Một số kết quả nghiên cứu mới về bê tông xi măng rỗng cho giải pháp thoát nước bền vững

Trong bài viết này, nhóm tác giả trình bày một số nghiên cứu mới nhất được thực hiện tại Trường đại học Giao thông Vận tải liên quan tới việc chế tạo loại bê tông xi măng rỗng có khả năng thấm cao và lưu giữ nước đồng thời xây dựng mô hình lý thuyết và mô phỏng số nhằm tối ưu tính toán thiết kế, từ đó đề xuất các ứng dụng của bê tông xi măng rỗng cho các kết cấu mặt phủ đô thị để đảm bảo thoát nước mặt bền vững.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số kết quả nghiên cứu mới về bê tông xi măng rỗng cho giải pháp thoát nước bền vững Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỚI VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG RỖNG CHO GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC BỀN VỮNG Trần Bảo Việt1*, Nguyễn Thị Hồng1, Vũ Việt Hưng1, Nguyễn Thanh Sơn2 1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội 2 Công ty Tư vấn công trình Châu Á – Thái Bình Dương, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội * Tác giả liên hệ: Email: viettb@utc.edu.vn Tóm tắt. Do quá trình đô thị hóa ngày càng diễn ra mạnh mẽ nên tỷ lệ bề mặt phủ không thấm nước ngày càng gia tăng, gây ra ngập lụt và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong các đô thị. Thoát nước mặt bền vững sử dụng bề mặt phủ có khả năng thấm, lưu giữ nước và chứa nước là giải pháp quan trọng khắc phục tình trạng trên. Trong báo cáo này, nhóm tác giả trình bày một số nghiên cứu mới nhất được thực hiện tại Trường đại học Giao thông Vận tải liên quan tới việc chế tạo loại bê tông xi măng rỗng có khả năng thấm cao và lưu giữ nước đồng thời xây dựng mô hình lý thuyết và mô phỏng số nhằm tối ưu tính toán thiết kế, từ đó đề xuất các ứng dụng của bê tông xi măng rỗng cho các kết cấu mặt phủ đô thị để đảm bảo thoát nước mặt bền vững. Từ khóa: bê tông xi măng, thoát nước mặt bền vững, độ rỗng, cường độ, hệ số thấm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trước tình trạng ngập lụt và ô nhiễm môi trường ngày càng diễn ra nghiêm trọng trong các đô thị như hiện nay, việc áp dụng giải pháp thoát nước mặt bền vững là hết sức cần thiết. Thoát nước mặt bền vững chủ yếu là giải pháp thay thế bề mặt phủ không thấm nước thành những bề mặt phủ có khả năng thấm, lưu giữ và chứa nước. Vì vậy, giải pháp thoát nước mặt bền vững không chỉ làm giảm ngập lụt, ô nhiễm môi trường mà còn tạo điều kiện cho nước mưa thấm vào nền đất, tăng trữ lượng nước ngầm, giảm hiệu ứng “đảo nhiệt đô thị”, tạo điều điện cho các vi sinh vật trong môi trường đất phát triển. Một trong những giải pháp thay thế bề mặt phủ không thấm nước là sử dụng bề mặt phủ bằng vật liệu bê tông rỗng. Bê tông rỗng có thể coi là loại bê tông đặc biệt vì có độ rỗng cao, được tạo bởi thành phần hạt thô và loại chất kết dính phù hợp. Hiện nay, ở Mỹ, Nhật và các nước châu Âu đã và đang có rất nhiều nghiên cứu về bê tông rỗng, về thiết kế cấp phối và phương pháp tính toán cho loại vật liệu mới này. Tuy nhiên, vấn đề tối ưu hóa quá trình thiết kế bề mặt phủ bằng bê tông rỗng vẫn là quá -11- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải trình cơ lý hóa phức tạp do phụ thuộc vào những triết lý, nguyên lý thiết kế, các điều kiện đặc thù của địa phương và các đặc tính của chính vật liệu. Vì vậy, việc phát triển các dạng kết cấu bề mặt phủ bằng bê tông rỗng vẫn đang là hướng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực xây dựng tại nhiều quốc gia [1, 2, 3, 4] Phù hợp với xu thế trên, một số nghiên cứu về hệ thống thoát nước bền vững nói chung cũng như bê tông rỗng nói riêng đã được triển khai gần đây tại Trường đại học Giao thông vận tải. Báo cáo có nội dung chính là trình bày một số kết quả của Nhóm nghiên cứu gần đây liên quan tới chủ đề bê tông rỗng có khả năng thoát nước. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về mối quan hệ giữa cường độ và độ rỗng (đặc trưng quan trọng của bê tông rỗng) sẽ được giới thiệu tại Mục 2. Phương pháp số mô phỏng ảnh hưởng của độ rỗng tới ứng xử sau phá hủy sẽ được trình bày tại Mục 3. Các giải pháp bảo trì kết cấu sẽ được trình bày tại Mục 4. Phần cuối là kết luận và kiến nghị. 2. THÍ NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT VỀ MỐI QUAN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ VÀ ĐỘ RỖNG Trong phạm vi nghiên cứu này, bê tông xi măng rỗng được thiết kế với tỷ lệ nước / xi măng (N/XM) và đá / xi măng (Đ/XM) lần lượt là 0,3 và 4,8. Để tạo nên khung cấu trúc lỗ rỗng, đá dùng trong bê tông có cùng kích cỡ hạt 5-10mm và không dùng cốt liệu nhỏ (cát). Thành phần cấp phối thiết kế của bê tông xi măng rỗng với độ rỗng tối thiểu là 17% được thể hiện trong Bảng 2. Bảng 1. Thành phần cấp phối bê tông xi măng rỗng (kg/m3) Xi măng (XM) Nước (N) Đá (Đ) Phụ gia siêu dẻo 341 102 1.625 1%XM (theo khối lượng) Quá trình chế tạo mẫu gồm 2 công đoạn trộn và đầm. Công đoạn trộn bê tông được thực hiện bằng máy trộn bê tông cưỡng bức hai trục nằm ngang. Đầu tiên trộn đá, một phần nước + phụ gia (10%) và một phần xi măng (10%) trong khoảng hai phút nhằm tạo một lớp bao phủ mỏng đồng đều cho các hạt cốt liệu đá. Sau đó, đổ toàn bộ các thành phần còn lại và trộn trong thời gian hai phút. Dừng máy, trộn bằng tay và kiểm tra độ đồng đều, tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi. Cho máy trộn thêm hai phút nữa trước khi đổ bê tông vào khuôn. Quá trình đầm bê tông được tiến hành như sau: đổ bê tông vào khuôn hình trụ D100xH200mm chia làm hai lớp và đầm 25 lần/lớp bằng thanh thép (chiều dài 500mm và đường kính 10mm). Sau khi đầm xong mỗi lớp, gõ nhẹ vào ván khuôn bằng búa cao su khoảng 10 lần. Ngay sau khi kết thúc quá trình -12- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải đầm và hoàn thiện bề mặt, các mẫu bê tông được phủ bởi một lớp ny lông nhằm tránh mất hơi nước và bảo dưỡng trong phòng với điều kiện nhiệt độ 25oC và độ ẩm tương đối 50-60% trong vòng 24 giờ. Sau đó, tháo ván khuôn và bảo dưỡng mẫu đến 14 ngày tuổi trong môi trường nước nhiệt độ 20-25oC0. Sau 14 ngày, toàn bộ các mẫu được bảo dưỡng trong không khí với điều kiện trong phòng như trên. Một số công đoạn trên được minh họa tại Hình 1. (a) (b) ...