Thiết kế cấp phối bê tông cấp bền B15 cốt liệu thủy tinh y tế và cát nghiền

TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 30, THÁNG 6 NĂM 2018
56
THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG CẤP BỀN B15
CỐT LIỆU THỦY TINH Y TẾ VÀ CÁT NGHIỀN
Huỳnh Thị Mỹ Dung1, Ngô Gia Truyền2
DESIGNED OF CONCRETE DISTRIBUTOR LEVEL B15 WITH MEDICAL
GLASS AGGREGATES AND CRUSHED SAND
Huynh Thi My Dung1, Ngo Gia Truyen2
Tóm tắt – Đề tài đã xây dựng và tìm ra cấp
phối bê tông thủy tinh chịu nén hợp lí tương ứng
với cấp bền B15 của bê tông thông thường bằng
phương pháp thí nghiệm trong phòng. Các cấp
phối thí nghiệm được sử dụng với hàm lượng tăng
và giảm 5%, 10% hàm lượng xi măng (XM) cùng
với cấp phối đối chứng. Kết quả của nghiên cứu:
tìm được thành phần hợp lí để chế tạo bê tông
thủy tinh sử dụng cốt liệu thủy tinh và cát nghiền
cho cấp bền tương đương B15; xử lí được lượng
chai lọ thủy tinh y tế và góp phần giải quyết tình
trạng khan hiếm cát tại địa phương; tạo ra một
sản phẩm xây dựng mới có khả năng ứng dụng
cao vào thực tế. Tuy nhiên, để việc sử dụng mang
lại hiệu quả cao, chúng ta phải tiến hành thêm
các thí nghiệm về cường độ chịu kéo và các tính
chất liên quan khác.
Từ khóa: bê tông thủy tinh, cấp bền B15,
cát nghiền.
Abstract – The project has built and found
suitable mix proportion for compacted glass-
concrete, corresponding to Soundness B15 of nor-
mal concrete by laboratory method. The experi-
mental gradations were used 5% or 10% cement
content with the control (witnessing) gradation.
The results of the study: finding the suitable
1,2Bộ môn Xây dựng, Khoa Kỹ thuật và Công nghệ,
Trường Đại học Trà Vinh
Ngày nhận bài: 25/6/2018; Ngày nhận kết quả bình
duyệt: 12/7/2018; Ngày chấp nhận đăng: 19/7/2018
Email: mydung@tvu.edu.vn
1Department of Civil Engineering, School of Engineering
and Technology, Tra Vinh University.
Received date: 25th June 2018; Revised date: 12th July
2018; Accepted date: 19th July 2018
components to create glass-concrete, using glass
aggregate and grinded sand for the same Sound-
ness as B15; Handling medical-glass-bottles and
contributing to handle the local scarcity of sand,
making a new construction product that is highly
applicable in practice. However, for more effi-
cient use, additional tests of tensile strength and
other related properties must be carried out.
Keywords: glass concrete, concrete grade
B15, crushed sand.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Số lượng cơ sở y tế ngày càng gia tăng mạnh,
người dân ngày càng tiếp cận nhiều hơn với các
dịch vụ y tế. Khối lượng phát sinh chất thải rắn
(CTR) từ các hoạt động y tế có chiều hướng ngày
càng gia tăng. Theo thống kê, mức tăng chất thải
y tế hiện nay là 7,6%/năm. Uớc tính năm 2015,
lượng CTR y tế phát sinh là 600 tấn/ngày và năm
2020 sẽ là 800 tấn/ngày. Chỉ tính riêng trên địa
bàn Hà Nội, qua khảo sát của Sở Y tế Hà Nội,
luợng CTR y tế từ hoạt động khám chữa bệnh
của các cơ sở y tế trên địa bàn thành phố do
Sở quản lí (không bao gồm các bệnh viện tuyến
trung ương) trong năm 2014 là khoảng gần 3.000
tấn [1]. Trong đó, chất thải rắn là chai lọ thủy
tinh chiếm tỉ trọng gần 3% và đây là loại chất
thải được phép thu gom phục vụ mục đích tái
chế [2].
