Đang tải... (xem toàn văn)
Việc sử dụng hạt Polystyrene phồng nở sẽ có điểm rất lớn trong việc giảm trọng lượng của bê tông nhẹ. Tuy nhiên, do Polystyrene phồng nở (EPS) là một loại cốt liệu nhẹ với trọng lượng chỉ 820 kgm3. Do trọng lượng EPS rất nhẹ nên các hạt EPS có xu hướng dễ phân tầng trong quá trình tạo hình. Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm này 3–5 đã sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với sợi phân tán để tránh sự phân tầng của hạt EPS, ngoài ra để cải thiện cường độ của bê tông EPSC. Với các ưu điểm đạt được EPSC đã được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều, các nghiên cứu của Sabaa 6 về ảnh hưởng của tính công tác đến một số tính chất của EPSC như khối lượng thể tích, cường độ. Các kết quả cho thấy khi tính công tác của hỗn hợp bê tông tăng thì cường độ bê tông được cải thiện so với hỗn hợp bê tông có tính công tác thấp. Ngoài ra, các nghiên cứu của 4, 5, 7 về ảnh hưởng của nano carbon và khối lượng thể tích của EPSC đến tính chất của bê tông cho thấy, nano carbon cũng như khối lượng thể tích của EPSC ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông, đồng thời mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này đến cường độ nén lớn hơn so với cường độ uốn và mô đun đàn hồi. Tuy nhiên, trong bê tông EPSC sử dụng lượng xốp lớn, vật liệu này chiếm tỷ trọng lớn về giá thành trong bê tông. Trong thực tế hiện nay, lượng rác thải xốp đang ngày một gia tăng, loại xốp này rất nguy hại nếu chúng ta không có biện pháp xử lý hiệu quả. Rác thải xốp này phát sinh từ những đồ vật chúng ta thường sử dụng như thùng xốp, các chi tiết chèn khe cho các dụng cụ dễ vỡ... Các công bố cho thấy, một lượng lớn EPS cuối cùng trở thành chất thải và được gửi đến bãi chôn lấp hoặc đổ bất hợp pháp ở các khu vực trống, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Theo các nghiên cứu, phần lớn các loại rác thải xốp thuộc loại khó phân hủy, có thể gây ra những hậu quả về ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Rác thải xốp quá nhiều khi thải ra môi trường nước hoặc đất có thể khiến cho biến đổi tính chất của đất, gây tắc nghẽn hệ thống thoát nước, theo thời gian đây chính là nguyên nhân khiến cho nhiều loại vi khuẩn không ngừng phát triển, gây ra nhiều loại bệnh nguy hiểm cho con người 8. Xuất phát từ thực tiễn như vậy, chúng em thực hiện dự án “Chế tạo bê tông nhẹ cốt liệu polystyrene phồng nở tái chế” Việc nghiên cứu sử dụng loại rác thải xốp này trong chế tạo bê tông nhẹ vừa làm giảm giá thành do giảm lượng dùng hạt EPS nguyên sinh, đồng thời vừa góp phần giảm lượng rác thải xốp thải ra môi trường, điều này có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.
Cuộc thi sáng tạo Khoa học – Kĩ thuật dành cho học sinh Trung học DỰ ÁN CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CỐT LIỆU POLYSTYRENE PHỒNG NỞ TÁI CHẾ Lĩnh vực: Khoa học vật liệu Học sinh thực MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý thực án .2 dự Đối tượng cứu .3 nghiên Phương pháp cứu nghiên CHƯƠNG1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ TƠNG NHẸ KẾT CẤU SỬ DỤNG CỐT LIỆU POLYSTYRENE 1.1 Tình hình nghiên tông cứu sử dụng cốt 1.1.1 Cốt liệu nở liệu polystyrene polystyrene bê phồng 1.1.2 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu polystyrene phồng nở bê tông 1.2 Những