Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng chống thấm của bê tông sử dụng bột thủy tinh thải y tế

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-------------------------------

LÊ XUÂN DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA
BÊ TÔNG SỬ DỤNG BỘT THỦY TINH THẢI Y TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----------------------------

LÊ XUÂN DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA
BÊ TÔNG SỬ DỤNG BỘT THỦY TINH THẢI Y TẾ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã ngành : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG

Đà Nẵng – Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tác giả luận văn

Lê Xuân Dũng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................4
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................4
5. Bố cục nội dung đề tài ........................................................................................4
CHƯƠNG 1 VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ THỰC TRẠNG THỦY TINH THẢI
Y TẾ ................................................................................................................................ 5
1.1. THỰC TRẠNG, PHÂN LOẠI THỦY TINH THẢI Y TẾ ......................................5
1.1.1. Khái niệm và phân loại thủy tinh thải y tế ....................................................5
1.1.2. Thực trạng rác thải thủy tinh y tế ..................................................................7
1.2. VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ TÍNH KHẢ THI KHI DÙNG BỘT THỦY TINH
GIẢM BỚT MỘT PHẦN XI MĂNG .............................................................................9
1.2.1. Vật liệu thủy tinh thải y tế ............................................................................9

1.2.2. Độ mịn và đặc tính lý hóa của thủy tinh thải y tế nghiền mịn ....................10
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THỦY TINH
NGHIỀN MỊN GIẢM BỚT MỘT PHẦN XIMĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊTÔNG
TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI ........................................................................11
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..........................................................................................15
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN, CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ
VẬT LIỆU SỬ DỤNG ................................................................................................. 17
2.1. CÔNG TÁC THU GOM VÀ TIỀN XỬ LÝ VẬT LIỆU THỦY TINH ................17
2.1.1. Công tác thu gom thủy tinh thải .................................................................17
2.1.2. Công tác tiền xử lý vật liệu thủy tinh thải ..................................................18
2.2. TỈ LỆ THÀNH PHẦN THỦY TINH VÀ KÍCH THƯỚC CÁC HẠT CỐT LIỆU
THỦY TINH..................................................................................................................19
2.2.1. Kích thước các hạt cốt liệu thủy tinh nghiền mịn .......................................19
2.2.2. Tỉ lệ thành phần bột thủy tinh giảm thiểu một phần xi măng .....................23
2.3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ...........................................................................................26
2.3.1. Xi măng.......................................................................................................26
2.3.2. Cốt liệu nhỏ - Cát ........................................................................................27
2.3.3. Cốt liệu lớn – Đá dăm .................................................................................27
2.3.4. Bột Thủy tinh (Powder Glass) ....................................................................28


2.3.5. Bêtông và tỉ lệ cấp phối bêtông ..................................................................28
2.4. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM .........................................................................32
2.4.1. Chế tạo mẫu bêtơng tiêu chuẩn ...................................................................32
2.4.2. Quy trình thí nghiệm nén mẫu ....................................................................36
2.4.3. Phương pháp xác định cường độ chịu nén mẫu tiêu chuẩn ........................36
2.4.4. Quy trình thí nghiệm độ chống thấm nước của mẫu ..................................38
2.5. CÁC MÁY MÓC VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ THÍ NGHIỆM .........................40
2.6. TỔNG QUAN NỘI DUNG THÍ NGHIỆM ...........................................................40
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..........................................................................................41

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................... 42
3.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................................................................42
3.1.1. Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cốt liệu .................................................42
3.1.2. Xác định độ sụt hỗn hợp bêtông .................................................................44
3.1.3. Xác định cường độ chịu nén của bêtông.....................................................45
3.1.4. Xác định mức chống thấm nước của bêtơng ..............................................47
3.2. BÌNH LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...............................................................48
3.2.1. Độ sụt ..........................................................................................................48
3.2.2. Cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm .....................................................49
3.2.3. Mức chống thấm nước của mẫu thí nghiệm ...............................................49
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..........................................................................................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 51
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)


TĨM TẮT
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA BÊ TƠNG SỬ DỤNG BỘT
THỦY TINH THẢI Y TẾ

Học viên: Lê Xuân Dũng
Chun ngành:Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Thủy tinh từ chai lọ thải ngành y tế đang là tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước,
không khí, đất…do chưa có phương pháp xử lý rác thải một cách triệt để. Với các tính chất cơ
học và thành phần hóa học, thủy tinh có thể được sử dụng như là một phần thay thế cốt liệu
thô, cốt liệu mịn và xi măng trong chế tạo bê tông phục vụ ngành xây dựng, tạo ra hướng xử
lý rác thải bền vững. Ở dạng bột đủ mịn, thủy tinh thể hiện thuộc tính puzzolan và có thể sử
dụng thay thế một phần vai trị xi măng trong bê tơng. Trong nghiên cứu này, thủy tinh thải y

tế được nghiền mịn thành dạng bột, với độ mịn đạt dưới 10% thông qua lưới sàng 90
micromet để giảm một phần xi măng sử dụng. Đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu ảnh
hưởng của sự thay thế này đến khả năng chống thấm nước trong bê tông và so sánh với bê
tông thông thường. Kết quả thể hiện rằng khả năng chống thấm trong bê tông là khá tốt, đặc
biệt là thay thế tỉ lệ 10% hàm lượng xi măng có thể ứng dụng thực tiễn.
Từ khóa: Thủy tinh thải y tế, bột thủy tinh, Chống thấm bê tông, cường độ chịu nén, độ
sụt.
Abstract: Due to lack of effective recycled method, waste glass collected from medical
bottles may cause water, air and soil pollutions. By possessing a high performance of
mechanical and chemical properties, this type of glass can be used as a partial replacement for
coarse aggregate, fine aggregate or cement in manufacture of concrete toward a sustainable
construction industry. As powder form, glass possess pozzolan characteristic and can be used
as a partial replacement of cement role in concrete. In this study, medical glass was crushed
into powder, with a fineness of less than 10% through a sieve of 90 micrometers in order to
reduce amount of cement. The aim is to study the effect of this substitution on the
waterproofing of concrete and compare to nominal concrete. The results show that a ability to
waterproofing concrete is the best, especially with replacing the content as 10% by weight of
cement and can be practically applied.
Key words: waste medical glass, glass powder, waterproofing concrete, compressive
strength, slump.


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC CHỮ VIẾT TẮT:
Bột
Khối lượng xi măng + bột thủy tinh
MDC
Mẫu đối chứng
N/B
Tỉ lê lượng nước trên lượng bột

N/X
Tỉ lệ lượng nước trên lượng xi măng.
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TNHH MTV
Trách nhiệm hữu hạn một thành viên
TT-10%TT-0,56 Mẫu chứa thủy tinh dạng bột giữ nguyên tỉ lệ N/X mẫu đối chứng
TT-10%TT-0,60 Mẫu chứa thủy tinh dạng bột thay đổi tỉ lệ N/X cao hơn mẫu đối
chứng
TT-10%TT-0,65 Mẫu chứa thủy tinh dạng bột thay đôi tỉ lệ N/X cao hơn mẫu đối
chứng
TW
Trung ương
WHO
Tổ chức Y tế Thế giới


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

1. 1.

Thành phần rác thải bệnh viện ở Việt Nam

8

1.2.