Với công nghệ sản xuất thủy tinh hiện tại,
chúng ta cần đến hàng trăm cấp phối khác nhau
với nhiều nguyên tố hóa học tham gia nên rất
phức tạp [3], đồng thời việc tái chế thủy tinh
phải trải qua một quy trình rất tốn kém với sự hỗ
trợ của nhiều thiết bị máy móc phức tạp. Ở những
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 30, THÁNG 6 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Hình 1: Thành phần CTR y tế dựa trên đặc tính
lí hóa
(Nguồn: Báo cáo môi trường quốc gia, 2011)
nhà máy lớn, việc sản xuất thủy tinh thường dùng
lò bể, một loại lò có thể nấu liên tục. Người ta
hạn chế tối đa việc dừng lò bởi mỗi lần như vậy,
lượng thủy tinh còn thừa (chiếm khoảng 20-30%
thể tích lò) sẽ đông cứng, co lại và phá huỷ lớp
gạch chịu lửa xây lò và ảnh hưởng đến kết cấu
thành lò. Chi phí xây gạch mới và nhiên liệu cung
cấp cho quá trình nâng nhiệt của lò đến nhiệt độ
nấu thủy tinh sẽ rất lớn. Trên thế giới nói chung
và Việt Nam nói riêng, nhiều nghiên cứu đã được
triển khai và ứng dụng việc dùng thủy tinh để chế
tạo sợi thủy tinh [4], thủy tinh bột [5], thủy tinh
bọt [6] mang lại kết quả khả thi trong lĩnh vực
kĩ thuật xây dựng.
Hơn thế nữa, chưa bao giờ tình hình nguyên
vật liệu trong xây dựng, cụ thể là cát, lại trở thành
chủ đề được toàn xã hội quan tâm như hiện nay.
Theo số liệu thống kê của Viện Vật liệu Xây dựng
(Bộ Xây dựng), trữ lượng cát năm 2015 khoảng
50-60 triệu m3 mỗi năm, đến năm 2020 khoảng
130 triệu m3/năm. Nhu cầu về cát xây dựng (cát
san lấp, cát đổ bê tông, cát xê tô) từ năm 2016
đến năm 2020 là 2,1 đến 2,3 tỉ m3 cát. Trong khi
đó, trữ lượng dự báo hiện nay chỉ hơn 2 tỉ m3.
Từ tình hình thực tế nêu trên, tác giả đã tiến
hành nghiên cứu thực nghiệm đưa ra các mẫu bê
tông với nhiều cấp phối khác nhau sử dụng kết
hợp hai loại vật liệu này để xem xét sự thay đổi
về cường độ chịu nén. Từ đó, chúng tôi xác định
được cường độ bê tông thủy tinh tương ứng và
đưa ra được cấp phối tương đối hợp lí đối với
cấp bền tương đương B15.
II. CHUẨN BỊ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM
A. Nguyên vật liệu
Các cốt liệu sử dụng để thực hiện thí nghiệm
được lựa chọn theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN
7570:2006 [7] và phải đạt các yêu cầu về cường
độ theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7572:2006
[8].
1) Cốt liệu: Cốt liệu nhỏ sử dụng cát nghiền
sạch, có nguồn gốc từ Trà Đuốc – Kiên Giang.
Hình 2: Cát nghiền sử dụng trong thí nghiệm.
(Nguồn: Kết quả thí nghiệm của đề tài "Thiết kế
cấp phối bê tông cấp bền B15 cốt liệu thủy tinh
y tế và cát nghiền" của tác giả năm 2017)
Khối lượng riêng 2,72g/cm3, khối lượng thể
tích xốp 1,58g/cm3, thành phần hạt thể hiện trong
Hình 3. Cốt liệu lớn sử dụng thủy tinh y tế, được
Hình 3: Biểu đồ thành phần hạt của cát nghiền
(Nguồn: Kết quả nghiên cứu và tính toán của tác
giả tháng 6 năm 2017)
xử lí tiệt trùng và làm sạch tạp chất. Tất cả thủy
tinh được ray qua sàng với kích cỡ tương đương
đá 1×2.
Khối lượng riêng 2,49g/cm3, khối lượng thể
tích 1,27g/cm3. Thành phần hạt thể hiện trong
Hình 5.
