Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh thay đá dăm để sản xuất tấm lát nền công trình công cộng tại Trà Vinh
1. Tên đề tài
Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh thay đá dăm để sản xuất tấm lát nền công trình công cộng tại Trà Vinh.
2. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, ở Trà Vinh tình trạng rác thải chai lọ thủy tinh trong ngành y tế là rất lớn. Đây là vấn đề nan giải đối với các nhà quản lý liên quan đến ô nhiễm môi trường và nhiều vấn đề liên quan khác hết sức phức tạp và tốn kém. Nguồn cung cấp vật liệu như đá dăm và cát rất khang hiếm và giá cả không ổn định.
Các công trình công cộng thường được thiết kế đổ bê tông tại chỗ hoặc sử dụng tấm lát nền như tấm đan BTCT, gạch con sâu, gạch Tezero, gạch trang trí…cũng sử dụng một lượng lớn vật liệu đá dăm.
Trên cơ sở phân tích tình hình và thực trạng ở địa bàn tỉnh Trà Vinh. Nhằm tiết kiệm kinh phí tiêu hủy, bảo đảm môi trường bền vững và tận dụng phế thải từ chai lọ thủy tinh rác thải trong ngành y tế. Vì vậy việc Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh thay đá dăm để sản xuất tấm lát nền công trình công cộng tại Trà Vinh là cấp thiết và nếu được áp dụng vào thực tiễn sẽ mang lại hiệu quả.
3. Mục đích nghiên cứu
– Nghiên cứu thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh thay đá dăm để chế tạo hỗn hợp bê tông thủy tinh.
– Nghiên cứu các đặc trưng cơ lý chủ yếu của hỗn hợp bê tông cốt liệu thủy tinh thay thế một phần đá dăm.
– Đề xuất tỷ lệ sử dụng cốt liệu thủy tinh thay thế một phần đá dăm về mặt thể tích để chế tạo hỗn hợp bê tông thủy tinh sản xuất tấm lát nền kích thước 300x300x50mm sử dụng cho công trình công cộng tại Trà Vinh.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a- Đối tượng nghiên cứu:
Vật liệu bê tông cốt liệu thủy tinh (chai lọ thủy tinh y tế).
b- Phạm vi nghiên cứu:
Thủy tinh được lấy từ chai lọ thủy tinh rác thải y tế trong các cơ sở y tế trên địa bàn. Sử dụng thành phần cấp phối cốt liệu thủy tinh thay đá dăm theo tỷ lệ tăng dần khoảng 30%, 50%, 100%.
5. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp lí thuyết: Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính chất cơ lý của vật liệu bê tông (vật liệu đá tự nhiên, thủy tinh…) và các phương pháp xác định cường độ của bê tông.
– Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế thành phần cấp phối, tiến hành thí nghiệm xác định cường độ, theo ba hàm lượng thủy tinh thay thế khác nhau ( 30%, 50% và 100%) trên cùng một loại cốt liệu (cát, thủy tinh, xi măng), các vật liệu được lấy từ một nguồn.
Tổng hợp số liệu, lập biểu đồ qui luật thay đổi về giá trị cường độ chịu nén (Rn) đối với mẫu 150x150x150mm và chịu uốn đối với mẫu sản phẩm gạch có kích thước 300x300x50mm (thành phần cốt liệu thủy tinh thay đá dăm và cát bằng 30%, 50% và 100%) sau thời gian 28 ngày tuổi;.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
– Đề tài nếu thành công sẽ góp phần rất lớn trong công tác quản lý rác thải y tế đặc biệt là chai lọ thủy tinh y tế. Đây là vấn đề nan giải và đau đầu các nhà quản lý, vì lượng thủy tinh y tế thải ra rất lớn ở các cơ sở y tế, muốn xử lý đốt tiêu hủy hay chôn lấp thì cũng rất tốn kém về kinh phí và quỹ đất nhưng hiệu quả không cao.
– Đề tài nghiên cứu việc sử dụng cốt liệu thủy tinh y tế thay cho đá dăm để sản xuất bê tông thủy tinh vẫn đảm bảo khả năng chịu lực. Qua đó đề xuất được vật liệu mới trong ngành xây dựng là sản phẩm gạch bê tông thủy tinh dùng để lát nền công trình công cộng.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài Phần mở đầu, luận văn được trình bày có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về vật liệu bê tông ( Bê tông thường và bê tông thủy tinh)
Chương 2: Vật liệu chế tạo bê tông, Phương pháp xác định cường độ chịu nén và chịu uốn.
Chương 3: Đánh giá sự thay đổi về cường độ chịu nén và chịu uốn của bê tông theo thời gian.
Kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG
(Bê tông thường và Bê tông thủy tinh )
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Bê tông thường là hỗn hợp bao gồm: Cốt liệu đá, cát, sỏi, chất kết dính vô cơ như: xi măng, vôi silic, thạch cao và nước được nhào trộn theo một tỷ lệ thích hợp tạo thành một hỗn hợp gọi là bê tông thường.
1.1.2. Bê tông thủy tinh
Bê tông thủy tinh là hỗn hợp cốt liệu gồm cát, chất kết dính và đặc biệt là thủy tinh thay đá dăm kết hợp nước nhào trộn theo một tỷ lệ thích hợp tạo thành một hỗn hợp gọi là bê tông thủy tinh.
1.2. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG
Trong thành phần của bê tông, cốt liệu đá dăm đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu – chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu với nhau. Sau khi cứng rắn, chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông.
Cường độ là một đặc trưng cơ bản, phản ánh khả năng của bê tông chống lại sự phá hoại gây ra dưới tác dụng của tải trọng.
1.3.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông
a.Ảnh hưởng của cường độ đá xi măng
Cường độ bêtông phụ thuộc vào cường độ cốt liệu, cường độ của đá X và cấu tạo bêtông, trong đó cường độ của đá ximăng có ảnh hưởng rất lớn. Cường độ của đá X lại phụ thuộc vào mác ximăng và độ đặc của đá ximăng, tức phụ thuộc vào tỷ lệ N/X.
Xuất phát từ điều kiện đồng nhất về cường độ của các thành phần câú trúc trong bê tông (đá xi măng và cốt liệu to, nhỏ hay vữa xi măng với cốt liệu to) thì cường độ của cốt liệu ảnh hưởng đến cường độ bê tông chỉ trong trường hợp cường độ của nó thấp hơn hoặc xấp xỉ cường độ của đá hay vữa xi măng
c.Ảnh hưởng của cấu tạo bê tông
Cường độ bê tông không những phụ thuộc vào cường độ đá X, chất lượng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc của bê tông, nghĩa là phụ thuộc vào sự lựa chọn thành phần và chất lượng thi công hỗn hợp bêtông
d.Ảnh hưởng của phụ gia
Phụ gia tăng dẻo có tác dụng làm tăng tính dẻo cho hỗn hợp bêtông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó lượng nước của bê tông sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, do lượng nước giảm nên tồn tại ít lỗ rỗng làm tăng khả năng chống thấm của bê tông.
e. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường
Trong điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Khi dưỡng hộ bê tông trong điều kiện nhiệt ẩm cường độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu.
1.3.2.Tính co nở thể tích của bê tông
Trong quá trình cứng rắn của bê tông dùng chất kết dính xi măng, thường phát sinh biến dạng thể tích. Biến dạng thể tích có thể là biến dạng co khi bê tông cứng rắn trong không khí, biến dạng nở khi bê tông cứng rắn trong nước và biến dạng nhiệt phát khi xi măng thuỷ hoá.
1.3.3. Tính chịu nhiệt của bê tông
Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ lớn hơn 250oC. Khi gặp nhiệt độ 250oC ÷ 300oC tác dụng lâu dài, cường độ bê tông giảm đi rõ rệt do nước tự do, nước liên kết trong đá xi măng bị tách ra làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc của bê tông.
1.3.4. Tính công tác của bê tông
Để kết cấu bê tông đạt được chất lượng cao, yêu cầu hỗn hợp bê tông phải có tính công tác phù hợp với phương pháp thi công, phương pháp đầm lèn cũng như hình dạng của kết cấu và sự bố trí của cốt thép trong bê tông.
1.4. GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN CỦA CƯỜNG ĐỘ
1.4.1. Gía trị trung bình của cường độ chịu nén: Rtb
Hay gọi tắt là cường độ trung bình. Đó là giá trị trung bình số học của cường độ một số mẫu thử: Rtb = ∑Ri/n.
Trong đó: Ri – Cường độ mẫu thử thứ i
n – Số mẫu thử
1.4.2. Giá trị tiêu chuẩn của cường độ: Rc
Gọi tắt là cường độ đặc trưng. Đó là giá trị cường độ được lấy với xác suất đảm bảo 95%.