Thành phần hóa học của thủy tinh

11

2.1.

Lượng phần trăm dãi cỡ hạt xi măng tối ưu về cường độ

22

2. 2.

Cấp phối thành phần định hướng theo định mức 1784

29

2. 3.

Thể tích mẻ trộn thực tế thi công với số mẫu cần đúc

30

2.4.

Bảng tổng hợp số lượng mẫu cần đúc thí nghiệm

30

2.5.

Tỉ lệ cấp phối thực nghiệm đạt yêu cầu độ sụt mẫu đối
chứng

31

2.6.

Độ sụt mẫu bê tông đối chứng khi giảm lượng nước

31

2.7.

Cấp phối vật liệu khi thay đổi N/X

31

3. 1.

Các tính chất cơ lý của xi măng Pooclang Sơng Gianh
PCB40

42

3.2.

Kết quả phân tích thành phần hạt của cát thí nghiệm

43

3.3.

Kết quả phân tích thành phần hạt của đá dăm thí nghiệm

44

3. 4.

Kết quả độ mịn của thủy tinh nghiền mịn thành dạng bột

44

3. 5.

Kết quả độ sụt của hỗn hợp bê tông

45

3. 6.

Cường độ chịu nén của các mẫu bê tơng thí nghiệm

45

3. 7.

Cường độ chịu nén trung bình của cấp phối bê tơng thí
nghiệm

46

3. 8.

Mức chống thấm của các mẫu bê tơng thí nghiệm

47


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

1.1.

Thủy tinh thải y tế đã qua sử dụng

5

1.2.

Chai lọ thủy tinh trắng thải y tế

6

1.3.

Chai lọ thủy tinh màu thải y tế

7

2.1.

Biểu đồ thành phần chất thải rắn y tế dựa trên đặc tính lý
hóa

17

2.2.

Thùng chứa, túi đựng thủy tinh thải y tế

18

2.3.

Sản phẩm thủy tinh được nghiền mịn

19

2.4.

Cường độ nén của bê tơng với bột thủy tinh kích cỡ khác
nhau

20

2.5.

Ảnh hưởng của cỡ hạt thủy tinh đến cường độ chịu nén bê
tông

21

2.6.

Cơ sở thiết bị nghiền tại phịng thí nghiệm cơng ty

23

2.7.

Q trình phát triển cường độ nén theo tỉ lệ % các độ tuổi
thí nghiệm

24

2.8.

Sự phát triển cường độ nén và độ chống thấm nước

25

2.9.

Sự hấp thu mao mạch của mẫu lập phương sau 28 ngày

26

2.10.

Một số hình ảnh Xi măng Sơng Gianh

32

2.11.

Một số hình ảnh cát và đá tại hiện trường

33

2.12.

Bột thủy tinh cất giữ trong bao xi măng

33

2.13.

Thùng trộn và khuôn đúc mẫu tiêu chuẩn

34

2.14.

Công tác đo độ sụt bê tơng

34

2.15.

Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu thí nghiệm

35

2.16.

Hình ảnh cơng tác đúc mẫu và hồn thiện

35

2.17.

Thí nghiệm và kết quả nén mẫu

37

2.18.

Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phương theo TCVN 3118:1993

38

2.19.

Tẩy màng hồ xi măng và gá lắp mẫu lên bệ máy

39

2.20.

Theo dõi mẫu thấm qua camera và khi kêt thúc thí nghiệm

40


Số hiệu hình

Tên hình

Trang

2.21.

Ép chẻ mẫu để thấy vệt thấm bên trong mẫu

40

3.1.

Độ sụt hỗn hợp bê tông của các cấp phối thiết kế

45

3.2.

Cường độ chịu nén trung bình các cấp phối thiết kế ở tuổi
28 ngày

46

3.3.

Mức chống thấm W các cấp phối thiết kế

47

3.4.

Mối quan hệ giữa cấp chống thấm W và cường độ nén trung
bình

48


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Tổng cục Môi trường, hiện mỗi ngày các cơ sở khám chữa bệnh trên cả
nước phát sinh khoảng 340 tấn chất thải, mức tăng chất thải y tế hiện nay là 7,6%/năm.
Năm 2015 lượng phát sinh chất thải vào khoảng 600 tấn/ngày. Dự kiến đến năm 2020,
tổng lượng rác thải là 800 tấn/ngày. Trong đó, hằng năm lượng rác thải gồm chai, lọ
thủy tinh đựng dược phẩm y tế được thải ra với số lượng lớn, chiếm khoảng 3% [1].
Theo ước lượng của đề tài, Bệnh viện TW Huế hằng ngày thải ra khoảng 300kg chai
thủy tinh đựng thuốc y học, lượng rác này hiện đang tồn đọng tại bệnh viện khoảng

hàng trăm tấn. Phương hướng xử lý chủ yếu hiện nay là thải trực tiếp hoặc xay thô và
chôn lấp. Phương án này địi hỏi phải có nơi xử lý, quỹ đất chơn lấp lớn, chi phí cao
(bao gồm thu gom, xử lý đốt cháy và chôn lấp, nhân công và vận chuyển). Bên cạnh
đó, rác thải y tế nếu khơng xử lý triệt để dẫn đến gây ô nhiễm môi trường và chất
lượng đất, nước…gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và phương án này ngày càng
trở nên không bền vững.
Ở thế giới, nhiều nghiên cứu đã sử dụng thủy tinh thải như kính, bóng đèn, ống
tia catốt, cửa sổ, chai, lọ…như một vật liệu thứ yếu làm cốt liệu trong sản xuất bê
tơng. Vì thủy tinh có nguồn gốc từ silicat nên phương án dùng nguyên liệu này xay
nhỏ để làm vật liệu xây dựng là ý tưởng rất tốt. Tung-Chai Ling, Chi-Sun Poon, HauWing Wong [36] báo cáo về phương án chuyển đổi thủy tinh thải thành vật liệu có giá
trị và một số ứng dụng của nó. Theo đó, với thủy tinh nghiền mịn đến cỡ hạt 75 150µm được thay thế một phần xi măng trong bê tông. Một số ứng dụng khác thủy
tinh thay thế cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ hay mịn có thể sử dụng làm thành các khối
block dùng lắp vỉa hè và tường, bê tông, bê tông tự đầm hay vữa kiến trúc… Việc sử
dụng thủy tinh nghiền như cốt liệu trong bê tơng xi măng Pooclăng đã có một số hiệu
ứng trái ngược trong thuộc tính của bê tơng; tuy nhiên, ứng dụng thực tiễn có thể vẫn
được sản xuất thậm chí sử dụng 100% thủy tinh nghiền như cốt liệu [25].
Từ những nghiên cứu ở những thập niên 1960 đến nay, hầu hết các nghiên cứu
trên thế giới về thủy tinh nói chung được nghiền thành dạng bột, chỉ tập trung vào các
tính chất cơ lý bê tơng như cường độ (nén, uốn, kéo…), độ linh động hỗn hợp, sự hoạt
động của phản ứng hydrat hóa xi măng có chứa bột thủy tinh… Trong khi đó, những
nghiên cứu về độ hấp thụ nước hay độ chống thấm nước của bê tông sử dụng bột thủy
tinh thay thế một phần cốt liệu rất ít. Điển hình một số nghiên cứu về sự hấp thụ nước
có chứa hàm lượng bột thủy tinh thay thế một phần cốt liệu mịn như xi măng. N. Vidya
cùng cộng sự [27]. Virendra Kumara K.N cùng cộng sự [29], nghiên cứu sử dụng hỗn


