Luận án Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ lý của bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế từ chất thải rắn xây dựng và ứng dụng cho cột bê tông cốt thép chịu nén đúng tâm

cột sử dụng CLBTTC khi chịu nén đúng tâm với tỷ lệ thay thế cốt liệu là r = 0, 50 và 100% và với tỷ lệ N/X = 0,38. 1.4.2. Tính khả thi của việc ứng dụng bê tông CLBTTC trong cấu kiện cột So với bê tông thường (100% cốt liệu tự nhiên), bê tông sử dụng CLBTTC có những bất lợi về tính chất cơ lý và đặc biệt, không thể không nhắc đến những rủi ro về tính đồng nhất, tính chất nguyên bản của vật liệu nguồn. Do đó, quy trình, tiêu chí 46 kiểm soát chất lượng cốt liệu tái chế từ CTRXD là một trong những chủ đề nghiên cứu rất được chú trọng. Cũng chính vì vậy, việc ứng dụng bê tông sử dụng CLBTTC trong kết cấu chịu lực thường được cân nhắc một cách cẩn trọng. Trong kết cấu nhà, cột là cấu kiện truyền tải trọng theo phương thẳng đứng, đóng vai trò then chốt để gom tải trọng từ dầm, sàn và truyền xuống móng. Nhóm tác giả [29] đã tiến hành một loạt thí nghiệm trên cột bê tông sử dụng CLBTTC vào năm 2007 tại Ba Lan, trong đó cả cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ tái chế từ bê tông vỡ đều được sử dụng. Nguồn phế thải trên được lấy từ các mẫu bê tông đã được chế tạo sẵn từ những năm 1995-1998. Kết quả thí nghiệm cho thấy cột bê tông sử dụng CLBTTC có ứng xử hoàn toàn tương tự với cột bê tông thường cho đến khi phá hủy, khả năng chịu nén có thể nhỏ hơn từ 5-15% tùy theo vật liệu nguồn. Hình 1.15. Mặt cắt ngang cột BTCLTC cốt thép chịu tải trọng lệch tâm và biểu đồ phân bố biến dạng tỷ đối [36] Nhóm tác giả [36] vào năm 2010 đã nghiên cứu về độ tin cậy của cột sử dụng CLBTTC cốt thép chịu tác dụng của tải trọng lệch tâm (Hình 1.15). Nhóm tác giả đã tiến hành thí nghiệm trên các loại BTCLTC sử dụng các nguồn bê tông vỡ khác nhau, và đưa ra kết luận cột BTTC có khả năng chịu nén phân bố trên một dải rộng (đồng nghĩa với việc có mức độ tin cậy thấp), trừ khi nguồn bê tông vỡ có cường độ cao. Tại Trung Quốc, tác giả [146] cũng tiến hành một loạt thí nghiệm cột bê tông CLBTTC chịu tải trọng lệch tâm để xác định sức chịu tải, vẽ ra đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mô-men uốn M (Hình 1.16), phân tích độ tin cậy của cột bê tông 47 CLBTTC và đưa ra những khuyến cáo khi thiết kế với loại cột này. Tác giả cũng tiến hành thí nghiệm với những tỷ lệ thay thế khác nhau (r=50%, 100%). Hình 1.16. Đường cong thực nghiệm liên hệ giữa lực dọc N và mô-men uốn M với các tỷ lệ thay thế cốt liệu tái chế khác nhau [146] 1.5. Kết luận Mặc dù, khả năng làm việc của kết cấu BTCLTC đã được nghiên cứu rộng rãi, việc sử dụng BTCLTC cho kết cấu bê tông vẫn còn hạn chế do thiếu thông tin đáng tin cậy về nguồn gốc của cốt liệu tái chế và khả năng làm việc. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu rõ hơn về kết cấu BTCLTC và các ứng dụng. Do vậy, nghiên cứu này tập trung đánh giá tính chất cơ lý của vật liệu bê tông sử dụng CLBTTC và khả năng làm việc của kết cấu cột BTCLTC khi chịu tải trọng.  