạt thúc đẩy phản ứng
thủy hóa trong CKDXK. Dung dịch kiềm hoạt hóa sử dụng là hỗn hợp của
dung dịch thủy tinh lỏng natri (dd Na-Si) có Ms=2,58 và dung dịch xút 32%
(NaOH 32%) có bán sẵn trên thị trường.
3.1.4. Cốt thép

Cốt thép được sử dụng trong nghiên cứu gồm: cốt thép chịu lực là thép Φ8
và Φ10 đạt mác CB300-V; thép đai Φ4 đạt CB240-T theo TCVN
1651:2008.

CLTN
Vữa cũ

Hình 5.15 Mặt cắt mẫu bê tông ĐC

Hình 5.16 Mặt cắt mẫu bê tông BTCLTC

Đá CKD xâm nhập
vào hạt CLTN bị nứt
Vữa cũ dính
vào CLTN

Vữa cũ dính
vào CLTN

Hình 5.17 Mặt cắt mẫu bê tông
BTCLTC-a25XLCNM

Vữa mới

Hình 5.18 Mặt cắt phá hủy mẫu bê
tông BTCLTC-CKDXK7%

Ettrigite

Hình 5.19 Mô phỏng các vùng giao diện

chuyển tiếp ITZ trong BTCLTC

Hình 5.20 Cấu trúc ITZ cũ gần
bề mặt hạt CLTN gốc


20

9

5.1.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao nghiền mịn và chất kết dính xỉ kiềm đến
đến các tính chất của bê tông
Kết quả cường độ nén, cường độ uốn, độ hút nước mao quản, độ co và
độ thấm iôn clo của BTCLTC khi sử dụng phụ gia khoáng XLCNM và
CKDXK được thể hiện trên Hình 5.15.14.

3.1.5. Cốt liệu
CLBTTC sử dụng trong nghiên cứu này có nguồn gốc từ các mảnh
vỡ phế thải của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, được thu gom từ việc
phá dỡ các công trình xây dựng dân dụng trong khu vực thành phố Hà Nội.
Quá trình gia công nghiền đập và sàng phân loại được thực hiện trên dây
chuyền tái chế công suất 40 tấn phế thải/giờ, tại xí nghiệp gạch block của
Công ty TNHH MTV Cơ điện và Xây dựng công trình [10].
Các mẫu CLTN đối chứng gồm: cốt liệu lớn tự nhiên là đá dăm (ĐD) 1x2
Phủ Lý- Hà Nam có nguồn gốc từ đá vôi canxit. Cốt liệu nhỏ tự nhiên là cát
vàng Sông Lô (CV) có nguồn gốc từ cát thạch anh. Các tính chất cơ bản của
cốt liệu được thí nghiệm theo TCVN 7572: 2006 (Bảng 3.5). Thành phần hạt
của CLNBTTC đạt yêu cầu của TCVN 9205: 2012 [6].
Bảng 3.5 Các tính chất khác của CLTN và CLBTTC

Hình 5.1 Ảnh hưởng của XLCNM và
CKDXK đến sự thay đổi độ sụt của hỗn
hợp bê tông sử dụng 100% CLBTTC

Hình 5.3 Ảnh hưởng của XLCNM và
CKDXK đến cường độ uốn của bê tông

Hình 5.11 Độ hút nước mao quản của bê
tông sau khi ngâm 24 giờ

Hình 5.2 Ảnh hưởng của phụ gia
khoáng XLCNM đến cường độ nén của
bê tông

Hình 5.4 Ảnh hưởng của CKDXK đến
cường độ nén của bê tông

Hình 5.12 Hệ số hút nước mao quản
của bê tông

STT

Tính chất thí nghiệm

1 Khối lượng riêng
2 Khối lượng thể tích xốp
3 Khối lượng thể tích lèn chặt
Khối lượng thể tích hạt ở
4
trạng thái khô hoàn toàn

Khối lượng thể tích hạt ở
5
trạng thái khô bão hòa bề mặt
Độ hút nước của cốt liệu ở
6
trạng thái bão hòa khô bề mặt
7 Hàm lượng hạt thoi dẹt
8 Hàm lượng bụi, bùn, sét
9 Mô đun độ lớn
10 Độ nén dập trong xilanh
11 Độ mài mòn Los Angeles