2
hợp có chứa 20% khối lượng bột thủy tinh thay thế xi măng và chứa 0% đến 50% rác
thải công nghiệp thay thế cốt liệu nhỏ (cát). Kết quả chỉ ra rằng sự thay đổi về độ hấp
thụ nước các mẫu thí nghiệm theo từng tỉ lệ cấp phối. Sự hấp thụ nước của bê tông ở

tuổi 28 ngày giảm so với mẫu bê tông thông thường từ 2,2 xuống còn 1,5 [14].
Ali A.Aliabdo cùng cộng sự [14], nghiên cứu 2 cấp phối chính là mác bê tơng
33MPa và 45MPa, mỗi cấp phối chính gồm các cấp phối có chứa tỉ lệ thay thế bột thủy
tinh bằng xi măng với hàm lượng từ 0% đến 25% về khối lượng. Kết quả chi ra rằng
sự hấp thụ nước và tỉ lệ độ lỗ rỗng thay đổi theo các cấp phối. Kết luận nghiên cứu
việc sử dụng bột thủy tinh đến hàm lượng 15% thì sự hấp thụ nước và tỉ lệ độ lỗ rỗng
giảm, điều này chỉ ra rằng sẽ cải thiện độ bền của bê tơng [14]. Irshad [19], thí nghiệm
sử dụng sự thay thế xi măng theo hàm lượng 10% đến 40% gồm bột thủy tinh cỡ hạt
dưới 90µm, tro bay và tổ hợp của chúng. Kết quả thể hiện: hệ số của sự hấp thụ qua
mao dẫn khi thay thế (10%, 20%, 30% và 40%) của tro bay tương ứng (0,78;0,36;0,36
và 0,6), của bột thủy tinh tương ứng (0,42;0,45;0,45 và 0,6), của tổ hợp tro bay và bột
thủy tinh tương ứng (0,33; 0,66;0,42 và 0,42) là thấp hơn của bê tông thông thường.
Báo cáo kết luận dựa trên kết quả thực nghiệm, sử dụng tro bay kết hợp bột thủy tinh
thay thế 40% xi măng về khối lượng thể hiện hệ số hấp thụ qua mao dẫn thấp hơn, làm
tăng độ bền tốt hơn cho bê tông [19].
Tại Việt Nam, năm 2008, Bác sĩ Nguyễn Hiếu Hiệp công bố và thực nghiệm nghiên
cứu sử dụng thủy tinh thải y tế trong bệnh viện nghiền mịn và thay thế cốt liệu nhỏ (cát)
để đúc các tấm lát nền cho bệnh viện [3]. Năm 2017, đề tài Nguyễn Quang Hòa, Trần
Minh Quân [4] đã nghiên cứu sử dụng thủy tinh thải y tế nghiền mịn thành dạng bột và
giảm bớt một phần xi măng để thực hiện nghiên cứu về sự phát triển cường độ chịu nén
của bê tông. Các cấp phối chế tạo bê tông được thiết kế từ thực nghiệm với Mác 250, độ
sụt 6-8cm, giảm một phần xi măng từ 5% đến 20% về khối lượng. Kết quả thể hiện rằng,
cường độ chịu nén trung bình ở tuổi 28 ngày đạt cường độ theo mác thiết kế M250 khi sử
dụng bột thủy tinh giảm 10% xi măng về khối lượng.
Đặc biệt, trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam nói riêng, thế giới nói chung, tính
chống thấm nước của bê tông luôn luôn là một vấn đề quan trọng đối với bê tơng có
tiếp xúc với nước. Nó có thể coi là một nguyên nhân của ăn mịn bê tơng khi tiếp xúc
với mơi trường nước có tính chất ăn mịn nước ngầm, nước khống, nước biển, nước
thải sinh hoạt và công nghiệp chứa các tác nhân ăn mịn. Nước thấm vào bê tơng, phá
hoại bê tơng từ trong ra ngồi và gây ăn mịn cốt thép rất nguy hiểm; như vậy tính

chống thấm liên quan với tính bền vững của bê tơng và tính ổn định của cơng trình bê
tơng cốt thép. Nhiều cơng trình xây dựng trước đây không quan tâm đến vấn đề chống
thấm mà chỉ dựa vào cường độ bê tông yêu cầu để thiết kế thành phần bê tông. Việc


3
khống chế tỷ lệ N/X không vượt quá tỷ lệ N/X tối đa và lượng xi măng khơng ít hơn
lượng xi măng tối thiểu không đủ để đảm bảo bê tơng có khả năng chống thấm u
cầu, nhưng lại khơng thí nghiệm kiểm tra và khơng có biện pháp chống thấm cho bê
tơng và cơng trình. Vì vậy sau một thời gian nhiều cơng trình bê tơng cốt thép ở trong
nước và dưới đất bắt đầu bị ăn mòn và hư hỏng. Gần đây có quan tâm hơn đến chống
thấm cho bê tông, nhưng cũng chưa nhiều.
Nghiên cứu này sử dụng thủy tinh thải y tế nghiền mịn thành dạng bột, tập trung
vào loại thủy tinh trắng, đến sự thay thế một phần khối lượng xi măng trong hỗn hợp
bê tông. Xuất phát từ nghiên cứu của đề tài tác giả Nguyễn Quang Hòa [2], thực hiện
sự thay thế xi măng bằng bột thủy tinh để thí nghiệm sự phát triển cường độ nén bê
tông. Kết quả chỉ ra rằng sự thay thế hàm lượng 10% khối lượng xi măng bằng bột
thủy tinh cho cường độ nén đạt khá tốt và có tính khả thi trong thi cơng [2]. Vì vậy,
luận văn này tập trung vào thí nghiệm xác định độ chống thấm của bê tơng có chứa bột
thủy tinh thay thế 10% khối lượng xi măng, nhằm mục đích chứng minh tính khả thi
của nó.
Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu khả năng chống thấm của mẫu bêtông khi
sử dụng bột thủy tinh từ chai lọ thuốc thải ra của các bệnh viện giảm bớt một phần
ximăng (10% khối lượng ximăng), nhằm mục đích chính là xử lí ơ nhiễm mơi trường,
một vấn đề cấp bách hiện nay tại các cơ sở bệnh viện nước ta. Ngoài ra tận dụng để
sản xuất vật liệu xây dựng hướng tới phát triển thân thiện với môi trường.
Theo báo cáo của Tung-Chai-Ling, Chi-Sun Poon, Hau-Wing Wong [36], một số
ứng dụng và các bước chuyển đổi thủy tinh thải thành vật liệu giá trị như sản xuất bê
tông, gạch lát nền, gạch xây tường, bê tông sàn, …