thông số kỹ polystyrene thuật bê tông cốt liệu 1.2.1 Độ tầng phân 1.2.2 Cường độ nén .7 chịu 1.2.3 Khối lượng tích .6 thể 1.2.4 Tính dẫn nhiệt CHƯƠNG : VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ MẪU…………….7 2.1 Vật liệu dụng sử 2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 2.3 Phương pháp nghiệm CHƯƠNG KẾT CỨU 10 QUẢ thí NGHIÊN 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích phân tầng bê tông.10 3.2 Ảnh hưởng hàm tông…………………… 11 lượng rEPS đến cường độ nén bê 3.3 Độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế .12 3.4 Hệ số dẫn nhiệt chế 13 CHƯƠNG 14 bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM .15 KHẢO MỞ ĐẦU Lý thực dự án Trong năm thập kỷ trở lại đây, bê tông nặng sử dụng hiệu cơng trình xây dựng, có nhiều ưu điểm bê tơng tồn nhược điểm nặng, giịn số trường hợp khả cách nhiệt không cao Trước nhu cầu thực tế với nhiều kết cấu yêu cầu khả cách nhiệt cách âm tốt, kết cấu nhẹ không yêu cầu cao cường độ, sở có nghiên cứu bê tông nhẹ (Lightweight Concrete-LWC) quan tâm Về nguyên tắc để giảm tỷ trọng bê tông cách tạo khoảng trống (lỗ rỗng) cấu trúc vữa, thân hạt cốt liệu, hạt cốt liệu lớn Tuy nhiên, lỗ rỗng bê tơng nhiều khối lượng bê tơng giảm kéo theo cường độ nén bê tông giảm theo Khi so sánh với bê tông thông thường, bê tông nhẹ (Lightweight Concrete-LWC) cho thấy số đặc tính bật khối lượng thể tích thấp hơn, đặc tính cách âm, cách nhiệt tốt hấp thụ lượng lớn thu cách thay toàn phần cốt liệu nặng cốt liệu nhẹ (Lightweight Aggregate-LWA) [1, 2] Hiện nay, loại bê tông nhẹ sử dụng phổ biến bê tơng khí bê tông bọt bê tông nhẹ cốt liệu rỗng polystyrene Với bê tông nhẹ cốt liệu rỗng Polystyrene (EPS-C), loại bê tông nhẹ sản xuất theo công nghệ Pháp, từ hỗn hợp loại vật liệu khác như: xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu nhẹ Polystyrene (hạt EPS - Expanded Polystyrene Beads), nước phụ gia hóa học Hạt EPS (hay hạt nhựa nhiệt dẻo phồng nở) hạt tạo rỗng, hình cầu, không thấm nước, không độc hại, khối lượng thể tích hạt thấp đến khoảng đến 20 kg/m 3, sản xuất dễ dàng với nhiều nhóm kích thước hạt khác nên đưa hạt EPS vào hỗn hợp bê tơng dẻo dính có lượng nước nhào trộn thấp việc tạo hình khơng gặp khó khăn, cho phép đưa hạt EPS vào với hàm lượng lớn Việc sử dụng hạt polystyrene phồng nở làm giảm khối lượng thể tích, tăng khả cách âm, cách nhiệt cho bê tông Hỗn hợp bê tông nhẹ EPS-C bao gồm hệ thống cấu trúc lỗ rỗng lớn tạo từ độ rỗng xốp hạt polystyrenephồng nở, cấu trúc lỗ rỗng bé tạo nên từ lỗ rỗng gel hệ thống mao quản nằm phầnvách ngăn nằm lỗ rỗng lớn Việc sử dụng hạt Polystyrene phồng nở có điểm lớn việc giảm trọng lượng bê tông nhẹ Tuy nhiên, Polystyrene phồng nở (EPS) loại cốt liệu nhẹ với trọng lượng 8-20 kg/m3 Do trọng lượng EPS nhẹ nên hạt EPS có xu hướng dễ phân tầng q trình tạo hình Nhiều nhà nghiên cứu nghiên cứu để khắc phục nhược điểm [3–5] sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với sợi phân tán để tránh phân tầng hạt EPS, để cải thiện cường độ bê tông EPS-C Với ưu điểm đạt EPS-C quan tâm nghiên cứu nhiều, nghiên cứu Sabaa [6] ảnh hưởng tính cơng tác đến số tính chất EPS-C khối lượng thể tích, cường độ Các kết cho thấy tính cơng tác hỗn hợp bê tơng tăng cường độ bê tông cải thiện so với hỗn hợp bê tơng có tính cơng tác thấp Ngồi ra, nghiên cứu [4, 5, 7] ảnh hưởng