Đơn vị
g/cm3
kg/m3
kg/m3

ĐD
10-20
2,72
1360
1720

ĐD
5-10
2,72
1420
1660

CLBTTC

Cát
vàng 10-20 5-10 0,14-5
2,51 2,66 2,65 2,49
1460 1210 1310 1300
1810 1390 1420 1580

g/cm3 2,605 2,617 2,468 2,345 2,326 2,285
g/cm3 2,609 2,621 2,488 2,468 2,472 2,467
%

0,14

0,15

0,80

5,24

6,26

7,96

%
%

5,2
0,04
12,9
22,7

1,4
0,08
13,9
28,4

1,2
2,3
-

2,3
0,78
16,7
26,7

3,9
0,86
20,4
32,1

2,5
2,9
-

%
%

3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.2.1. Các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn
Các tính chất cơ bản của vật liệu và của hỗn hợp bê tông, bê tông được xác
định và đánh giá chất lượng theo các TCVN và tiêu chuẩn nước ngoài.

3.2.2. Phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn
Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phi tiêu chuẩn bao gồm: Phương
pháp xác định độ hút nước và nhả nước của cốt liệu; Phương pháp xác định
thành phần hạt bằng laser, thành phần khoáng- hóa bằng rơn ghen (XRD,
XRF); phương pháp phân tích nhiệt vi sai (TG/DTA); Phương pháp xác định
hoạt tính cường độ của CLBTTC; Phương pháp nghiên cứu vi cấu trúc bê
tông (SEM/ EDX); Phương pháp nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông
cốt thép.


10

19

3.3. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
3.3.1. Thiết kế sơ bộ thành phần bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên
3.3.2. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng cốt liệu bê tông tái chế
3.3.3. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn
3.3.4. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng chất kết dính xỉ kiềm
Bảng 3.6 Thành phần các cấp phối bê tông sử dụng trong nghiên cứu
STT Kí hiệu cấp phối
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16

ĐC
25CLLBTTCCV
50CLLBTTCCV
75CLLBTTCCV
100CLLBTTCCV
ĐD25CLNBTTC
ĐD50CLNBTTC
ĐD75CLNBTTC
ĐD100CLNBTTC
BTCLTC
BTCLTC-r25XLCNM
BTCLTC-r50XLCNM
BTCLTC-a25XLCNM
BTCLTC-a50XLCNM
BTCLTC-5%CKDXK
BTCLTC-7%CKDXK

N/X hoặc Xi măng XLCN Tỷ lệ CLBTTC, %
N/CKD
(kg) M (kg) PCLLBTTC PCLNBTTC
0,56
350

0
0
0
0,56
350
0
25
0
0,56
350
0
50
0
0,56
350
0
75
0
0,56
350
0
100
0
0,56
350
0
0
25
0,56
350

0
0
50
0,56
350
0
0
75
0,56
350
0
0
100
0,56
350
0
100
100
0,56
263
88
100
100
0,56
175
175
100
100
0,45
350

88
100
100
0,37
350
175
100
100
0,56
0
350
100
100
0,56
0
350
100
100

Ms
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
1,0
1,0

HLK
(%)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5,0
7,0

3.4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO HỖN HỢP BÊ TÔNG
Trên cơ sở tham khảo quy trình trộn HHBT sử dụng CLBTTC được đề xuất
bởi Deyu Kong [45], Vivian W.Y. Tam [141, 160] và kết quả khảo sát, quy
trình trộn HHBT do đề tài đề

xuất như Hình 3.17.
Từ các nội dung nghiên cứu
ở trên có thể thấy rằng:
 Tính chất của CLBTTC
sử dụng trong nghiên
cứu đảm bảo các yêu
cầu kỹ thuật của TCVN Hình 3.17 Sơ đồ quy trình trộn hỗn hợp BTCLTC
7570: 2006 và TCVN sử dụng xi măng (a), có sử dụng XLCNM (b) và
9205: 2012. Các vật có sử dụng CKDXK (c)
liệu khác sử dụng đều

Chương 5. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG VÀ THỰC NGHIỆM
ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CLBTTC
5.1. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG
100% CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ
Để nâng cao chất lượng bê tông sử dụng 100% CLBTTC, luận án đã
sử dụng hai phương pháp khác nhau là sử dụng phụ gia khoáng XLCNM và
sử dụng CKDXK thay thế hoàn xi măng. Các cấp phối bê tông thí nghiệm
được nêu ở Bảng 5.1.
Bảng 5.1 Cấp phối vật liệu thí nghiệm cho 1m3 hỗn hợp bê tông
Tổng nước
trộn (l)
STT