4

Khối bê tông thủy tinh

Ốp tấm bê tông thủy

Thủy tinh - SCC

Vữa thủy tinh trang trí

Tính linh động cao G-SCC

Gạch kiến trúc

Bê tông - sàn

Kiến trúc trên mặt bàn

tinh

Khối tường xây

Hình 1. Một số ứng dụng sử dụng vật liệu bột thủy tinh thải [21]
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Chế tạo mẫu thử bêtông tiêu chuẩn theo tỉ lệ cấp phối và sử dụng 10% bột thủy
tinh thải y tế thay thế cho thành phần xi măng.
- Xác định độ chống thấm của mẫu bê tông.
- Giải quyết rác thải chai lọ thủy tinh y tế gây ô nhiễm môi trường
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bê tông nặng dùng thủy tinh thải y tế, trong đó thủy tinh
được nghiền mịn thành dạng bột, với cỡ hạt nhỏ 90µm bột thủy tinh được thay thế một
phần xi măng hàm lượng 10% về khối lượng.
- Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chống thấm của bê tơng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích lý thuyết kết hợp thực nghiệm tuân thủ theo các tiêu chuẩn của Việt
Nam (TCVN). Kết quả kiểm tra của nghiên cứu xác định được mức chống thấm W, độ
sụt và cường độ nén mẫu ở tuổi sau 28 ngày, và so sánh với bê tông thông thường.
5. Bố cục nội dung đề tài
- Chương 1. Tổng quan về vật liệu thủy tinh thải và thực trạng rác thải y tế
- Chương 2. Xây dựng phương án, vật liệu và chương trình thí nghiệm
- Chương 3. Kết quả thí nghiệm và kết luận


5

CHƯƠNG 1
VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ THỰC TRẠNG THỦY TINH THẢI Y TẾ
1.1. THỰC TRẠNG, PHÂN LOẠI THỦY TINH THẢI Y TẾ
1.1.1. Khái niệm và phân loại thủy tinh thải y tế
Thủy tinh thải y tế là dạng chất thải rắn, gồm các loại chai, lọ được làm bằng
thủy tinh đã qua hoặc quá hạn sử dụng dùng trong lĩnh vực y tế, để chứa đựng các
bệnh phẩm và dược phẩm thuốc điều trị cho các bệnh nhân tại các cơ sở y tế như bệnh
viện, trung tâm y tế,…

Hình 1.1. Thủy tinh thải y tế đã qua sử dụng
Bản thân thủy tinh thải y tế cũng là một dạng thủy tinh thông thường, nhưng
được sản xuất với các thành phần đặc tính hóa lý tốt hơn, khác so với các dạng thủy
tinh khác như bóng đèn, màn hình tivi, chai lọ chứa thực phẩm…Tất cả các sản phẩm
thủy tinh đều có tuổi thọ giới hạn, mặc dù bản thân nó là vật liệu vơ định hình, khơng

hoạt tính, tương đối cứng, khó mài mịn và rất trơ về mặt hóa học.
Hằng năm, các cơ sở y tế phải đầu tư một số tiền rất lớn để xử lý rác thải thủy
tinh, phương pháp truyền thống để xử lý rác thải này vẫn là chơn lấp hoặc xây lị đốt.
Tuy nhiên, các phương án trên đều vừa tốn kém, không hiệu quả cũng không giải
quyết được vấn đề cấp bách hiện nay là gây ô nhiễm môi trường nước, không khí,
đất…Vì vậy, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và cung cấp một giải pháp thân thiện


6
với môi trường, một nhu cầu phát triển thị trường mới để tái chế thủy tinh thải (trong
đó có thủy tinh thải y tế góp phần khơng nhỏ). Đó là sử dụng vật liệu tái chế thủy tinh
dùng trong xây dựng với các ứng dụng chính bao gồm thay thế một phần cốt liệu trong
bê tông như bê tông nhựa, như cốt liệu mịn trong lớp lót khơng dính kết, nền đặt
đường ống, hệ thống đất chơn lấp khí gas và khối đất đắp cho ống cống (Shi and
Zheng, 2007) [32].
Việc sử dụng thủy tinh thải y tế tái chế trong xi măng póoclăng và bê tơng cũng
đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên tồn thế giới do chi phí
xử lý thủy tinh tăng cao và vấn đề ô nhiễm môi trường. Gần đây, nhiều nghiên cứu đã
tập trung vào việc sử dụng chất thải thủy tinh y tế làm cốt liệu cho bê tông xi măng
hoặc là thay thế một phần xi măng. Đây là nền tảng cho sự phát triển của bê tông sinh
thái với chất thải thủy tinh y tế tái chế, trong đó có Việt Nam.
Chai (lọ) thủy tinh thải được sử dụng trong y tế thường được phân chia thành hai
loại dựa theo đặc tính hóa học, tính chất về màu sắc, đặc điểm phạm vi nghiên cứu của
đề tài:
- Thủy tinh trắng (trong suốt): là thủy tinh thơng thường có chứa thành phần hỗn
hợp Natri Silicat, Canxi Silicat và Silic đioxit, có cơng thức hóa học viết dưới dạng các
oxit là Na2O.CaO.6SiO2. Một số dụng cụ, chai lọ thí nghiệm được làm bằng thủy tinh
Kali có thành phần K2O.CaO.6SiO2 (khi nấu thủy tinh thay Na2CO3 bằng K2CO3)

Hình 1.2. Chai lọ thủy tinh trắng thải y tế [2]

- Thủy tinh màu: là loại thủy tinh thông thường nhưng trong thành phần của nó


7
có cho thêm một ơxit kim loại, thủy tinh sẽ có màu khác. Thí dụ: Cr2O3 cho màu lục,
CoO cho màu xanh nước biển…

Hình 1.3. Chai lọ thủy tinh màu thải y tế
Ngồi ra, hiện nay thủy tinh cịn được tạo ra từ các chế phẩm khác, tạo nên các
loại thủy tinh khác nhau có các đặc tính hóa, lý đặc trưng khác nhau và được ứng dụng
nhiều lĩnh vực khác như thủy tinh thạch anh, thủy tinh pha lê, thủy tinh Pyrex…Trong
phạm vi đề tài, đề tài tập trung nghiên cứu loại thủy tinh trắng được thải với số lượng
lớn từ các cơ sở y tế. Đó là nguồn rác thải thay vì được chơn lấp, thủy tinh thải được
sử dụng với mục đích tái chế, ứng dụng làm thành phần cốt liệu trong sản xuất bê tông
xi măng.
1.1.2. Thực trạng rác thải thủy tinh y tế
Theo nghiên cứu của Tổ chức Y tế Thế giới WHO, thành phần nguy hại trong chất
thải rắn y tế chiếm từ 10-25%, trong đó bao gồm các chất thải lây nhiễm, dược chất,
chất hóa học, phóng xạ, kim loại nặng, chất dễ cháy nổ…Cịn lại 75-90% chất thải thơng
thường, tương tự như chất thải sinh hoạt, trong đó có nhiều thành phần không chứa yếu
tố nguy hại như nhựa, chai lọ thủy tinh, kim loại, giấy,…có thế tái chế.
Khối lượng chất thải thủy tinh y tế phát sinh theo từng năm cũng có sự khác nhau
ở các nước tính theo mức thu nhập bình qn, chi phí dịch vụ y tế và số lượng dân số.
Sau đây, Thống kê một số nước có lượng phát sinh thủy tinh thải (trong đó có thủy
tinh thải y tế) một số năm điển hình.


