Ứng xử cơ học của bê tông cốt liệu tái chế sử dụng xi măng và chất kết dính xỉ kiềm

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu về ứng xử cơ học của mẫu bê tông và kết cấu dầm bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế kết hợp với chất kết dính xi măng hoặc chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng xử cơ học của bê tông cốt liệu tái chế sử dụng xi măng và chất kết dính xỉ kiềm KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU TÁI CHẾ SỬ DỤNG XI MĂNG VÀ CHẤT KẾT DÍNH XỈ KIỀM Tống Tôn Kiên1*, Lê Trung Thành2 Tóm tắt: Bê tông sử dụng cốt liệu tái chế (BTCLTC) đã và đang được nhiều nghiên cứu quan tâm về đặc tính vật liệu. Tuy nhiên, còn rất ít nghiên cứu về các đặc tính của BTCLTC trên các kết cấu bê tông cốt thép. Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về ứng xử cơ học của mẫu bê tông và kết cấu dầm bê tông cốt thép sử dụng cốt liệu tái chế kết hợp với chất kết dính xi măng hoặc chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa. Các đặc trưng cơ học như cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn và mô đun đàn hồi của các mẫu BTCLTC đã được nghiên cứu và so sánh với ứng xử cơ học của bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên có cường độ chịu nén 30 MPa. Kết quả thử nghiệm cho thấy BTCLTC sử dụng chất kết dính xỉ kiềm có tính chất cơ học và mô men kháng nứt tốt hơn so với BTCLTC sử dụng xi măng, nhưng số lượng vết nứt và sự phát triển bề rộng vết nứt của dầm giảm không đáng kể. Từ khóa: Cốt liệu bê tông tái chế (CLBTTC); bê tông sử dụng cốt liệu tái chế (BTCLTC); chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa (CKDXK); phế thải xây dựng (PTXD). Comparative mechanical behaviour of recycled aggregate concrete used cement and alkalineactivated slag binder Abstract: Concrete using recycled aggregates and Portland cement (RAC) has been being caried out in different countries and most of these studies were focused on material properties. However, not many studies were done on structural reinforced- concrete members with RAC. This paper presents the mechanical behaviour of the recycled aggregate concrete using Portland cement in comparable with using alkaline activated slag binder (AAS). The mechanical properties including compressive strength, flexural strength and elastic modulus of the recycled concrete specimens and reinforced concrete beams were studied and compared to that of reinforced concrete using natural aggregate with compressive strength of 30MPa. The experimental results showed that mechanical properties and cracking resistance moment of RAC containing AAS are improved significantly compared with those of cement-based RAC, however the number of cracks and crack width of AAS-based RAC are slightly decreased. Keywords: Recycled Concrete Aggregates-RCA; Recycled Aggregate Concrete-RAC; Alkaline activaed slag binder-AAS; Construction and Demolition Waste-CDW. Nhận ngày 19/8/2017; sửa xong 31/8/2017; chấp nhận đăng 26/9/2017 Received: August 19th, 2017; revised: August 31th, 2017; accepted: September 26th, 2017 1. Giới thiệu Việc tái chế phế thải bê tông trong xây dựng giúp bảo vệ môi trường, đồng thời sẽ giảm sử dụng nguyên vật liệu thiên nhiên. Để tận dụng hiệu quả phế thải bê tông, có thể sử dụng các loại phế thải bê tông làm cốt liệu (CLBTTC) trong sản xuất bê tông. Nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu từ quá trình tái chế phế thải bê tông đến việc thiết kế thành phần bê tông và nghiên cứu các tính chất cơ lý, độ bền lâu của bê tông cốt liệu tái chế (BTCLTC) [1-4]. Có thể thấy rằng, BTCLTC thường có các tính chất cơ học thấp hơn so với bê tông cốt liệu tự nhiên (BTCLTN) [1-3], khả năng chịu lực của kết cấu BTCLTC cũng thấp hơn so với kết cấu BTCLTN [4-8]. Điều này là do hạt cốt liệu tái chế thường có cấu tạo rỗng xốp do có phần vữa cũ bám dính, có nhiều vết nứt do quá trình gia công cốt liệu. Nhưng loại bê tông này vẫn có thể đảm bảo yêu cầu của một số dạng kết cấu nhất định, kể cả trong kết cấu chịu lực khi sử dụng các biện pháp nâng cao chất lượng [8, 9]. TS, Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng. TS, Vụ Khoa học công nghệ & Môi trường, Bộ Xây dựng. * Tác giả chính. E-mail: kientt@nuce.edu.vn. 1 2 30 TẬP 11 SỐ 5 09 - 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu khảo sát quan hệ ứng suất - biến dạng và ứng xử cơ học của các kết cấu dầm bê tông sử dụng CLBTTC đã được đề cập [5-7,10,11]. Ajdukiewicz và Kliszczewicz [11] đã sử dụng cốt liệu bê tông tái chế để thay thế một phần hoặc toàn bộ cốt liệu tự nhiên (CLTN) trong nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông 200×300×2600mm có hàm lượng cốt thép 0,90% và 1,60%. Kết quả thử nghiệm cho thấy các dầm BTCLTC có mô men kháng uốn thấp hơn khoảng 3,5% và độ võng lớn hơn so với các dầm BTCLTN. Kang và cộng sự [6] cũng nghiên cứu dầm bê tông có hàm lượng cốt thép 0,5% và 1,8% sử dụng CLBTTC có nguồn gốc từ bê tông thường và bê tông cường độ cao để thay thế CLTN đến 50%. Kết quả nghiên cứu cho thấy các dầm BTCLTC có số vết nứt nhiều hơn và mô men kháng nứt thấp hơn so với dầm BTCLTN, nhưng các dầm BTCLTC sử dụng 30% CLBTTC lại có khả năng chịu uốn tương đương. Knaack và Kurama [7] cũng nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông có kích thước 150×230×2000mm, sử dụng 50% CLBTTC. Các tác giả cho rằng độ võng của dầm BTCLTC cao hơn độ võng của dầm đối chứng, nhưng mô hình tính toán kết cấu của dầm BTCLTN cũng phù hợp cho dầm BTCLTC. Gần đây, nhiều nghiên cứu có xu hướng sử dụng chất kết dính không xi măng trong chế tạo bê tông do loại chất kết dính này có cường độ và độ bền cao, đồng thời giảm thiểu các tác động môi trường do quá trình sản xuất xi măng poóc lăng [12-15]. Loại chất kết dính này là hỗn hợp của các phế thải công nghiệp (tro bay nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hóa) hoặc vật liệu puzơlan (đất puzơlan, mê ta cao lanh) được hoạt hóa bằng các chất kiềm [13,14,16]. Collins [12] cho rằng cường độ chịu nén và cường độ kéo của BTCLTC sử dụng chất kết dính xỉ kiềm hoạt hóa có thể bằng hoặc cao hơn so với BTCLTC sử dụng xi măng. Điều này có thể do bản thân trong hạt CLBTTC đã có sẵn chất kiềm Ca(OH)2 là sản phẩm thủy hóa của xi măng, cho nên hiệu ứng hoạt hóa và hiệu ứng puzơlanic của Xỉ lò cao nghiền mịn (XLCNM) có thể sẽ tăng mạnh. Hơn nữa, hạt CLBTTC cũng còn một phần clanhke xi măng chưa thủy hóa sẽ tiếp tục thủy hóa trong hỗn hợp BTCLTC và sẽ góp phần làm tăng cường độ và độ bền lâu của bê ...