Từ các nghiên cứu trước có thể thấy, chất lượng của BTCLTC phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của nguồn vật liệu đầu vào cũng như quá trình trộn và kiểm soát chất lượng.  Các tiêu chuẩn trên thế giới xây dựng cho các loại vật liệu phù hợp với khu vực và vật liệu địa phương, trong đó tại Việt Nam hiện mới có tiêu chuẩn cho cốt liệu lớn tái chế chưa có đặc thù từ bê tông tái chế.  Các loại bê tông tại Việt Nam với đặc tính khác nhau sẽ ảnh hưởng tới quá trình phát triển cường độ vật liệu cũng như cấu kiện từ bê tông sử dụng CLBTTC khác 48 nhau. Do đó, cần các nghiên cứu chuyên sâu hơn cho BTCLTC phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn cũng như cần có các hệ số điều chỉnh cho quá trình tính toán và thiết kế phù hợp tại Việt Nam.  Hiện tại, Việt Nam cũng chưa có quy trình về công nghệ, quản lý cốt liệu lớn sau quá trình nghiền bê tông phá dỡ và quy trình trộn phù hợp cho bê tông sử dụng CLBTTC. Do đó, việc nghiên cứu, triển khai thử và xây dựng quy trình này là rất cần thiết nhằm đưa công tác tái chế và ứng dụng BTCLTC vào thực tiễn.  Cần có nghiên cứu cho BTCLTC từ bê tông phá dỡ và quá trình này cần tính tới yếu tố phát triển của BTCLTC theo thời gian cũng như sự làm việc của BTCLTC trên cấu kiện điển hình và so sánh với BTCLTN để có các điều chỉnh và khuyến cáo phù hợp cho việc sử dụng hiệu quả vật liệu này trong thực tế. 49 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ 2.1. Cốt liệu bê tông tái chế từ CTRXD 2.1.1. Xác định tính chất cơ lý của vật liệu bê tông tái chế gốc Các công trình xây dựng ở Hà Nội đang chuẩn bị phá dỡ đã được khảo sát và triển khai thu gom nhằm sử dụng như vật liệu bê tông tái chế nhằm chế tạo cốt liệu trong trong nghiên cứu này. Công trình được lựa chọn là nhà công nghiệp hai tầng, được xây dựng và đưa vào sử dụng từ năm 2000, tại Quận Cầu Giấy, Hà Nội. Cốt liệu được lựa chọn sử dụng cho nghiên cứu là các khối bê tông cũ được lấy từ kết cấu cột và dầm. Trước khi thu gom, các mẫu khoan rút lõi được thực hiện ở các cột để xác định cường độ thực tế của bê tông tại công trình (Hình 2.1). Hình 2.1. Khoan rút lỗi mẫu bê tông để sử dụng làm CLBTTC Ba mẫu khoan hình trụ được lấy trên ba cấu kiện cột khác nhau. Mẫu khoan có đường kính 54 mm, chiều dài > 150 mm. Mẫu thí nghiệm được làm phẳng bề mặt trong phòng thí nghiệm (Hình 2.2) và được nén trên máy thí nghiệm 200 tấn (Hình 2.3). 50 Hình 2.2. Chuẩn bị mẫu thử thí nghiệm cường độ chịu nén Hình 2.3. Thí nghiệm nén mẫu khoan lõi trụ CLBTTC gốc Bảng 2.1 thể hiện kết quả thí nghiệm nén mẫu cho mẫu trụ, trong đó H là chiều cao mẫu, D là đường kính mẫu. Cường độ bê tông được xác định bởi 𝑅 = 𝑃 𝐹 (MPa) (P là tải trọng giới hạn, F là tiết diện mẫu). Kết quả thu được cho thấy mẫu bê tông 51 gốc có cấp độ bền C20/25. Cường độ bê tông này được dùng phổ biến cho các kết cấu BTCT tại Việt Nam. Bảng 2.1. Cường độ chịu nén của mẫu bê tông khoan Mẫu Kích thước (mm) P (kN) H/D Hệ số ảnh hưởng hướng khoan Hệ số cốt thép Cường độ chịu nén (MPa) R (MPa) H D M1 124 54 40,0 2,30 2,3 1,0 20,8 20,9 M2 110 54 41,0 2,04 2,3 1,0 20,7 M3 98 54 43,5 1,81 