8
Năm 2010, tại Mỹ, thủy tinh thải đạt xấp xỉ 4,6% trong tổng số sản lượng chất
thải rắn đô thị (trong khi lượng sản xuất xấp xỉ 20 triệu tấn) [32]. Năm 1999/2000, tại

Ân Độ, chất thải thủy tinh đạt 2,1% trong tổng số sản lượng chất thải rắn đô thị [33].
Tại Thỗ Nhĩ Kỳ, trong số 120.000 tấn, có 80.000 tấn thủy tinh là được tái chế, ở Đức
thì báo cáo khoảng 3 triệu tấn thủy tinh thải được tái chế [35]. Ở HongKong, thủy tinh
được ước tính xấp xỉ 373 tấn thủy tinh thải mỗi ngày trong năm 2010 [21]. Năm 2002,
vật liệu thủy tinh thải ở Đài Loan đạt xấp xỉ 600.000 tấn [17].
Tính đến nay, Việt Nam có 13.640 cơ sở y tế các loại bao gồm: 1.263 cơ sở khám
chữa bệnh thuộc các tuyến Trung ương, tỉnh, huyện, bệnh viện ngành và bệnh viện tư
nhân; 1.016 cơ sở thuộc hệ dự phòng tuyến Trung ương, tỉnh và huyện; 77 cơ sở đào
tạo y dược tuyến Trung ương, tỉnh và 180 cơ sở sản xuất thuốc và 11.104 trạm y tế xã.
Theo đó, trữ lượng rác thải y tế sẽ phát sinh trong nước là vô cùng lớn, và thực tế hiện
nay là đáng báo động về chất thải y tế gây ô nhiễm môi trường.
Theo Tổng cục Môi trường, hiện mỗi ngày, các cơ sở khám chữa bệnh trên cả
nước phát sinh khoảng 340 tấn chất thải, mức tăng chất thải y tế hiện nay là 7,6%/năm.
Năm 2015 lượng phát sinh chất thải vào khoảng 600 tấn/ngày. Dự kiến đến năm 2020,
tổng lượng rác thải là 800 tấn/ngày [6]. Nếu không được quản lý tốt, lượng rác thải y
tế này sẽ gây ra những mối nguy hiểm không nhỏ cho môi trường và sức khỏe con
người. Trong đó, các rác thải sắc nhọn và thủy tinh được xác định là một trong những
kẻ thù nguy hiểm nhất bởi nó gây tổn thương kép vừa gây tổn thương, vừa gây bệnh
truyền nhiễm như viêm gan B, HIV,…
Dựa theo quy định về quản lý chất thải y tế của Bộ Y tế, hầu hết các bệnh viện,
cơ sở y tế đều phải tiến hành phân loại, thu gom, vận chuyển và xử lý rác thải theo hệ
thống thành phần rác thải phát sinh được khảo sát gồm một số loại chính như bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần rác thải bệnh viện ở Việt Nam
Thành phần rác thải bệnh viện
Giấy các loại
Kim loại, vỏ hộp
Thủy tinh, chai lọ thuốc, bơm kim tiêm, ống tiêm

Tỉ lệ %
3

0,7
3-3,2

Bông băng, bột bó gãy xương

8,8

Chai, túi nhựa các loại

10,1

Bệnh phẩm

0,6

Rác hữu cơ

52,57

Đất đá và các vật rắn khác

21,03

Nguồn: Kết quả điều tra của dự án hợp tác giữa Bộ y tế và WHO, 2009


9
Hiện nay, nước ta có đến 100% bệnh viện tuyến TW, 88% bệnh viện tuyến tỉnh,
54% bệnh viện tuyến huyện xử lý chất thải rắn y tế bằng lò đốt tại chỗ hoặc thuê Công
ty môi trường đô thị đốt tập trung. Số bệnh viện còn lại xử lý chất thải rắn y tế bằng

phương pháp thủ công, chôn lấp tại chỗ (bệnh viện miền núi). Theo các chuyên gia
môi trường, xử lý rác thải thủy tinh là việc vô cùng khó khăn và tốn kém. Nó cần phải
được đốt ở nhiệt độ từ 800 đến 1.0000C mới cháy được nhưng sau đó lại vón cục và
vẫn khơng phân hủy được khi đưa ra mơi trường. Ngồi ra, trong khi đốt, rác thải thủy
tinh sẽ thải ra nhiều hạt bụi li ti và các hóa chất độc hại như axít clorhidric,
dioxin/furan, thủy ngân, chì, hoặc arsenic, cadmium.
Đồng thời, chi phí để xử lý rác thải trên ngày càng tăng cao, dân số tăng nhanh
trong khi quỹ đất ở và phục vụ sản xuất ngày càng hạn hẹp. Trong khi đó, chất thải
thủy tinh y tế đa số ở nước ta đều được xử lý bằng biện pháp truyền thống chôn lấp
dưới đất, một số khác được đưa vào lò đốt. Nhưng với điều kiện tại Việt Nam, việc xử
lý các biện pháp trên đều chỉ là tạm thời, và không tránh khỏi làm tăng thêm ô nhiễm
môi trường đất, nước và khơng khí.
Thực tế, rác thải thủy tinh y tế khơng chỉ là chuyện của riêng Việt Nam mà cịn
làm đau đầu nhiều quốc gia trên thế giới kể cả những nước có cơng nghệ xử lý tiên
tiến và phát triển. Hiện nay, hầu hết các tỉnh thành phố đều phản ánh tình trạng rác thải
thủy tinh y tế quá tải, dư luận trong nước lên tiếng và bất an vì chai lọ thủy tinh thải y
tế ngổn ngang, có nguy cơ gây ung thư. [6] [7]
1.2. VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ TÍNH KHẢ THI KHI DÙNG BỘT THỦY
TINH GIẢM BỚT MỘT PHẦN XI MĂNG
1.2.1. Vật liệu thủy tinh thải y tế
Thủy tinh có phạm vi ứng dụng rộng và được sản xuất bằng nhiều dạng và kiểu
khác nhau. Trong đó, thủy tinh phục vụ cho ngành y tế được sử dụng phần lớn để đựng
các dược phẩm thuốc.
Thủy tinh là vật liệu trơ có thể được tái chế nhiều lần mà khơng thay đổi thuộc
tính hóa học của nó. Tái chế thủy tinh y tế mang lại nhiều lợi ích cho môi trường như
giảm thiểu năng lượng, giảm tiêu thụ nguyên liệu, giảm chi phí xử lý, và đặc biệt là
giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường khơng khí, nước và đất. Tuy nhiên, không phải tất cả
thủy tinh sử dụng có thể được tái chế thành thủy tinh mới vì các tạp chất, chi phí hoặc
sự pha trộn màu sắc.
Thống kê về tỉ lệ tái chế thủy tinh của một số nước trên thế giới [28]:

- Năm 2005, Hàn Quốc và Nhật Bản có tỉ lệ tái chế thủy tinh đạt xấp xỉ tương
ứng 67% và 91%;
- Năm 2006, tiêu thụ và tái chế thủy tinh đạt 2.3% và 2% tương ứng ở Đông Phi