nano carbon khối lượng thể tích EPS-C đến tính chất bê tông cho thấy, nano carbon khối lượng thể tích EPS-C ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông, đồng thời mức độ ảnh hưởng yếu tố đến cường độ nén lớn so với cường độ uốn mô đun đàn hồi Tuy nhiên, bê tông EPS-C sử dụng lượng xốp lớn, vật liệu chiếm tỷ trọng lớn giá thành bê tông Trong thực tế nay, lượng rác thải xốp ngày gia tăng, loại xốp nguy hại khơng có biện pháp xử lý hiệu Rác thải xốp phát sinh từ đồ vật thường sử dụng thùng xốp, chi tiết chèn khe cho dụng cụ dễ vỡ Các công bố cho thấy, lượng lớn EPS cuối trở thành chất thải gửi đến bãi chôn lấp đổ bất hợp pháp khu vực trống, đặc biệt nước phát triển Theo nghiên cứu, phần lớn loại rác thải xốp thuộc loại khó phân hủy, gây hậu ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người Rác thải xốp nhiều thải mơi trường nước đất khiến cho biến đổi tính chất đất, gây tắc nghẽn hệ thống nước, theo thời gian nguyên nhân khiến cho nhiều loại vi khuẩn không ngừng phát triển, gây nhiều loại bệnh nguy hiểm cho người [8] Xuất phát từ thực tiễn vậy, chúng em thực dự án “Chế tạo bê tông nhẹ cốt liệu polystyrene phồng nở tái chế” Việc nghiên cứu sử dụng loại rác thải xốp chế tạo bê tông nhẹ vừa làm giảm giá thành giảm lượng dùng hạt EPS nguyên sinh, đồng thời vừa góp phần giảm lượng rác thải xốp thải mơi trường, điều có ý nghĩa thực tiễn lớn Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu việc sử dụng cốt liệu rỗng polystyrene tái chế (rEPS) để chế tạo bê tơng nhẹ với khối lượng thể tích đạt từ 1000 - 1500 kg/m cường độ nén từ 5,0 - 15 MPa Nghiên cứu thực 08 cấp phối với tỷ lệ N/CKD 0,25 0,30; hàm lượng cốt liệu nhẹ sử dụng 25%, 30%, 40% 50% theo thể tích bê tông Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích phân tầng bê tơng Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến cường độ nén bê tông Độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế Hệ số dẫn nhiệt bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế Phương pháp nghiên cứu Để thực dự án, chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Tìm hiểu tài liệu liên quan đến bê tông tông nhẹ, bê tông nhẹ kết cấu, bê tông sử dụng cốt liệu polystyrene Các sở lý thuyết có liên quan - Các kết nghiên cứu bê tông polystyrene công bố, tài liệu, tiêu chuẩn liên quan - Tổng hợp thơng tin, phân tích đưa hướng nghiên cứu phù hợp Phương pháp thực nghiệm Trong nghiên cứu thực nghiệm áp dụng phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Việt Nam quốc tế CHƯƠNG1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU SỬ DỤNG CỐT LIỆU POLYSTYRENE 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu polystyrene bê tông 1.1.1 Cốt liệu polystyrene phồng nở Cốt liệu polystyrene phồng nở sử dụng với vai trò cốt liệu nhẹ làm giảm khối lượng thể tích bê tơng [2] Cốt liệu EPS sản phẩm thu sau trình phồng nở hạt polystyrene nguyên liệu nhiệt độ thích hợp Các hạt polystyrene nguyên liệu chế tạo cách polimer hoá nhũ tương styrol (C 6H5-CH=CH2) với có mặt tác nhân gây nở izopentan (C 5H12) Dưới tác động nhiệt độ thích hợp, tác nhân gây nở tăng thể tích làm phồng nở hạt polystyrene nguyên liệu Do cấu thành phần lớn lỗ rỗng kín nên cốt liệu EPS không thấm nước Do cốt liệu EPS khơng hút nước nên tính khơng thay đổi trực tiếp tiếp xúc với nước Do đó, khác với loại cốt liệu