2,3 1,0 21,3 2.1.2. Quy trình sản xuất cố liệu bê tông tái chế từ CTRXD Sau khi phá dỡ, CTRXD được vận chuyển đi với nhiều mục đích khác nhau như: Chôn lấp, đổ bừa bãi, san lấp mặt bằng nên trong thành phần CTRXD có lẫn rất nhiều tạp chất khác nhau. Do đó, đối tượng chính được sử dụng trong nghiên cứu này là cốt liệu bê tông tái chế được nghiền từ bê tông vỡ. Nhằm kiểm soát được chất lượng đầu vào của CLBTTC, trong quá trình phá dỡ, các loại kết cấu cơ bản như cột, dầm, sàn đã được sắp xếp ở một khu vực riêng để phân loại lần thứ nhất tránh bị lẫn nhiều tạp chất từ công trường và được tiến hành tách thép trong cấu kiện (Hình 2.4). Phần thép tách ra được thu gom bởi nhà thầu và được bán cho một đơn vị khác, phần cốt liệu đã được tách thép sẽ vận chuyển về trung tâm tái chế thí điểm của dự án SATREPS đặt tại huyện Đông Anh, Hà Nội để tiến hành nghiền. Tại trung tâm tái chế thí điểm, các khối cốt liệu bê tông vỡ có kích thước từ 30 - 50 cm. Trước khi tiến hành gia công nghiền CLBTTC, hỗn hợp bê tông vỡ đã được tách thép lần thứ hai bởi máy kẹp hàm và được nhân công phân loại thêm để loại bỏ các tạp chất khác như gạch, gỗ, thạch cao, thép rời để thu được hỗn hợp chỉ là các khối bê tông vỡ từ kết cấu chịu lực (Hình 2.5). 52 Hình 2.4. CLBTTC được phân loại tại cồng trường phá dỡ Hình 2.5. CLBTTC đã được xử lý tạp chất trước khi nghiền Hệ thống dây chuyền nghiền cốt liệu (Hình 2.6) được được thiết kế với công suất 40 tấn/giờ. Cốt liệu sau khi đưa vào hệ thống cấp liệu C1 sẽ được nghiền nhỏ tại máy kẹp hàm A3. Sau đó, cốt liệu sẽ được chuyển đến máy đập búa A4 và gia công đến khi kích thước hạt < 40 mm sẽ được chuyển đến máy sàng rung A5. Tại đây, hai loại cốt liệu được sản xuất sẽ đi theo hai băng tải riêng biệt là B3 thu được cỡ hạt 5 – 40 mm và băng tải B4 cỡ hạt 0 – 5 mm (Hình 2.7). Trong nghiên cứu này, CLBTTC có cỡ hạt 5 – 40 mm được sử dụng. 53 Hình 2.6. Sơ đồ dây chuyền nghiền CLBTTC Hình 2.7. Cốt liệu lớn tái chế từ CTRXD bằng phương pháp nghiền Từ quy trình xây dựng và mô hình dây truyền nghiền bê tông, cốt liệu bê tông tái chế được sản xuất và đáp ứng được điều kiện cho sản xuất công nghiệp. Mô hình và 54 quy trình đáp ứng được yêu cầu triển khai từ vật liệu đầu vào tới sản phẩm đầu ra là vật liệu BTTC. Quy trình đề xuất là phù hợp và có thể ứng dụng trong thực tế. 2.1.3. Tính chất cơ lý của cốt liệu bê tông tái chế Thí nghiệm kiểm tra đánh giá chất lượng của cốt liệu này đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm SATREPS, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 [16] nhằm xác định chất lượng đầu vào của CLBTTC. a) Độ ẩm, độ hút nước, khối lượng thể tích Mẫu bê tông gốc được nghiền thành cục nhỏ, kích thước không nhỏ hơn 40 mm. Cân khoảng 3 kg mẫu đá gốc đã đập hoặc các hạt đá dăm có kích thước lớn hơn 40 mm. Ngâm trong các dụng cụ chứa phù hợp trong vòng 48 giờ, đảm bảo mực nước ngập trên bề mặt cốt liệu khoảng 50 mm (Hình 2.8) Hình 2.8. Mẫu được ngâm trong phòng thí nghiệm Vớt mẫu, dùng khăn lau ráo mặt ngoài và cân xác định khối lượng mẫu (m2) ở trạng thái bão hoà nước chính xác đến 0,1 g (Hình 2.9). 