1
2
3
4
5
6

7
8

Kí hiệu cấp phối

ĐC
BTCLTC
BTCLTC-r25XLCNM
BTCLTC-r50XLCNM
BTCLTC-a25XLCNM
BTCLTC-a50XLCNM
BTCLTC-CKDXK5%
BTCLTC-CKDXK7%

N tự
do
196
196
196
196
196
196
133
108

Dung
Dung
CLBTTC (kg)
Lượng
Xi

dịch
XLCNM dịch
PGSD
măng
NaOH
(kg) Na-Si
sử dụng
N do cốt
(kg)
32% 1020 510 0,145
(kg)
(l)
liệu hút
(kg)
0
6
350
0
0
0
0
0
0
0
71
350
0
0
0
606 341 631

0
71
263
88
0
0
604 340 629
0
71
175
175
0
0
602 339 627
71
71
71
71

350
350
0
0

88
175
350
350

0

0
58
82

0
0
43
60

579
552
590
587

326
311
332
330

603
575
615
611

5.1.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao nghiền mịn và chất kết dính xỉ kiềm đến
các tính chất của hỗn hợp bê tông
Kết quả sự ảnh hưởng của XLCNM và CKDXK đến KLTT, độ sụt và
sự thay đổi độ sụt của hỗn hợp BTCLTC được nêu ở Bảng 5.2 và Hình 5.1.
Bảng 5.2 Khối lượng thể tích và độ sụt của các loại hỗn hợp bê tông
STT Kí hiệu cấp phối bê tông Độ sụt, SN (cm) KLTT (kg/m3/ %)

1
ĐC
9,0
2431/ 110,2
2
BTCLTC
12,0
2206/ 100,0
3
BTCLTC-r25XLCNM
12,0
2167/98,4
4
BTCLTC-r50XLCNM
12,5
2132/96,8
5
BTCLTC-a25XLCNM
10,0
2228/101,0
6
BTCLTC-a50XLCNM
10,0
2293/103,9
7
BTCLTC-CKDXK5%
12,0
2303/104,4
8
BTCLTC-CKDXK7%

11,0
2342/106,2

1,85
2,10
0
0


18

11

Mức cao
Mức trung bình

Hình 4.29 Ảnh hưởng của loại
CLBTTC đến độ co khô của bê tông

Hình 4.30 Tổng điện lượng thấm iôn
clo của các loại bê tông

4.3.5. Độ thấm iôn clo
Kết quả thí nghiệm độ thấm iôn clo theo phương pháp nhanh được nêu ở
Hình 4.30.
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên, có thể rút ra một số kết luận như sau:
 Độ hút nước của các loại CLBTTC cao hơn nhiều so với của CLTN. Vì
vậy, khi sử dụng CLBTTC ở trạng thái khô thì cần bổ sung lượng nước
trộn vào HHBT khoảng 4,532,2% để đảm bảo độ sụt yêu cầu; lượng
nước này tương đương với độ hút nước của cốt liệu sau 5 phút ngâm và

tùy thuộc vào loại, hàm lượng CLBTTC thay thế CLTN. Đây cũng chính
là nguyên nhân làm tăng tốc độ tổn thất độ sụt của hỗn hợp BTCLTC.
 Khối lượng thể tích của HHBT sử dụng CLBTTC thấp hơn từ 7÷10%
so với của HHBT sử dụng CLTN. Khi tăng hàm lượng CLBTTC thay
thế CLTN thì khối lượng thể tích của HHBT càng giảm.
 Cường độ nén của các loại bê tông sử dụng 100% CLBTTC luôn thấp
hơn khoảng 15÷33% so với bê tông sử dụng CLTN, mức độ giảm tùy
thuộc vào loại và hàm lượng CLBTTC sử dụng, tuổi bê tông. Điều này
cũng tương tự đối với cường độ kéo uốn và mô đun đàn hồi.
 Độ hút nước mao quản của bê tông sử dụng CLBTTC và sử dụng
CLTN đều phụ thuộc tuyến tính với thời gian (s0,5). Tuy nhiên, hệ số
hút nước mao quản của mẫu bê tông sử dụng CLBTTC luôn cao hơn
khoảng 1,0÷2,26 lần so với bê tông sử dụng CLTN, trong đó của mẫu
bê tông sử dụng 100% CLBTTC luôn là cao nhất, sau đó lần lượt đến
các mẫu bê tông sử dụng CLNBTTC và CLLBTTC.
 Độ co khô của bê tông sử dụng CLBTTC luôn cao hơn 1,52,0 lần so
với bê tông thường sử dụng CLTN ở cả tuổi sớm và tuổi dài ngày.
 Độ thấm iôn clo của bê tông sử dụng CLBTTC cũng luôn cao hơn so
với bê tông sử dụng CLTN, nhưng khả năng thấm iôn clo giảm nhanh
khi bê tông được bảo dưỡng ở tuổi dài ngày.