nhẹ khác keramzit hay aglopolit, vốn loại cốt liệu nhẹ có đặc điểmhút nước mạnh, sựcó mặt polystyrene phồngnở trongbê tông không làm thay đổi lượng nước tự do, tỷ lệ nước xi măng bê tông Cốt liệu EPS không tương tác mặt hố học với bê tơng mà làm giảm khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng Tuy nhiên, có mặt polystyrene phồng nở với mơ đun đàn hồi thấp có ảnh hưởng định đến tính chất vật lý, lý, biến dạng, bê tông 1.1.2 Nghiên cứu sử dụng cốt liệu polystyrene phồng nở bê tông Các nghiên cứu giới Những nghiên cứu bê tông polystyrene Liên Xô cũ Pháp, tiến hành vào cuối năm 80 đầu 90 Các nghiên cứu ứng dụng cốt liệu EPS bê tông nước tiến hành theo hướng khác sở cho việc phát triển ứng dụng rộng rãi loại bê tông xây dựng Cho đến bê tông polystyrene ứng dụng lĩnh vực xây dựng nhiều nước giới LB Nga, CH Pháp, CH Séc, CH Italia, LB Đức Gần đây, với yêu cầu đa dạng kết cấu cơng trình cơng dụng cách âm, cách nhiệt vật liệu nhẹ sử dụng cho kết cấu chịu lực quan tâm Nghiên cứu [2] sử dụng bê tơng có cường độ chịu nén đến 150 MPa để chế tạo bê tông nhẹ cốt liệu EPS Cốt liệu nhẹ sử dụng loại cốt liệu EPS có kích thước hạt trung bình 1,1mm 2,2 mm Nghiên cứu trọng đến việc nghiên cứu đặc trưng cấu trúc tính chất nhiệt bê tơng nhẹ Các nghiên cứu Việt Nam Trong thời gian 10 năm trở lại nhu cầu bê tông nhẹ xuất ngày tăng cao Trong bối cảnh đó, nghiên cứu bê tơng nhẹ sở cốt liệu EPS tiến hành số đơn vị ĐH Xâydựng, Viện KHCN Xây dựng, Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Như vậy, bê tơng polystyrene Việt Nam nhìn chung chủ yếu nhìn nhận loại vật liệu nhẹ đáp ứng yêu cầu cách nhiệt, làm kết cấu bao che lắp ghép cho nhà không kiên cố Hiện nay, việc mở rộng ứng dụng sản phẩm cơng trình xây dựng cịn nhiều hạn chế 1.2 Những thông số kỹ thuật bê tông cốt liệu polystyrene 1.2.1 Độ phân tầng Khi chế tạo bê tông nhẹ nói chung bê tơng sử dụng hạt polystyrene nói riêng, đề quan trọng thiết phải giải phân tầng tách lớp Do hạt cốt liệu nhẹ so với phần vữa nên có xu hướng lên bề mặt hỗn hợp ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng bê tông Chuyển động cốt liệu nhẹ hỗn hợp bê tơng mơ tả theo phương trình Stock (1) Phân tích phương trình Stock thấy để giảm phân tầng hỗn hợp bê tông, giảm kích thước cỡ hạt cốt liệu nhẹ, giảm chênh lệch khối lượng thể tích pha cốt liệu nhẹ tăng độ nhớt hồ xi măng Việc sử dụng cốt liệu nhẹ hạt nhỏ làm giảm đáng kể vận tốc lên hạt phụ thuộc bậc hai vận tốc (v) vào bán kính hạt Mặt khác với nguồn gốc cốt liệu, kích thước hạt giảm khối lượng thể tích hạt tăng lên nên ∆ρ giảm, đóρ giảm, vận tốc dịch chuyển vận tốc (v) cốt liệu nhẹ giảm Tuy nhiên, việc sử dụng cốt liệu EPS với khối lượng thể tích lớn kích thước hạt nhỏ làm tăng chi phí vật liệu chế tạo bê tơng Để giảm ∆ρ giảm, đóρ việc giảm khối lượng thể tích hồ chất kết dính bê tơng cốt liệu nhẹ điều cần phải quan tâm tỷ lệ pha nên bê tơng polystyrene kết cấu mật độ thể tích bê tơng lớn Về ngun tắc, thực giải pháp sau để giảm ∆ρ giảm, đóρ Sử dụng khống phụ gia mịn thay cho phần xi măng Cân lựa chọn loại phụ gia khống tính tốn hàm lượng cụ thể để khơng ảnh hưởng đến cường độ sản phẩm yêu cầu Trong nhiều trường hợp sử dụng phụ gia khoáng phù hợp cịn mang lại nhiều ưu điểm tính chất lý độ bền cho bê tông cốt liệu nhẹ 1.2.2 Cường độ chịu nén Đối với bê tông cốt liệu