55 Ngay khi cân mẫu xong, đưa mẫu vào giỏ chứa của cân thuỷ tinh. Lưu ý mức nước khi chưa đưa mẫu và sau khi đưa mẫu vào giỏ phải bằng nhau. Cân mẫu (ở trạng thái bão hoà) tr ong môi trường nước (m3) bằng cân thuỷ tinh chính xác đến 0,1 g (Hình 2.10). Hình 2.9. Làm khô bề mặt mẫu Hình 2.10. Cân mẫu trạng thái bão hòa Vớt mẫu và sấy mẫu đến khối lượng không đổi. Để nguội mẫu đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm. Cân xác định khối lượng mẫu khô (m1) chính xác đến 0,1 g. Các kết quả được tính toán theo các công thức dưới đây: Độ ẩm của CLBTTC gốc được xác định bằng công thức (2.1) 𝑤𝑖 = 𝑚4− 𝑚1 𝑚1 × 100 (%) (2.1) Trong đó: wi là độ ẩm của CLBTTC gốc (%); 56 m4 là khối lượng mẫu ở trạng thái tự nhiên, tính bằng gam (g); m1 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g). Độ hút nước của cốt liệu gốc được tính bằng công thức (2.2): 𝑤 = 𝑚2−𝑚1 𝑚1 × 100 (%) (2.2) Trong đó: m1 là khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, tính bằng gam (g). m2 là khối lượng mẫu ở trạng thái bão hoà ngoài không khí, tính bằng gam (g). Khối lượng thể tích của cốt liệu gốc được tính bằng công thức (2.3): 𝜌𝑣𝑏ℎ = 𝜌𝑛 × 𝑚2 𝑚2 − 𝑚3 (2.3) Trong đó: n là khối lượng riêng của nước, tính bằng gam tr ên centimét khối (g/cm3); m2 là khối lượng mẫu ở trạng thái bão hoà ngoài không khí, tính bằng gam (g); m3 là khối lượng mẫu ở trạng thái bão hoà cân trong môi trường nước, tính bằng gam (g). b) Độ hao mòn Los Angeles Độ hao mòn Los Angeles là tổn thất khối lượng của các hạt cốt liệu khi bị va đập và mài mòn trong thùng quay đựng mẫu cốt liệu và bi thép, tính bằng phần trăm khối lượng. Máy thí nghiệm Los Angeles, có kết cấu bằng thép, hình ống trụ rỗng, hai đầu bịt kín, có kết cấu cửa vững chắc ở thân ống để đưa cốt liệu vào. Chiều dài lòng ống khoảng 500 mm, đường kính trong khoảng 700 mm, chiều dày thành ống không nhỏ hơn 12 mm (Hình 2. 11). Máy được đặt trên một trục nằm ngang, quay tròn quanh trục theo vận tốc xác định; 57 Lẫy mẫu cốt liệu lớn theo tiêu chuẩn TCVN 7572-1:2006 [16]. Tùy theo cấp phối hạt, khối lượng mẫu thử được qui định trong Bảng 2.2. Hình 2. 11. Thiết bị xác đinh Los Angeles Bảng 2.2. Khối lượng mẫu cốt liệu lớn để thử độ mòn va đập Kích thước mắt sàng (mm) Khối lượng các cỡ hạt (g) Cấp phối A B C D Từ 37,5 đến 25 1250 ± 25 - - - Từ < 25 đến 19 1250 ± 25 - - - Từ <19 đến 12,5 1250 ± 10 2500 ± 10 - - Từ <12,5 đến 9,5 1250 ± 10 2500 ±10 - - Từ <9,5 đến 6,3 - - 2500 ±10 - Từ <6,3 đến 4,75 - - 2500 ±10 - Từ <4,75 đến 2,36 - - - 5000 ± 10 Tổng 5000 ±10 5000 ±10 5000 ± 10 5000 ± 10 58 Mẫu thử phải được rửa sạch và sấy đến khối lượng không đổi, sau đó sàng thành các cỡ hạt có cấp phối theo Bảng 2.2. Cho mẫu thử và các viên bi thép vào máy thử (Hình 2.12). Hình 2.12. Mẫu thử và bi thép được cho vào thiết bị Số lượng viên bi thép cho mỗi phép thử phụ thuộc vào cấp phối hạt của mẫu cốt liệu theo Bảng 2.3. Bảng 2.3. Số lượng bi thép sử dụng trong máy Los Angeles Cấp phối Số lượng bi thép Khối lượng tải của bi (g) A 12 5000 ± 25 B 11 4584 ± 25 C 8 3330 ± 20 D 6 2500 ±15 59 Cho máy quay 500 vòng với