10
và Trung Phi;
- Năm 2009, tại Đài Loan, số thủy tinh thải được chôn lấp đạt xấp xỉ 0.52 triệu
tấn;
- Năm 2010, Tại Hong Kong, tỉ lệ phần trăm thủy tinh tái chế chỉ đạt 3,3% và số
còn lại 96,7% được đem đi chôn lấp trực tiếp. Tỉ lệ này với các nước Bỉ, Hà Lan, Thụy
Sỹ là hơn 90%, tại Mỹ cũng chỉ hơn 30%;
- Tại Việt Nam, hầu như việc tái chế thủy tinh thải lại ít được đề cập và phổ biến,
bởi vì đa số thủy tinh thải (đặc biệt là thủy tinh y tế) được xử lý bằng phương pháp đốt
và chôn lấp dưới đất.
Như vậy, việc tái chế thủy tinh thải y tế có ý nghĩa rất quan trọng, mang lại nhiều
lợi ích như giải quyết vấn đề ơ nhiễm mơi trường, giảm chi phí xử lý tiêu tốn hàng tỷ
đồng mỗi năm của các cơ sở y tế. Đồng thời, biến rác thải thủy tinh tạo ra một vật liệu
mới được ứng dụng trong sản xuất bê tơng.
1.2.2. Độ mịn và đặc tính lý hóa của thủy tinh thải y tế nghiền mịn
Vật liệu thủy tinh nói chung và thủy tinh thải y tế nói riêng, có hai cách để sử
dụng thủy tinh thải tái chế trong bê tơng đó là: dùng thủy tinh làm cốt liệu thô và dùng
thủy tinh được nghiền mịn thành dạng bột thay thế xi măng như puzolan. Thủy tinh
thải cũng có thể sử dụng làm vật liệu thơ trong sản xuất xi măng, và cuối cùng là sản
xuất bê tông xi măng poolang hỗn hợp.
Nhiều nghiên cứu về sử dụng thủy tinh thải được nghiền khi thay thế một phần
cốt liệu hay xi măng trong xi măng pooclang hỗn hợp được báo cáo trong những năm
trước đây. Một số đề tài nghiên cứu đã có những kết quả tác động trái chiều đến thuộc
tính của bê tơng. Dựa trên đặc tính vơ định hình và có chứa một lượng lớn của silic và
canxi trong thủy tinh, về lý thuyết, khi thủy tinh được nghiền mịn thành dạng bột có

tính puzolan và thậm chí là có tính xi măng trong tự nhiên. Hơn nữa, thuộc tính cấu tạo
bề mặt và hình dạng của cỡ hạt thủy tinh có thể được cải thiện khi kích thước được
giảm hơn nữa; thật vậy, thủy tinh dạng bột gây ra một số tác động trái chiều làm giảm
cường độ và khả năng làm việc của bê tông.
Nhiều phát minh đã chứng minh rằng khi tăng độ mịn của thủy tinh thì sẽ làm
tăng phản ứng puzolan. Bên cạnh đó, hàm lượng cao Na2O trong thủy tinh dễ dàng
thốt ra khi kích thước hạt thủy tinh bị giảm đi, do đó ảnh hưởng đến độ bền của bê
tông, đặc biệt là ở giai đoạn sớm [37].
Kết quả thành phần hóa học trong thủy tinh dạng bột được thí nghiệm bởi
QUATEST 3 theo bảng 1.2. [Phụ lục B]


11
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của thủy tinh
Phương pháp

Kết quả thử

thử

nghiệm % (m/m)

Hàm lượng Silic tính theo oxit silic (SiO2)

ASTM C169-16

72,1

Hàm lượng Kali tính theo oxit kali (K2O)

ASTM C169-16

1,04

Hàm lượng Natri tính theo oxit natri (Na2O)

ASTM C169-16

11,1

Hàm lượng Canxi tính theo oxit canxi (CaO)

ASTM C169-16

9,53

Hàm lượng Magie tính theo oxit silic (MgO)

ASTM C169-16

0,23

Hàm lượng Sắt tính theo oxit sắt (Fe2O3)

ASTM C169-16

0,49

ASTM C169-16

2,93

ASTM C169-16

0,73

Tên chỉ tiêu

Hàm lượng Nhơm tính theo oxit nhôm
(Al2O3)
Hàm lượng Bo (B)

Dựa trên cường độ chịu nén và khả năng làm việc bê tơng, tính chất puzolan của
thủy tinh lần đầu tiên được nhận thấy ở kích thước cỡ hạt dưới 300µm (Federico và
Chidiac, 2009). Cỡ hạt dưới 100µm thủy tinh có thể phản ứng puzolan lớn hơn tro bay
với tỉ lệ phần trăm hàm lượng xi măng thấp và sau 90 ngày bảo dưỡng (Shi et al.,
2005; Schwarz et al., 2008). Meyer et al. (1996) giả định rằng dưới 45µm, thủy tinh có
có tính puzolan.
Nghiên cứu này giới hạn sử dụng thủy tinh thải y tế được nghiền mịn thành dạng
bột có độ mịn bằng độ mịn tối thiểu của xi măng, tức là khi khối lượng sót trên sàng
mẫu thí nghiệm qua sàng 90µm khơng lớn hơn 10%. Dựa vào kết quả thành phần hóa
học với hàm lượng SiO2 chiếm 72,1%, Na2O chiếm 11,1%, CaO chiếm 9,53%... và kết
quả nhiều đề tài nghiên cứu khác, chứng minh rằng thủy tinh được nghiền thành dạng
bột với độ mịn trên là có thể xảy ra hoạt tính puzolan, cải thiện một số thuộc tính bê
tơng về các đặc tính cơ lý và đặc biệt là có tính khả thi cao khi sử dụng.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THỦY TINH
NGHIỀN MỊN GIẢM BỚT MỘT PHẦN XIMĂNG TRONG SẢN XUẤT
BÊTÔNG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Các thí nghiệm nghiên cứu và ứng dụng về việc sử dụng rác thải thủy tinh trong
lĩnh vực bê tông xây dựng đã thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế

giới. Trong đề tài này, đề tài tập trung thực hiện thí nghiệm và nêu lên các kết quả về


12
việc dùng chai, lọ thủy tinh y tế được nghiền thành dạng bột làm cốt liệu nhằm giảm
bớt một phần xi măng trong sản xuất bê tông.
Nhiều nghiên cứu về việc sử dụng thủy tinh nghiền thay thế một phần cốt liệu và
xi măng trong nhiều thập kỉ trước (Pike, Recycled glass et al.1960; Schmidt and Saia
et al.1963; Philip et al.1972; Johnston 1974…). Việc sử dụng của thủy tinh tái chế
trong bê tông như là một phần của cốt liệu thơ là khơng như mong đợi bởi vì sự suy
giảm cường độ và giãn nỡ quá mức. Bên cạnh đó, cỡ hạt thủy tinh có thể bị phá hỏng
trong lúc quá trình trộn (Alexander and Mindess, 2005). Sử dụng thủy tinh nghiền như
cốt liệu trong bê tông xi măng Pooclăng đã có một số hiệu ứng trái ngược trong thuộc
tính của bê tơng; tuy nhiên, ứng dụng thực tiễn có thể vẫn được sản xuất thậm chí sử
dụng 100% thủy tinh nghiền như cốt liệu (Meyer and Baxter, 1997-1998). Vấn đề
chính vẫn là sự giãn nở và vết nứt gây ra bởi cốt liệu thủy tinh.
Với đặc tính vơ định hình và chứa khối lượng lớn silic và canxi trong thủy tinh,
theo lý thuyết sẽ xảy ra tính pozolan hoặc thậm chí có tính xi măng trong tự nhiên khi
nó được nghiền mịn. Vì vậy, thủy tinh có thể được sử dụng để thay thế xi măng trong
bê tông xi măng Pooclăng như một vật liệu puzolan, ứng dụng sớm nhất vào những
năm 1970s (Pattengil and Shutt, 1973). Những năm sau đó, tiếp tục có sự quan tâm
tăng cao về nghiên cứu thủy tinh thải và giải quyết được vấn đề môi trường (Jin et al.
2000; Shao et al.2000; Shayan and Xu, 2004-2006; Shit et al.2004…)
Theo nghiên cứu về cường độ và độ bền của bê tông cốt liệu tái chế có chứa thủy
tinh nghiền mịn thay thế một phần xi măng (Roz-Ud-Din Nassar, Parviz Soroushian et
al. 2012) [26]. Nhóm đề tài đã thiết kế hỗn hợp cấp phối có tỉ lệ nước/ximăng thấp và
cao, với nhiều cấp phối gồm cấp phối điều khiển, thay thế 50% và 100% cốt liệu và
20% khối lượng xi măng. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: sử dụng thủy tinh thải được
nghiền mịn thay thế một phần xi măng trong bê tông cốt liệu tái chế được nâng cao độ
bền đặc trưng như sự hấp thụ, độ thẩm thấu clo, và liên kết tan – đông cứng thông qua