nhẹ nói chung, nghiên cứu [7,8] mối quan hệ ảnh hưởng thành phần cấu trúc pha đến cường độ chịu nén khối lượng thể tích bê tơng nhẹ cốt liệu nhẹ Xét yếu tố ảnh hưởng đến cường độ pha nền, thành phần chịu lực bê tơng polystyrene, thấy ba yếu tố ảnh hưởng đến cường độ pha cường độ hồ xi măng, chất liên kết hồ xi măng- cốt liệu chất lượng cốt liệu Hàm lượng cát vữa xi măng ảnh hưởng đến cường độ chịu nén vữa Với cường độ thành phần cát lớn cường độ thành phần đá xi măng, tăng hàm lượng cát vữa tạo khả tiếp xúc nhiều hạt, cường độ vữa tăng so với có hàm lượng cát tăng đến giới hạn định đó, lượng hồ xi măng khơng đủ bao bọc hạt cát, làm giảm cường độ vữa Xét đến thành phần cốt liệu bê tơng polystyrene cốt liệu EPS, có vai trị làm giảm khối lượng thể tích bê tông tạo rỗng khối bê tông khơng tham gia vào q trình chịu tải khối Như phân tích phần trên, cường độ cốt liệu EPS tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích chúng nên hạt nguyên liệu ban đầu, kích thước hạt nở phồng nhỏ có cường độ lớn Hàm lượng cốt liệu EPS bê tông polystyrene ảnh hưởng đến cường độ của bê tông polystyrene Khác với bê tông thông thường, tăng hàm lượng cốt liệu đặc (có cường độ lớn cường độ pha nền) cường độ chịu nén bê tông tăng lên với bê tơng polystyrene, cốt liệu EPS có cường độ thấp nhiều so với pha nên hàm lượng cốt liệu EPS tăng hàm lượng pha giảm tương ứng (hệ số dư vữa 𝐾𝑑 giảm), cường độ chịu nén bê tông polystyrene giảm 1.2.3 Khối lượng thể tích Với bê tơng thường, khối lượng thể tích khơng đặt tiêu cần khống chế bê tông nhẹ Khối lượng thể tích bê tơng polystyrene xác định theo cơng thức: Công thức cho thấy, muốn giảm khối lượng thể tích cần giảm 𝜌𝑒𝑝𝑠, 𝜌𝑣 tăng cốt liệu EPS, Giảm 𝜌𝑒𝑝𝑠 cách dùng cốt liệu có kích thước hạt lớn lớn, nhiên sử dụng hạt kích thước lớn dễ gây tượng phân tầng, mặt khác cốt liệu EPS nhẹ, khối lượng thể tích kích thước hạt chênh không nhiều nên ta ưu tiên sử dụng hạt kích thước nhỏ để đảm bảo khơng phân tầng Tăng tức giảm tương ứng thể tích lượng pha bê tông, mà cường độ chịu nén bê tông lại phụ thuộc chủ yếu vào cường độ pha nền, làm giảm cường độ chịu nén bê tơng Ngồi giảm khối lượng thể tích bê tơng cách sử dụng số phương pháp khác như: cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, chọn tỷ lệ phối hợp hợp lý cấp hạt giảm khối lượng thể tích phần vữa nhờ sử dụng cát nhẹ, sử dụng xi măng mác cao, tạo rỗng cho vữa… Mối quan hệ tỷ lệ thể tích bê tơng nền, tỷ lệ thể tích cốt liệu EPS, khối lượng thể tích bê tơng polystyrene mật thiết Do đó, nghiên cứu tính chất bê tơng polystyrene kết cấu thông qua việc nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ thể tích bê tơng 1.2.4 Tính dẫn nhiệt Là tính chất vật lý kiến trúc quan trọng bê tơng sử dụng cơng trình dân dụng Nó liên quan mật thiết tới cấu tạo bê tông cấu trúc vật liệu thành phần Tính dẫn nhiệt phụ thuộc trạng thái ẩm nhiệt độ bê tông Khi nhiệt độ độ ẩm tăng, tính dẫn nhiệt tăng Trong thực tế hệ số tính tốn tiêu dẫn nhiệt hay hệ số dẫn nhiệt xác định theo công thức phụ thuộc vào khối lượng thể tích bê tơng trạng thái sấy khơ Độ dẫn nhiệt xác định theo cơng thức B N Kaupman Cơng thức khơng xét đến tính chất bê tông (độ lớn lỗ rỗng, phân bố mức độ kín thơng nhau) nên có cho kết gần phù hợp với bê tơng có đồng cấu trúc cốt liệu Như thành phần vật liệu, bê tong có khối lượng