57
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 30, THÁNG 6 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Hình 4: Thủy tinh y tế sử dụng trong thí nghiệm
(Nguồn: Kết quả thí nghiệm của đề tài "Thiết kế
cấp phối bê tông cấp bền B15 cốt liệu thủy tinh
y tế và cát nghiền" của tác giả năm 2017)
Hình 5: Biểu đồ thành phần hạt của thủy tinh
(Nguồn: Kết quả nghiên cứu và tính toán của tác
giả tháng 6 năm 2017)
2) Xi măng: Xi măng pooclăng PC40 với
thành phần hóa học, độ mịn phải phù hợp với
tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6260:2009 [9], với
các đặc tính cơ lí của xi măng như khối lượng
riêng 3,1g/cm3. Cường độ xi măng phải đạt chuẩn
theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6016:2011 [10].
3) Nước: Nước sử dụng trong thí nghiệm thỏa
mãn các yêu cầu của Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN
4506:2012 [11], không có hàm lượng tạp chất
vượt quá giới hạn cho phép làm ảnh hưởng tới
quá trình đông kết của bê tông và vữa cũng như
làm giảm độ bền lâu của kết cấu bê tông và vữa
trong quá trình sử dụng.
B. Thiết kế cấp phối
Thành phần cấp phối của bê tông được xây
dựng dựa trên Chỉ dẫn 778/1998 [12] và TCVN
9382:2012 [13]. Cấp phối dùng để so sánh [14].
Thành phần cấp phối được thể hiện cụ thể trong
Bảng 1.
C. Thực hiện thí nghiệm
- Việc lấy mẫu thực hiện thí nghiệm được
tiến hành theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
3105:1993 [15].
- Độ sụt được kiểm tra theo Tiêu chuẩn Quốc
gia TCVN 3106:1993 [16]. Độ sụt các mẻ đạt từ
9÷11 cm, phù hợp với các kết cấu bê tông và bê
tông cốt thép toàn khối theo TCVN 4453:1995
[17].
- Tất cả các mẫu có kích thước 15×15×15cm
được nén 3, 7, 14 và 28 ngày tuổi theo Tiêu chuẩn
Quốc gia TCVN 3118:1993 [18].
III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM - BÀN LUẬN
A. Cường độ chịu nén của bê tông thủy tinh
Kết quả cường độ của các cấp phối biểu diễn
trên Hình 6.
Hình 6: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ
chịu nén của bê tông thủy tinh khi thay -5%XM,
-10%XM, +5%XM, +10%XM
Do thủy tinh có độ thoi dẹt lớn, bề mặt trơn
láng, thành phần hạt thủy tinh không liên tục,
độ rỗng lớn nên chúng ta cần nhiều hơn cốt liệu
nhỏ (cát) và hồ xi măng để lấp đầy. Chính vì
vậy, khi giảm 5%XM, 10%XM, cường độ của
các mẫu giảm rõ rệt. Ngược lại, khi tăng 5%XM
và 10%XM, cường độ của các mẫu thử tăng lên
với tỉ lệ rất thấp so với tỉ lệ giảm xi măng.
58
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 30, THÁNG 6 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Bảng 1: Cấp phối bê tông thủy tinh
Cấp bền Kí hiệu cấp phối Cát nghiền (kg) Thủy tinh (kg) XM (kg) Nước (lít) Ghi chú
Tương đương B15
B15TT−5 924 994 283 170 -5% XM
B15TT−10 934 997 268 170 -10% XM
B15TT 831 979 297 170
B15TT+5 905 988 312 170 +5% XM
B15^{TT+10} 895 985 327 170 +10% XM
Bảng 2: Kết quả cường độ nén
Kí hiệu cấp phối Cường độ N/mm
24 Độ sụt (cm)
3 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày 11
B15TT−10 7,66 10,52 12,14 15,50 11
B15TT−5 9,70 13,18 13,79 16,45 11
B15TT 10,56 13,79 15,33 18,01 11
B15TT+5 10,94 13,84 15,38 18,05 11
B15TT+10 11,05 13,9 15,50 18,55 10
Vì vậy, khi lượng hồ xi măng lấp đầy các lỗ
rỗng thì cường độ lúc này phụ thuộc lớn vào cốt
liệu và lượng nước [14].