sẵn có ở Việt Nam và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật theo các tiêu
chuẩn hiện hành và phù hợp với mục đích và phạm vi nghiên cứu của
đề tài.
 Quy trình chế tạo hỗn hợp bê tông do luận án đề xuất là phù hợp và
góp phần nâng cao chất lượng BTCLTC.
 Ngoài các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn, đề tài còn sử dụng các
phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn, phương pháp phân tích hóa lý
và vi cấu trúc hiện đại, phù hợp ở điều kiện Việt Nam.
Chương 4. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ

ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG
Do đặc tính của CLBTTC khác xa so với CLTN, nên các tính chất của
HHBT và bê tông chịu ảnh hưởng lớn bởi loại và lượng dùng CLBTTC.
Chương này tập trung trình bày các kết quả nghiên cứu phân tích đặc tính
của hạt CLBTTC, đồng thời thảo luận các ảnh hưởng của loại cốt liệu lớn,
cốt liệu nhỏ và hàm lượng CLBTTC khi thay thế 0, 25, 50, 75, 100% CLTN
đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông.
4.1. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ
4.1.1. Thành phần vật liệu của cốt liệu bê tông tái chế
Đặc tính hình dạng hạt, thành phần vật liệu, thành phần khoáng, thành phần
hóa của các loại CLBTTC được nghiên cứu phân tích ở Hình 4.1Hình 4.8
và bảng 4.1.

Hình 4.3 Thành phần vật liệu của hỗn hợp CLBTTC


12

17

Bảng 4.1 Thành phần hóa của CLBTTC 0,14-5mm
Thành phần CaO SiO2 Al2O3 MgO SO3 K2O TiO2 Fe2O3 Na2O MKN
Hàm lượng, % 30,24 37,50 3,11 1,51 0,26 0,99 0,09 1,28 0,21 23,88

Hình 4.25 Quan hệ giữa độ hút nước mao quản của bê tông ở tuổi 28 ngày với
thời gian
Hình 4.5 Biểu đồ phân tích nhiệt của
mẫu CLBTTC

Hình 4.6 Hàm lượng iôn Ca2+ hòa

tan của mẫu CLBTTC

Hình 4.26 Quan hệ giữa độ hút nước mao quản của bê tông ở tuổi 91 ngày với
thời gian
Hình 4.7 Hàm lượng iôn Na+ hòa tan
của mẫu CLBTTC

Hình 4.8 Hàm lượng iôn K+ hòa tan
của mẫu CLBTTC

4.1.2. Cấu tạo và cấu trúc rỗng của cốt liệu bê tông tái chế
Trong hình ảnh vi cấu trúc cũng có thấy xuất hiện các pha tinh thể
poóc lăng dít (CH) xen lẫn giữa các gel C-S-H (Hình 4. 9c). Liên kết giữa bề
mặt các hạt cốt liệu này với phần vữa cũ bám dính tương đối yếu do có các
vết nứt xuất hiện trong vùng chuyển tiếp (Hình 4. 9d). Điều này phù hợp với
các kết quả khảo sát của các tác giả khác [52, 140].

Hình 4.27 Ảnh hưởng của loại
CLBTTC đến hệ số độ hút nước
mao quản của bê tông sau 24 giờ
ngâm mẫu
4.3.4. Độ co khô của bê tông

Hình 4.28 Ảnh hưởng của loại
CLBTTC đến hệ số hút nước mao
quản của bê tông ở các tuổi bảo
dưỡng khác nhau

Sự phát triển độ co khô của BTCLTC so với bê tông ĐC theo thời gian được
thể hiện trên Hình 4.29.

16

13

a)

b)

c)

d)

Hình 4.21 Sự phát triển cường độ nén của bê tông sử dụng CLBTTC so với
của bê tông ĐC
4.3.2. Cường độ uốn của bê tông
Cường độ uốn của bê tông sử dụng được nêu ở Hình 4.23.