thể tích lớn dẫn nhiệt tốt Đối với bê tông polystyrene, cốt liệu EPS chứa 80-95% lỗ rỗng kín, 1.4 -9.3 % pha rắn, hệ số dẫn nhiệt khơng khí 0,024 W/m.K, hệ số dẫn nhiệt cốt liệu EPS dao động khoảng từ 0,039 W/m.K đến 0,04 W/m.K nhỏ nhiều so với hệ số dẫn nhiệt cốt liệu đặc bê tông thông thường nên cốt liệu EPS cách nhiệt tốt so với cốt liệu đặc Nên xét tính chất pha bê tơng polystyrene có khả cách nhiệt tốt so với bê tông thông thường 10 CHƯƠNG : VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ MẪU 2.1 Vật liệu sử dụng Vật liệu dùng nghiên cứu gồm: Xi măng Poóc lăng (XM) Nghi Sơn PC40 có tính chất lý trình bày Bảng Phụ gia siêu dẻo (SD) sử dụng nghiên cứu có gốc polycarboxylate với lượng dùng tính theo % theo khối lượng xi măng, tính chất SD theo cơng bố nhà sản xuất phù hợp theo tiêu chuẩn ASTM C494 loại F G với phụ gia giảm nước kéo dài thời gian đông kết Nước trộn bê tông nước máy, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật với nước trộn bê tơng theo TCVN 4506 : 2012 Hình 2.1 Xi măng Poóc lăng (XM) Nghi Sơn PC40 Bảng 2.1 Tính chất lý xi măng Cốt liệu rỗng polystyrene tái chế (rEPS) làm sạch, nghiền phân loại theo cỡ sàng yêu cầu Các tính chất lý rEPS trình bày Bảng 11 Hình 2.2 Cốt liệu rỗng polystyrene tái chế Bảng 2.2 Tính chất lý rEPS 2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Thành phần bê tơng nhẹ tính tốn theo phương pháp thể tích tuyệt đối, sở thông số đầu vào, cụ thể: bê tông nhẹ lựa chọn nghiên cứu với khối lượng thể tích tương ứng: 1500 kg/m3, 1200 kg/m3 1000 kg/m3, thể tích cốt liệu rEPS lựa chọn với hàm lượng tương ứng 25%, 30%, 40% 50% theo thể tích bê tơng Tỷ lệ N/CKD ( Nước/Chất kết dính) lựa chọn 0,25 0,3 Hàm lượng bọt khí lựa chọn 3% Để cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tông dự án sử dụng phụ gia siêu dẻo (SD), hàm lượng SD lấy 0,6% 0,4% theo khối lượng chất kết dính tương ứng với tỷ lệ N/CKD lựa chọn 0,25 0,3 Thành phần cấp phối bê tông nhẹ rEPS thể Bảng 2.3 Bảng 2.3 Thành phần bê tông nhẹ Q trình trộn chế tạo bê tơng nhẹ rEPS thực theo quy trình thể Hình 2.3 Hình 2.3 Quy trình trộn hỗn hợp bê tơng nhẹ sử dụng rEPS 12 2.3 Phương pháp thí nghiệm Khối lượng thể tích bê tơng thực sở tiêu chuẩn TCVN 31151993 [12] với mẫu có kích thước 100×100×100 mm Cường độ nén bê tông thực sở tiêu chuẩn TCVN 3118-1993 [13] với mẫu có kích thước 100×100×100 mm Thí nghiệm phân tầng bê tơng nhẹ sử dụng rEPS thực mẫu có kích thước 100×100×100 mm Để xác định độ phân tầng bê tông ta chia mẫu thành phần theo chiều cao theo phương đổ bê tơng mẫu (Hình 2.4) Dùng máy cắt, cắt mẫu thành phần chia Sau sấy khơ mẫu cắt đến khối lượng không đổi, tiến hành cân đo lại kích thước phần cắt, cân mẫu tính khối lượng thể tích phần để so sánh với giá trị trung bình Hình 2.4 Sơ đồ chia mẫu theo phương đổ bê tông để xác định độ phân tầng Độ hút nước bê tông thực sở TCVN 3113-1993 [14] với mẫu có kích thước 100×100×100 mm Thí nghiệm xác định độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS thực sở tiêu chuẩn ASTM C1585-20 [15] với mẫu có kích thước 100×100×50 mm Sơ đồ thí nghiệm thể Hình Độ hút nước bê tông thực sở TCVN 3113:1993 [14] với mẫu có kích thước 100×100×100 mm Thí nghiệm xác định độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS thực sở tiêu chuẩn ASTM C1585-20 [15] với mẫu có kích thước 100×100×50 