sự cải thiện trong đặc trưng hệ thống lỗ rỗng, sự biến đổi của C-H thành C-H-S có thể
trong vữa cũ/ hồ xi măng được tăng cường đến bề mặt cốt liệu tái chế. Thông qua phân
tích thống kê kết quả các mẫu kiểm tra, nhóm đề tài đã chứng minh được những lợi ích
đáng kể đến cường độ chịu nén bê tông chứa thủy tinh thải được nghiền mịn khi thay
thế một phần xi măng. Sự cải thiện cường độ ở tuổi 56 ngày cung cấp một thước đo
gián tiếp hoạt động puzolan của thủy tinh thải được nghiền mịn. Sự tăng đáng kể trong
cường độ ở độ tuổi sau cùng cũng đã đạt được kết quả khả quan, được dự đoán là kết
quả của sự tạo thành một vi cấu trúc đặc chắc trong bê tông.
Ali A.Aliabdo cùng cộng sự 2016, bài báo nghiên cứu 2 cấp phối chính là Mác bê
tơng 33Mpa và 45Mpa, mỗi cấp phối chính gồm các cấp phối có chứa tỉ lệ thay thế bột


13
thủy tinh bằng xi măng với hàm lượng từ 0% đến 25% về khối lượng. Kết quả chi ra
rằng sự hấp thụ nước và tỉ lệ độ lỗ rỗng thay đổi theo các cấp phối. Kết luận nghiên
cứu việc sử dụng bột thủy tinh đến hàm lượng 15% thì sự hấp thụ nước và tỉ lệ độ lỗ
rỗng giảm, điều này chỉ ra rằng sẽ cải thiện độ bền của bê tơng . Irshad Ali thí nghiệm
sử dụng sự thay thế xi măng theo hàm lượng 10% đến 40% gồm bột thủy tinh cỡ hạt
dưới 90µm, tro bay và tổ hợp của chúng. Kết quả thể hiện: hệ số của sự hấp thụ qua
mao dẫn khi thay thế (10%, 20%, 30% và 40%) của tro bay tương ứng (0,78;0,36;0,36
và 0,6), của bột thủy tinh tương ứng (0,42;0,45;0,45 và 0,6), của tổ hợp tro bay và bột
thủy tinh tương ứng (0,33; 0,66;0,42 và 0,42) là thấp hơn của bê tông thông thường.
Báo cáo kết luận dựa trên kết quả thực nghiệm, sử dụng tro bay kết hợp bột thủy tinh
thay thế 40% xi măng về khối lượng thể hiện hệ số hấp thụ qua mao dẫn thấp hơn, làm
tăng độ bền tốt hơn cho bê tông.
Theo Shilpa Raju, Dr.P.R. Kumar et al. 2014, India [33], nhóm đề tài đã nghiên
cứu về ảnh hưởng trong bê tông khi sử dụng thủy tinh dạng bột theo các tỉ lệ thay thế
xi măng 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% và 40% (hỗn hợp có sử dụng phụ
gia siêu dẻo hàm lượng 2% khối lượng xi măng). Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: Với
tỉ lệ phần trăm khi thay thế xi măng bằng thủy tinh dạng bột làm tăng cường độ khi

tăng đến hàm lượng 20% và vượt q điều đó thì bắt đầu giảm cường độ. Sự tăng
cường độ khi thay thế 20% hàm lượng xi măng bằng thủy tinh dạng bột có thể do có
sự xuất hiện phản ứng puzolan do có hàm lượng silic cao. Nhờ đó đã lấp đầy những lỗ
rỗng và tạo một vi cấu trúc bê tông đặc chắc. Tuy nhiên, khi vượt quá 20%, sự pha
lỗng hỗn hợp và cường độ bắt đầu giảm. Vì vậy, với hàm lượng 20% là cấp độ tối ưu
và có tính khả thi khi thay thế xi măng bằng thủy tinh nghiền thành bột.
M.Iqbal Malik, Muzafar Bashir, Sajad Ahmad, Tabish Tariq, Umar Chowdhary
et al. 2013 [22] đã sử dụng thủy tinh thải thay thế một phần cốt liệu mịn với các tỉ lệ
thay thế 10%, 20%, 30% và 40% hàm lượng. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: với hàm
lượng thay thế 20% cốt liệu mịn bởi thủy tinh cho thấy cường độ nén tuổi 7 ngày tăng
15% và tăng 25% ở tuổi 28 ngày so với mẫu đối chứng. Đồng thời, khi tăng hàm
lượng thủy tinh: tỉ lệ phần trăm độ thấm nước giảm, khả năng làm việc của hỗn hợp bê
tơng tăng, khối lượng trung bình giảm 5% và với 40% hàm lượng thủy tinh gần như
tạo ra bê tông nhẹ.
Theo Shao et al.2000 [30] đã báo cáo rằng với thủy tinh được nghiền mịn hơn
38µm sẽ có sự hoạt động của puzolan. Cường độ chịu nén của hỗn hợp thủy tinh – đá
vôi cao hơn giới hạn là 4.1MPa. Kết quả trả về sự hoạt động của cường độ bê tông với
30% hàm lượng thay thế xi măng bởi cỡ hạt thủy tinh 38µm là 91, 84, 96, 108% tương
ứng độ tuổi 3, 7, 28 và 90 ngày, vượt quá 75% như khuyến nghị bởi ASTM C618. Sự