Hình 4.9 Ảnh chụp vi cấu trúc hạt CLBTTC
4.1.3. Tính hút và nhả nước của cốt liệu bê tông tái chế

Hình 4.22 Ảnh hưởng của hàm lượng Hình 4.23 Cường độ uốn của bê
CLBTTC đến cường độ nén ở 28 ngày
tông
4.3.3. Hệ số hút nước mao quản của bê tông
Kết quả độ hút nước mao quản và hệ số hút nước của các loại BTCLTC ở
các tuổi 7, 28 và 91 ngày được nêu ở Hình 4.244.28 và Bảng 4.44.6.
Hình 4.10 Độ hút nước của các loại CLTN và CLBTTC

Hình 4.24 Quan hệ giữa độ hút nước mao quản của bê tông ở tuổi 7 ngày với
thời gian

Hình 4.11 Quá trình nhả nước của cốt liệu trong không khí và khi sấy khô


14

15

4.1.4. Tính chất cơ học của cốt liệu bê tông tái chế
Cường độ bê tông gốc của CLBTTC thay đổi lớn từ 23,6131,52 MPa.
4.1.5. Khả năng hoạt tính của cốt liệu bê tông tái chế
Được đánh giá qua khả năng phản ứng kiềm cốt liệu và hoạt tính
cường độ vữa sử dụng CLNBTTC (Hình 4.12 và Hình 4.13).

Hình 4.14 Tổng lượng nước trộn của
hỗn hợp bê tông ĐC và bê tông sử
dụng CLBTTC

Hình 4.15 Khối lượng thể tích của
hỗn hợp bê tông ĐC và bê tông sử
dụng CLBTTC

4.2.2. Độ sụt và sự tổn thất độ sụt của hỗn hợp bê tông
Hình 4.12 Độ nở thanh vữa theo thời
Hình 4.13 Hoạt tính cường độ của
vữa sử dụng CLNBTTC
gian bảo dưỡng
4.2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI

CHẾ ĐẾN TÍNH CHẤT HỖN HỢP BÊ TÔNG
Thành phần vật liệu thực tế sử dụng cho 1m3 hỗn hợp bê tông có hàm
lượng CLBTTC khác nhau như sau (Bảng 4.3).
Bảng 4.3 Thành phần vật liệu cho 1m3 hỗn hợp bê tông sử dụng hàm lượng
CLBTTC thay thế CLTN khác nhau
Nước trộn (l)
CLTN (kg)
CLBTTC (kg)
Xi
ĐD Cát
STT Kí hiệu cấp phối N tự N do cốt măng ĐD
1020 510 0,145
do liệu hút (kg) 1020 510 vàng
1 ĐC
196
6
350
667
375 695
0
0
0
2 25CLLBTTC-CV
196
15
350
493
277 684
164
92

0
3 50CLLBTTC-CV
196
23
350
323
182 673
323 182
0
4 75CLLBTTC-CV
196
31
350
159
89
662
477 268
0
5 100CLLBTTC-CV 196
39
350
0
0
651
625 351
0
6 ĐD-25CLNBTTC
196
15
350

662
372 517
0
0
172
7 ĐD-50CLNBTTC
196
24
350
657
369 342
0
0
342
8 ĐD-75CLNBTTC
196
32
350
651
366 170
0
0
509
9 ĐD-100CLNBTTC 196
41
350
646
363
0
0

0
673
10 BTCLTC
196
71
350
0
0
0
606 341 631

4.2.1. Lượng nước trộn và khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông
Kết quả lượng nước trộn và khối lượng thể tích của HHBT được nêu ở
Hình 4.14 và Hình 4.15.

Độ sụt của HHBT theo thời gian được thể hiện ở Hình 4.16.

Hình 4.16 Sự thay đổi độ sụt của hỗn hợp bê tông ĐC và bê tông sử dụng
CLBTTC theo thời gian

Hình 4.20 Tỷ lệ phát triển cường độ
nén của bê tông trong các khoảng
thời gian bảo dưỡng khác nhau
4.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ
ĐẾN TÍNH CHẤT BÊ TÔNG
4.3.1. Cường độ nén của bê tông
Cường độ nén ở các tuổi 1, 3, 7, 28, 56, 91, 182 và 365 ngày được thể
hiện ở Hình 4.18 và Hình 4.19. Sự phát triển cường độ nén trong các khoảng
thời gian và so sánh với mẫu ĐC được nêu ở Hình 4.20 Hình 4.22.
Hình 4.17 Tốc độ tổn thất độ sụt của

hỗn hợp bê tông sử dụng CLBTTC