mm Sơ đồ thí nghiệm thể Hình 2.5 Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm độ hút nước mao quản bê tơng rEPS Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt bê tơng nhẹ sử dụng rEPS tính tốn dựa theo ACI 213R14 [16] Trong cơng thức xác định hệ số dẫn nhiệt tính tốn sau: e = 2,71828; Wc khối lượng thể tích khơ bê tơng, kg/m3 13 14 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích phân tầng bê tơng Kết thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích bê tơng thể Hình 3.1 Kết thí nghiệm cho thấy với tỷ lệ N/CKD xác định, hàm lượng rEPS sử dụng bê tông tăng khối lượng thể tích bê tơng giảm Điều giải thích khối lượng thể tích hạt rEPS 20,8 kg/m nhỏ nhiều so với khối lượng thể tích đá xi măng tương ứng khoảng 2000 kg/m 3, việc thay thể tích đá xi măng hạt rEPS làm giảm khối lượng thể tích bê tơng Khi tỷ lệ N/CKD giảm khối lượng thể tích bê tơng tăng ứng với thể tích hạt rEPS sử dụng Khi tỷ lệ N/CKD = 0,3 khối lượng thể tích bê tơng lớn đạt 1490 kg/m3, thấp đạt 1010 kg/m Tương tự, tỷ lệ N/CKD = 0,25 khối lượng thể tích bê tơng lớn đạt 1550 kg/m3, thấp đạt 1128 kg/m3 Như vậy, với tỷ lệ N/CKD hàm lượng rEPS lựa chọn hồn tồn chế tạo bê tơng với khối lượng thể tích từ 1000 kg/m3 đến 1500 kg/m3 Hình 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến khối lượng thể tích bê tơng Bê tơng nhẹ sử dụng rEPS tạo thành phần bao gồm: xi măng, nước, phụ gia hạt cốt liệu nhẹ polystyrene tái chế Đây hỗn hợp không đồng bao gồm vật liệu có khối lượng thể tích khác có chênh lệch lớn, dễ xảy tượng phân tầng Hiện tượng phân tầng khiến cho cốt liệu rEPS có khối lượng thể tích nhỏ có xu hướng dịch chuyển lên hồ chất kết dính nặng có xu hướng dịch chuyển xuống Vì tượng phân tầng bê tông cần hạn chế để dảm bảo độ đồng tính chất hỗn hợp bê tông bê tông Trong dự án đánh giá ảnh hưởng hàm lượng rEPS tỷ lệ N/CKD đến phân tầng bê tông Kết thí nghiệm đánh giá phân tầng bê tơng thể Bảng 4.1 Kết thí nghiệm cho thấy, chênh lệch khối lượng thể tích 15 mặt cắt mẫu so với giá trị trung bình lớn 5,26% với mẫu sử dụng rEPS với hàm lượng 25% tỷ lệ N/CKD = 0,25 Với hàm lượng rEPS tăng đến 50% chênh lệch khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng nhỏ 5% Như vậy, khẳng định khơng có phân tầng xảy với cấp phối thử nghiệm sử dụng rEPS phế thải Hỗn hợp bê tông đảm bảo độ đồng khơng xảy tượng phân tầng giải thích sử dụng hạt cốt liệu rỗng polystyrene tái chế, hạt sau nghiền có bề mặt nhám ráp góc cạnh, điều làm tăng ma sát khô hạt đồng thời hạn chế dịch chuyển hạt cốt liệu lên phía Bên cạnh đó, việc lựa chọn tỷ lệ N/CKD mức thấp hàm lượng SD phù hợp đủ đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp bê tông yếu làm tăng độ nhớt cho hồ CKD, từ hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tông xảy Bảng 3.1 Sự chênh lệch khối lượng thể tích bê tông nhẹ mặt cắt khác 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến cường độ nén bê tông Ảnh hưởng hàm lượng rEPS tỷ lệ N/CKD đến cường độ nén bê tông thể Hình 3.2 Kết thí nghiệm cho thấy, ứng với tỷ lệ N/CKD tăng hàm lượng rEPS cường độ nén bê tơng giảm Đồng thời, ứng với hàm lượng rEPS sử dụng, giảm tỷ lệ N/CKD cường độ nén bê tơng tăng, điều hồn tồn phù hợp với lý thuyết Cường độ nén bê tông lớn đạt 21 MPa, tỷ lệ N/CKD = 0,25 với hàm lượng rEPS 25% Ngược lại, cường độ nén bê tông nhỏ đạt 6,3 MPa, ứng với tỷ lệ N/CKD = 0,3 hàm lượng rEPS 50% Như vậy, với khối lượng thể tích bê tơng đạt 1000 kg/m cường độ nén bê tông đạt 6,3 MPa, khối lượng thể tích bê tơng tăng đến 1500 kg/m cường độ nén bê tơng đạt 20 MPa Kết nghiên cứu đạt cho thấy, gia tăng hàm lượng cốt liệu rEPS dẫn đến giảm cường độ bê tông, điều giải 16 thích: xét chất, cốt liệu rEPS chứa đến 98% khơng khí, cường độ yếu có tính kỵ nước, có liên kết với đá xi măng việc sử dụng rEPS làm cốt liệu bê tông làm giảm cường độ nén bê tơng Hình 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến cường độ nén củ nén bê tông 3.3 Độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế Kết thí nghiệm độ hút nước độ hút nước mao quản bê tông thể Hình 3.3 Hình 3.4 Kết thí nghiệm cho thấy, giảm tỷ lệ N/CKD độ hút nước bê tơng giảm Bên cạnh với tỷ lệ N/CKD, tăng hàm lượng rEPS độ hút nước bê tơng tăng Điều giải thích, giảm tỷ lệ N/CKD giảm hàm lượng rEPS làm tăng khối lượng thể tích bê tơng, làm tăng hàm lượng đá xi măng, tăng độ đặc bê tơng từ làm giảm độ hút nước bê tông Khi hàm lượng rEPS tăng đến 40% theo thể tích bê tơng, độ hút nước bê tơng có tăng đột biến, tiếp tục tăng hàm lượng rEPS đến 50% độ hút nước bê tông tăng, nhiên mức độ tăng giảm dần Bê tông nhẹ sử dụng rEPS, loại cốt liệu có cấu trúc rỗng xốp, kỵ nước sử dụng rEPS ảnh hưởng đến hệ thống lỗ rỗng mao quản, tác động đến độ hút nước mao quản bê tông Kết độ hút nước mao quản thể Hình 9, kết thí nghiệm cho thấy tăng hàm lượng rEPS độ hút nước mao quản cuối có xu hướng giảm Với tỷ lệ N/CKD = 0,3; 60 phút đầu thí nghiệm, khơng có khác biệt độ hút nước mao quản hàm lượng rEPS khác nhau, nhiên tiếp tục thí nghiệm theo thời gian độ hút nước mao quản bê tông tăng, độ hút nước mao quản giảm lớn với hàm lượng rEPS 25% Trong khoảng 120 phút đầu thí nghiệm, tốc độ hút nước mao quản nhanh, sau độ hút nước tiếp tục tăng với tốc độ chậm dần Việc sử dụng cốt liệu rEPS làm giảm độ hút nước mao quản bê tơng, điều giải thích hạt cốt liệu rEPS có cấu trúc rỗng kỵ nước, sử dụng rEPS bê tông hạt rEPS làm liên tục lỗ rỗng mao quản đá xi măng từ ngăn cản hút nước mao quản bê tơng 17 Hình 3.3 Độ hút nước bê tơng với hàm lượng rEPS khác Hình 3.4 Độ hút nước mao quản bê tông với hàm lượng rEPS khác 3.4 Hệ số dẫn nhiệt bê tông nhẹ sử dụng rEPS tái chế Tính dẫn nhiệt bê tơng chịu ảnh hưởng đặc tính cốt liệu, loại hàm lượng cốt liệu, yếu tố khác bao gồm độ ẩm, tỷ trọng nhiệt độ bê tơng Tính dẫn nhiệt thấp ưu điểm cho việc ứng dụng loại bê tông Trong nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hàm lượng rEPS đến hệ số dẫn nhiệt bê tơng, kết tính tốn hệ số dẫn nhiệt bê tông sử dụng rEPS tái chế thể Bảng 3.2 Hình 3.5 Các kết tính tốn cho thấy có giảm mạnh hệ số dẫn nhiệt bê tông với gia tăng hàm lượng hạt rEPS Độ dẫn nhiệt bê tông nhẹ rEPS giảm bê tông nhẹ hơn, tức khối lượng thể tích bê tơng giảm Do đó, hệ số dẫn nhiệt bê tơng rEPS đánh giá tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích bê tơng hàm lượng hạt rEPS, kết với tỷ lệ N/CKD = 0,25 0,3 Kết tính tốn hồn tồn phù hợp với nghiên cứu ảnh hưởng hạt rEPS nguyên sinh đến hệ số dẫn nhiệt bê tông tăng hàm lượng hạt rEPS nguyên sinh hệ số dẫn nhiệt bê tơng giảm [8] Bảng 3.2 Hệ số dẫn nhiệt bê tông sử dụng rEPS tái chế 18 Hình 3.5 Hệ số dẫn nhiệt bê tơng với khối lượng thể tích khác 19