tốc độ từ 30 đến 33 vòng trong 1 phút. Sau đó lấy vật liệu ra khỏi máy, sàng sơ bộ qua sàng có kích thước lớn hơn 1,7 mm để loại bớt hạt to. Lấy phần lọt sàng để sàng tiếp trên sàng 1,7 mm. Toàn bộ phần cốt liệu trên sàng 1,7 mm được rửa sạch, sấy đến khối lượng không đổi và cân với độ chính xác tới 1 g (Hình 2.13). Hình 2.13. Lấy và sàng vật liệu sau quá trình quay thiết bị Phần lọt sàng 1,7 mm được coi là tổn thất khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm. Để đánh giá được sự đồng nhất của mẫu cốt liệu, có thể xác định tổn thất khối lượng của mẫu thử sau 100 vòng quay. Sau đó, đổ mẫu kể cả phần lọt sàng 1,7 mm vào máy, chú ý tránh rơi vãi. Sau đó cho máy quay tiếp 400 vòng nữa để xác định tổn thất khối lượng sau 500 vòng quay như qui trình đã nêu trên. 60 Cốt liệu được coi là có độ cứng đồng nhất, nếu tỷ lệ giữa độ hao hụt khối lượng sau 100 vòng quay và độ hao hụt khối lượng sau 500 vòng quay không vượt quá 0,2 %. Độ hao mòn khi va đập (Hm) là hao hụt khối lượng của mẫu trước và sau khi thử, tính bằng phần trăm khối lượng, theo công thức (2.4): 𝐻𝑚 = 𝑚 − 𝑚1 𝑚 × 100 (%) (2.4) Trong đó: m là khối lượng mẫu ban đầu, tính bằng gam (g); m1 là khối lượng mẫu sau khi thử, tính bằng gam (g). c) Hàm lượng hạt thoi dẹt Mẫu được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 7572-1 : 2006 và được sấy tới khối lượng không đổi có Dmax = 40mm. Dùng bộ sàng tiêu chuẩn để sàng hỗn hợp trên (Hình 2.14). Hình 2.14. Sàng hỗn hợp cốt liệu 61 Quan sát và chọn ra những hạt thấy rõ ràng chiều dày hoặc chiều ngang của nó nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài. Dùng thước kẹp để xác định lại một cách chính xác, bằng cách đặt chiều dài viên đá vào thước kẹp để xác định khoảng cách L; sau đó cố định thước ở khoảng cách đó và cho chiều dày hoặc chiều ngang của viên đá lọt qua khe d (Hình 2.15). Hạt nào lọt qua khe d thì hạt đó là hạt thoi dẹt. Hình 2.15. Đo kích thước các hạt thoi dẹt Hàm lượng hạt thoi dẹt của cốt liệu lớn được xác định riêng cho từng cỡ hạt. Đối với cỡ hạt chỉ chiếm nhỏ hơn 5% khối lượng vật liệu thì không cần phải xác định hàm lượng hạt thoi dẹt của cỡ hạt đó. Hàm lượng hạt thoi dẹt của mỗi cỡ hạt trong cốt liệu lớn (Td), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác tới 1%, theo công thức (2.5): 𝑇𝑑 = 𝑚1 𝑚1 + 𝑚2 × 100 (%) (2.5) Trong đó: m1 là khối lượng các hạt thoi dẹt, tính bằng gam (g); m2 là khối lượng các hạt còn lại, tính bằng gam (g). Kết quả hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu là trung bình cộng theo quyền (bình quyền) của các kết quả đã xác định cho từng cỡ hạt. 62 Các tính chất của vật liệu tái chế trong nghiên cứu này được thể hiện trong Bảng 2.4. Các thí nghiệm được tiến hành bao gồm: (i) Độ ẩm, (ii) độ hút nước, (iii) khối lượng thể tích, (iv) độ hao mòn Los Angeles (LA), (v) hàm lượng hạt thoi dẹt. Từ kết quả trong Bảng 2.4 cho thấy CLBTTC sử dụng đạt chỉ tiêu loại I của tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 [8] – cốt liệu lớn tái chế cho bê tông và chúng cũng phù hợp với các tiêu chuẩn đã được công bố rộng rãi trên thế giới. Bảng 