14
giãn nở của thanh vữa với 30% xi măng thay thế bởi cỡ hạt thủy tinh 38µm được giảm
một nửa so với mẫu đối chứng. Sự hoạt động đá vôi, sự phát triển cường độ, và sự
giảm giãn nở được biểu thị bởi hoạt động puzolan. So sánh với bê tơng tro bay, bê
tơng thủy tinh có cường độ ở tuổi sớm tốt hơn cường độ sau cùng. Tỉ lệ này cao hơn
102% trong bê tông tro bay trong cùng thời gian về độ tuổi.
Metwally et al.2007 [24] báo cáo rằng việc sử dụng thủy tinh nghiền mịn trong
hỗn hợp bê tơng sẽ cải thiện thuộc tính cơ lý bê tông ở độ tuổi sau cùng. Batayneh
Malek, Marie Iqbal, Asi Ibrahim et al.2007 [15] báo cáo sự tăng dần cường độ chịu

nén, cường độ chịu kéo tách và cường độ chịu uốn của bê tơng có chứa thủy tinh
nghiền như thay thế cát tự nhiên với tỉ lệ hàm lượng 5%, 10%, 15% và 20%. Borhan
Tumadhir Merawi et al.2012 [16] báo cáo rằng sự tăng cao 15% trong cường độ chịu
kéo tách của bê tơng ở tuổi 28 ngày có chứa 20% khối lượng thủy tinh màu tái chế (cỡ
hạt 3-0,5mm) thay thế cát tự nhiên. Mặt khác, kết luận 60% thay thế cát tự nhiên bằng
thủy tinh thải là nguyên nhân của sự giảm 22% về cường độ. Đề tài cũng báo cáo về
kết quả cường độ nén ở tuổi 28 ngày thể hiện sự tăng cao 4,23% khi thay thế 20% khối
lượng bằng thủy tinh. Ở tuổi 90 ngày, cường độ chịu nén giảm với sự tăng hàm lượng
thủy tinh khi thay thế cốt liệu cát tự nhiên.
Từ năm 2008, Trường Đại học bang Michigan (MSU) đã tiến hành đánh giá các
hỗn hợp bê tơng có cốt liệu là phế thải thuỷ tinh màu. Tháng 9/2012, tất cả bê tông
dùng cho các dự án lát nền của MSU đều sử dụng bột phế liệu thuỷ tinh màu là thành
phần chính. Sau các thử nghiệm trong phịng và ngồi hiện trường, các nhà nghiên cứu
đã khẳng định được tính năng đảm bảo của bê tông thuỷ tinh tái chế, đã sử dụng bê
tông này trong xây dựng tất cả những mặt lát bê tơng và tấm bó vỉa hè trong khu vực
của MSU kể từ tháng 9/2012. Toàn bộ phế liệu thuỷ tinh thu được trong khu vực đã
được đưa tới xưởng nghiền mịn, sau đó được chuyển tới nhà máy bê tơng. Có tới gần
600 tấn bê tơng bột thuỷ tinh tái chế được sử dụng trong tháng 9/2012 để đổ bê tông
trong khu vực của MSU.
Tung-Chai Ling, Chi-Sun Poon, Hau-Wing Wong et al.2012 [36] báo cáo về
phương án chuyển đổi thủy tinh thải thành vật liệu có giá trị và một số ứng dụng của
nó. Theo đó, với thủy tinh nghiền mịn đến cỡ hạt 75 -150µm được thay thế một phần
xi măng trong bê tông, ứng dụng có thể sử dụng làm thành các khối block dùng lắp vỉa
hè và tường, bê tông tự đầm được phát triển lần đầu tiên ở Nhật Bản, hay là vữa kiến
trúc…
Về tình hình trong nước, vấn đề thủy tinh thải y tế được nghiền mịn thành dạng
bột chưa có các nghiên cứu cụ thể nào. Tuy nhiên, Bác sĩ Nguyễn Hiếu Hiệp, Giám
đốc Bệnh viện huyện Thới Lai, đã tìm cách xử lý loại rác “cứng đầu” như chai lọ thủy

15
tinh. Khi mới về công tác tại bệnh viện, bác sĩ Hiệp đã cho xây dựng một lò đốt rác ở
phía sau bệnh viện. Tuy nhiên, khi đốt rác, khói bụi, khí thải phát sinh gây ơ nhiễm
mơi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống của người dân xung quanh. Ngồi ra,
là chi phí, đặc biệt là nhiên liệu, cho mỗi lần đốt rác khá cao nên cũng gây khó khăn
cho việc xử lý. Loại rác thủy tinh cần phải được đốt ở nhiệt độ từ 8000 đến 1.0000C
mới cháy được nhưng sau đó lại vón cục và vẫn không phân hủy được khi đưa ra môi
trường.
Trong lần thử nghiệm đầu tiên, bác sĩ Hiệp cho một số ống thủy tinh vào cối xay
cá bột xay thử những ống này vỡ vụn thành từng mảnh nhỏ. Để xử lý một lượng lớn
rác, cần phải có máy to hơn và chuyên dụng. Vì thế, bác sĩ Hiệp tìm đến các vựa ve
chai để mua lại những thanh kim loại phù hợp, đem về chế tạo thành một chiếc máy
nghiền. Ông đem xay thử một lượng lớn rác thủy tinh của bệnh viện qua 2 lần xay, các
hạt thủy tinh chỉ cịn kích thước nhỏ như hạt cát, cỡ 1/4 mm3. Tiến hành trộn thứ cát
thủy tinh này với xi măng và vôi bột rồi đổ vào khuôn. Sau khi khô, hỗn hợp này tạo
thành những tấm vật liệu rắn chắc có độ cứng rất cao. Ơng đem những tấm vật liệu này
làm những miếng lót đường đi, lót nền nhà kho của bệnh viện thì thấy rất phù hợp, vừa
có ích vừa khơng gây ơ nhiễm mơi trường và giải quyết được lượng rác thải cho bệnh
viện.
Gần đây, tác giả Nguyễn Quang Hòa, Trần Minh Quân (2017) [4] đã nghiên cứu
thí nghiệm sử dụng bột thủy tinh thải y tế với hàm lượng giảm bớt từ 5% đến 20%
hàm lượng xi măng để chế tạo bê tông. Kết quả cũng đã thể hiện: với hàm lượng giảm
bớt 10% xi măng thì cường độ nén và độ sụt của bê tơng cho kết quả khả quan và có
thể ứng dụng trong thực tiễn.
Tóm lại, chúng ta dễ dàng thấy rằng các nghiên cứu ngoài nước phần lớn nghiên
cứu về hiệu quả sử dụng thủy tinh nghiền mịn đến các thuộc tính cơ học và độ bền của
bê tơng trong sản xuất bê tông xi măng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng thủy
tinh thải y tế được nghiền mịn thành dạng bột khi thay thế một phần xi măng cần phải
có thêm nhiều q trình thí nghiệm. Đồng thời, tính khả thi trong sản xuất bê tơng khi
thay thế xi măng vẫn có thể thực hiện cơng nghiệp hóa để nhằm mục đích giải quyết ơ

nhiễm mơi trường do rác thải thủy tinh gây ra. Nhiều kết quả cho thấy rằng việc dùng
thủy tinh thải y tế hứa hẹn mang lại hiệu quả tích cực về cường độ, độ bền và độ chống
thấm cho bê tông nếu sử dụng một lượng hợp lý thủy tinh nghiền. Mặt khác, nó mang
lại hiệu quả về giá thành và cũng được xem là vật liệu thân thiện với môi trường.
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Chương 1 đã trình bày các khái niệm về thủy tinh thải y tế, cách phân loại thủy
tinh và thực trạng rác thải chai lọ thủy tinh trong nước và thế giới; từ đó, đưa ra những