Rc = Rtb.(1 – S.σ) = βb.Rtb. Trong đó:
βb – hệ số đồng chất của bê tông (hệ số tương quan giữa Rc và Rtb)
σ – hệ số biến động cường độ các mẫu thử, xác định theo tính toán thống kê,
σ = [√{∑(Ri – Rtb)2}/{n – 1}]/Rtb
S – hệ số, phụ thuộc và xác suất đảm bảo. Với xác suất 95% có S = 1,64
TCXDVN 356:2005 sử dụng σ = 0,135
1.5. CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG
Mác bê tông là khả năng chịu nén của mẫu bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng cũ của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 × 150× 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²).
Cấp độ bền là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn là khối lập phương 15cm tính theo đơn vị MPa. Cấp đồ bền ký hiệu bằng chữ B. Thường bê tông mác 200, cấp bền ký hiệu là B15; mác 250 cấp bền là B20.
– Bê tông là vật liệu được sử dụng rộng rãi và không thể thiếu trong xây dựng. Bê tông được sử dụng trong các điều kiện khai thác khác nhau, cùng kết hợp hài hòa về kiến trúc và môi trường xung quanh, có nguồn nguyên liệu chế tạo phong phú, giá thành thấp.
– Cường độ bê tông không những phụ thuộc vào chất lượng và cấp phối vật liệu sử dụng mà còn phụ thuộc vào quá trình trộn bê tông và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác. Do đó thiết kế đúng cấp phối bê tông và nhào trộn đúng qui trình kỹ thuật thì cường độ của bê tông đạt hiệu quả cao.
– Bê tông thủy tinh là bê tông được chế tạo bởi cốt liệu thủy tinh thay thế cho cát, đá, sỏi, chất kết dính… được gọi là bê tông thủy tinh. Do thủy tinh là cốt liệu giòn và bề mặt ngoài nhẵn khó dính bám, cường độ bê tông thủy tinh kém hơn bê tông thường. Do đó bê tông thủy tinh nên sử dụng ở các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị, làm bê tông lót sân đường, vỉa hè, công viên.
CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG, PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ CƯỜNG ĐỘ CHIU UỐN
2.1. CÁC LOẠI CỐT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG ( THAY THÀNH PHẦN ĐÁ DĂM TỰ NHIÊN BẰNG THỦY TINH Y TẾ).
2.1.1. Cát vàng
Cát vàng là vật liệu xây dựng khá phổ biến ở các địa phương, là cốt liệu chủ yếu dùng cho hỗn hợp vữa xi măng để xây tô và hỗn hợp bê tông.
Đá dăm là cốt liệu chủ yếu đóng vai trò bộ khung chịu lực để chế tạo bê tông thường sử dụng đá dăm kích thước cỡ 10x20mm.
2.1.3. Xi măng
Sử dụng Xi măng PCB40 Holcim.
2.1.4. Thủy tinh y tế
Chai lọ thủy tinh trong ngành y tế được thu gom tại các cơ sở y tế được làm sạch, gia công đập nhỏ qua sàng lựa chọn thành phần hạt cỡ 1x2cm thay thế cho đá dăm.
2.2. CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG
2.2.1.Tính lưu biến
Nước đóng vai trò rất quan trọng để chế tạo bê tông phải có đủ phẩm chất, nước sạch không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cốt thép. Nước sử dụng cho thi công có độ Ph < 4 và lớn hơn 12,5.
Tính công tác hay tính dễ tạo hình là tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông, nó biểu hiện lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính công tác, ta sử dụng 3 chỉ tiêu gồm: Độ lưu động: là đặc trưng cho cường độ cấu trúc của hỗn hợp; độ cứng: là đặc trưng cho độ nhớt động của hỗn hợp; và độ giữ nước là biểu thị bằng khả năng tách nước của hỗn hợp sau khi vận chuyển và đầm chắc.
2.2.3. Tính chịu lực
Cường độ chịu lực là đặc trưng cơ bản của bê tông. Trong kết cấu xây dựng, bê tông có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau như : Chịu nén, kéo, uốn, trượt,…Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái chịu nén là tốt nhất, còn khả năng chịu kéo của bê tông rất kém. Căn cứ vào khả năng chịu nén người ta định ra mác của bê tông.
2.2.4. Tính thấm nước và Tính co nở thể tích
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích , nở ra trong nước và co lại trong không khí. Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt cho cấu trúc của bê tông, còn hiện tượng co ngót luôn luôn kéo theo hệ quả xấu cho kết cấu.
Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ. Do chịu nhiệt lớn lâu dài , cường độ bê tông bị giảm đi rõ rệt do mất nước tự do, nước liên kết trong đá xi măng bị tách ra làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc của bê tông.
2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THEO TCVN 3118:1993
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\TRA VINH\7. Le Van Viet\7. Le Van Viet