2.4. Tính chất của CLBTTC Tính chất vật lý của CLLBTTC Kết quả thí nghiệm TCVN 11969:2018 Loại I GB/T 25177- 2010 (TQ) Loại 2 JIS A 5022:2018 - Loại M WBTC No.12/2002 (Hong Kong) Độ ẩm (%) 1,87 - < 2 - Độ hút nước (%) 3,53 ≤ 5 < 5 ≤ 5 ≤ 10 Khối lượng thể tích (g/cm3) 2,43 ≥ 2,3 > 2,35 ≥ 2,3 ≥ 2,0 Độ hao mòn Los Angeles, % 30 ≤ 50 - Hàm lượng hạt thoi dẹt, % 12,2 ≤ 35 - Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng cốt liệu BTTC được sử dụng cho từng mục đích khác nhau trong sản xuất bê tông. Tuy nhiên, các tác giả chỉ xét đến hai yếu tố quan trọng đầu vào là độ hút nước và khối lượng thể tích của vật 63 liệu. Trong một số các nghiên cứu của Silva 2014b [132], tác giả đã thiết lập được mối quan hệ giữa độ hút nước và khối lượng thể tích vật liệu để phân loại chất lượng đầu vào của cốt liệu (Hình 2.16). Cũng trong nghiên cứu này, tác giả cũng đã quan tâm đến độ mài mòn LA của vật liệu tương ứng với từng chất lượng của cốt liệu. Với vật liệu tại Việt Nam đã được trình bày Bảng 2.4 thì chất lượng CLBTTC phù hợp với loại IIIA – IB, đây cũng là vùng mà cốt liệu được đánh giá có chất lượng tương đương với đá tự nhiên trong sản xuất bê tông [132]. Hình 2.16. Mối liên hệ khối lượng thể tích và độ hút nước của vật liệu [132] Như vậy, vật liệu đầu vào từ một công trình BTCT phá dỡ trên địa bàn thành phố Hà Nội có thể phân loại, tái chế. Những kết quả thí nghiệm thu được chỉ ra rằng cốt liệu lớn tái chế từ bê tông phá dỡ đáp ứng được loại IIIA – IB, phù hợp dùng thay thế cho đá tự nhiên. 64 2.2. Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng CLBTTC Cốt liệu tái chế được dùng cho thí nghiệm với tỷ lệ thay thế (khối lượng) lần lượt là r = 0%; 50%; 100% theo khối lượng. Tính chất cơ lý theo thời gian của bê tông sử CLBTTC được nghiên cứu, đánh giá và so sánh với bê tông sử dụng CLTN. Cấp phối thiết kế bê tông cho cấp độ bền nén B30 được thể hiện trong Bảng 2.5. Bảng 2.5. Cấp phối B30 cho BTTC và BTTN Bê tông Xi măng (kg/m3) Cát (kg/m3) Đá dăm (kg/m3) Nước (kg/m3) Phụ gia siêu dẻo (kg/m3) CLBTTC (kg/m3) CP0 490 700 1050 190 4,9 0 CP50 490 700 525 190 4,9 481 CP100 490 700 0 190 4,9 943 Trong đó: CP0, CP50, CP100 tương ứng BTCLTN và BTCLTC với mức độ thay thế r = 50% và 100%. Các loại vật liệu khác được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế của hỗn hợp bê tông thông thường. (a) Xi măng Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là PCB40 của nhà máy Bút Sơn, với các tính chất kĩ thuật đảm bảo yêu cầu về tính chất và chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 2682:2009 [12]. (b) Cốt liệu nhỏ Cốt liệu nhỏ là cát vàng sông Lô, đây là loại cốt liệu phổ biến ở Việt Nam. Cát được lấy về sàng loại bỏ những hạt có kích thước lớn hơn 5 mm. Các chỉ tiêu kĩ thuật khác của cát đều đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 [15]. (c) Cốt liệu lớn tự nhiên 65 Cốt liệu lớn được sử dụng là đá dăm Cẩm Phả, Quảng Ninh, có đường kính lớn nhất là dmax = 20 mm. Các chỉ tiêu kĩ thuật đều đạt tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 [16]. (d) Nước Đề tài sử dụng nước sạch của nhà máy nước Hà Nội, thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 [14]. (e) Cốt liệu lớn bê tông tái chế (CLLBTTC) CLLBTTC được sử dụng từ quy trình nghiền và tính chất cơ lý đáp ứng như trong Bảng 2.4. Cấp phối hạt Dmax = 20mm cũng được sử dụng để phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 [8] (Bảng 2.6 và Hình 2.17). Bảng 2.6. Thành phần hạt Kích thước sàng hạt (mm) Min Max Thí nghiệm 40 0 0 0 20 0 10 0 10 40 70 52.38 5 90 100 97 Hình 2.17. Thành phần hạt cốt liệu lớn tái chế 66 Mẫu thử được chế tạo và bảo dưỡng trong phòng thí nghiệm LAS-XD 125, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (Hình 2.18). (a) Trộn các cấp phối bê tông (b) Các mẫu thử được đúc (c) Làm phẳng bề mặt mẫu (d) Bảo dưỡng mẫu thử Hình 2.18. Sản xuất mẫu thử trong phòng thí nghiệm từ CLBTTC 2.3. Phương pháp thực nghiệm xác định tính chất cơ lý của bê tông sử dụng CLBTTC 2.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông Thí nghiệm chịu nén được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 [13] nhằm xác định sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ, ở các thời điểm khác nhau lần lượt là 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120 và 360 ngày tuổi. Tất cả các mẫu thử hình trụ đều được gia công tạo phẳng bề mặt trước khi nén (Hình 2.18c). Trong nghiên 67 cứu này, thí nghiệm nén được thực hiện trên máy nén thủy lực 200 tấn DHR200 (Hình 2.19). Cường độ chịu nén của bê tông tại thời gian t (ngày), ký hiệu Rt (MPa), được xác định bằng công thức (2.6), trong đó Pt (kN) là tải trọng phá hoại mẫu, F (mm2) là tiết diện chịu lực của mẫu. Cường độ chịu nén của bê tông là giá trị trung bình của ba mẫu thử được chế tạo với cùng một cấp phối và trong cùng một mẻ trộn. 𝑅𝑡 = 𝑃𝑡 𝐹 (MPa) (2.6) (a) Gia công tạo phẳng bề mặt mẫu (b) Gia tải nén phá hoại mẫu Hình 2.19. Thí nghiệm nén bê tông 2.3.2. Mô đun đàn hồi theo của bê tông Tương tự như cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi là một trong những tính chất cơ lý quan trọng của bê tông. Đối với mỗi mẫu thử hình trụ, ba phiến điện trở có chiều dài chuẩn đo bằng 60 mm đã được dán dọc theo chiều cao của mẫu, tạo thành một bộ dụng cụ đo biến dạng tạo với nhau một góc 120o xung quanh mặt bên của mẫu thử (Hình 2.20a). Biến dạng nén dọc trục của bê tông là giá trị biến dạng trung bình đo bởi ba phiến điện trở. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi được thực hiện trên máy nén thủy lực 50 tấn kết hợp với load-cell đo lực điện tử và bộ xử lý số liệu Data- logger TDS530, cho phép ghi nhận số liệu liên tục và tự động trong quá trình thí 68 nghiệm (Hình 2.20b). Mẫu thử được gia tải đến lực nén có giá trị bằng 30% của lực phá hoại mẫu. (a) Dán tem đo biến dạng (b) Thí nghiệm mô đun đàn hồi Hình 2.20. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông Thí nghiệm mô đun đàn hồi được tiến hành theo hướng dẫn của RILEM CPC8 [125]. Mỗi mẫu thử được nén năm chu kỳ tăng tải và hạ tải với vận tốc không đổi. Mô đun đàn hồi tại thời gian t (ngày), ký hiệu Et (GPa), được xác định theo công thức (2.7), trong đó  là ứng suất trong bê tông,  là biến dạng nén dọc trục của bê tông. Tại mỗi thời điểm thí nghiệm, mô đun đàn hồi của bê tông là giá trị trung bình của ba mẫu thử. Các phép đo được thí nghiệm lần lượt tại 3, 7, 14, 28, 60, 90 và 360 ngày tuổi của bê tông. 𝐸𝑡 = 𝜎𝑡 𝜀𝑡 (2.7) 2.3.3. Thí nghiệm co ngót theo thời gian Thí nghiệm đo co ngót được thực hiện trên mẫu khối chữ nhật có kích thước 100x 100x400 mm. Với mỗi cấp phối CP0, CP50, CP100 được đúc ba tổ mẫu, tổng cộng 9 mẫu thử được sử dụng đo co ngót. Ảnh hưởng của tỷ lệ tái chế lên co ngót của bê tông theo thời gian được thể hiện dưới dạng công thức logrit (2.8). 69 𝑦 = 𝐴 𝐿𝑛(𝑥) + 𝐵 (2.8) Trong đó: A, B là hệ số tương ứng cho mỗi cấp phối. Các mẫu thử được lắp đặt trong phòng kín được kiểm soát nhiệt độ và ấp suất ổn định (Hình 2.21), không chịu tác động từ bên ngoài. Mỗi mẫu thử sử dụng hai thiết bị đo co ngót ở hai mặt đối diện. Độ co ngót ở các tuổi khác nhau được xác định bằng công thức (2.9): 𝜀𝑡 = 𝜀∆𝑡 ∆𝐿 (2.9) Trong đó: 𝜀𝑡 là giá trị co ngót mẫu tại thời điểm t ngày; 𝜀∆𝑡 là giá trị tại hai thời điểm đo liên tiếp hiển thị trên thiết bị; ∆𝐿 là khoảng cách gắn chốt và thiết bị đo trên mẫu. Hình 2.21. Gắn thiết bị đo co ngót trong phòng thí nghiệm 2.3.4. Thí nghiệm từ biến theo thời gian 2.3.4.1. Khái niệm từ biến Từ biến là hiện tượng tăng biến dạng theo thời gian khi tải trọng không đổi. Hiện tượng từ biến trong bê tông ảnh hưởng đến tương tác giữa các bộ phận kết cấu (Hình 2.22). Từ biến trong bê tông liên quan đến biến dạng theo thời gian trong các vùng của kết cấu chịu ứng suất nén thường xuyên. Từ biến phụ thuộc cường độ và thời 70 gian của ứng suất nén, cường độ chịu nén và tuổi của bê tông khi chịu tác dụng lực lâu dài. Hình 2.22. Phân tích các thành phần biến dạng của từ biến Khi kết cấu chịu tải trọng, ở thời điểm chất tải trong kết cấu sẽ phát sinh biến dạng tức thời theo chiều của ứng suất 0 0 0 E    . Khi tải trọng tiếp tục được duy trì thì biến dạng sẽ tăng thêm 0 gọi là biến dạng từ biến. Nếu gia tải đến một thời điểm t = t1, dỡ tải ra khỏi kết cấu thì biến dạng đàn hồi sẽ phục hồi ngay và biến dạng từ biến có một phần phục hồi theo thời gian v (biến dạng đàn hồi sau) và một phần biến dạng không có khả năng phục hồi f. Như vậy biến dạng của từ biến c = v + f. 2.3.4.2. Thiết kế thí nghiệm từ biến (a) Nguyên lý thí nghiệm Biến dạng từ biến của bê tông được xác định bằng cách lấy tổng biến dạng đo đạc trên các mẫu thử có tải trọng trừ đi biến dạng đo đạc trên mẫu thử không tải do các           71 nguyên nhân khác gây ra bao gồm co ngót và biến dạng do nhiệt độ. Tất cả các mẫu thử được bảo quản và tiến hành thí nghiệm trong cùng điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm). Tải trọng tác dụng lên các mẫu thử đo từ biến được lấy trong khoảng 0 – 40% cường độ chịu nén của bê tông. Trong nghiên cứu này, tải trọng nén được lấy bằng 30% cường độ chịu nén của từng loại bê tông ở 28 ngày tuổi. (b) Thiết bị thí nghiệm Trong thí nghiệm đo từ biến, khung gia tải là thiết bị thí nghiệm có vai trò duy trì tải trọng cần thiết trên các mẫu thử trong suốt thời gian thử nghiệm. Kh