Hình 7: Biểu đồ so sánh cường độ giữa bê tông
thủy tinh cấp bền tương đương B15 và tương
đương B20
(Nguồn: Kết quả nghiên cứu và tính toán của tác
giả tháng 6 năm 2017)
B. So sánh sự chênh lệch cường độ chịu nén của
bê tông thủy tinh với các cấp bền khác nhau
Với hàm lượng chất kết dính được tác giả thay
thế là tăng 5%, 10% xi măng; giảm 5%, 10%
xi măng, cường độ của các mẫu sẽ có sự chênh
lệch, được trình bày trong Bảng 3, Bảng 4, Bảng
5 và Bảng 6.
Bảng 3: Sự chênh lệch cường độ chịu nén của
cấp phối bê tông thủy tinh đối chứng và cấp phối
giảm 5% xi măng
Cường độ
Thời gian
3
ngày
7
ngày
14
ngày
28
ngày
Cấp phối đối chứng 10,56 13,79 15,33 18,01
Cấp phối giảm
5% xi măng
9,70 13,18 13,79 16,45
Chênh lệch (%) 1,09 1,05 1,11 1,09
Bảng 4: Sự chênh lệch cường độ chịu nén của
cấp phối bê tông thủy tinh đối chứng và cấp phối
giảm 10% xi măng
Cường độ
Thời gian 3ngày
7
ngày
14
ngày
28
ngày
Cấp phối đối chứng 10,56 13,79 15,33 18,01
Cấp phối giảm
5% xi măng 7,66 10,52 12,14 15,50
Chênh lệch (%) 1,38 1,31 1,26 1,16
Bảng 5: Sự chênh lệch cường độ chịu nén của cấp
phối bê tông thủy tinh đối chứng và cấp phối tăng
5% xi măng
Cường độ
Thời gian 3ngày
7
ngày
14
ngày
28
ngày
Cấp phối đối chứng 10,56 13,79 15,33 18,01
Cấp phối tăng
5% xi măng 10,94 13,84 15,38 18,05
Chênh lệch (%) 0,965 0,996 0,997 0,998
59
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 30, THÁNG 6 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Bảng 6: Sự chênh lệch cường độ chịu nén của cấp
phối bê tông thủy tinh đối chứng và cấp phối tăng
10% xi măng
Cường độ
Thời gian 3ngày
7
ngày
14
ngày
28
ngày
Cấp phối đối chứng 10,56 13,79 15,33 18,01
Cấp phối tăng
10% xi măng 11,05 13,90 15,50 18,55
Chênh lệch (%) 0,965 0,992 0,989 0,971
Như vậy, để chế tạo được bê tông thủy
tinh tương đương với cấp bền B15, cường độ
của bê tông ở 28 ngày tuổi phải đạt ở mức
15*(1+15%)=15*1,15=17,25 (N/mm2). Các cấp
phối được đề xuất trong Bảng 7.
Bảng 7: Cấp phối được đề xuất để sản xuất
bê tông thủy tinh cấp bền tương đương B15
IV. KẾT LUẬN
Qua thí nghiệm nghiên cứu cấp phối bê tông
sử dụng cốt liệu thủy tinh y tế và cát nghiền để bê
tông đạt được cấp bền tương đương B15, chúng
tôi rút ra một số kết luận như sau:
- Để chế tạo sản phẩm bê tông cấp độ bền B15
từ cốt liệu thủy tinh, chúng ta cần nhiều hơn hàm
lượng chất kết dính (xi măng – không dùng phụ
gia) so với bê tông cốt liệu đá dăm.
- Bê tông cốt liệu thủy tinh sử dụng cát nghiền
có tính công tác kém hơn bê tông cốt liệu đá dăm.
Để đạt tính công tác tương đương, chúng ta cần
nhiều hơn lượng nước nhào trộn nên cường độ sẽ
thấp hơn.
- Cường độ bê tông thủy tinh ở 28 ngày tuổi
phụ thuộc gần như hoàn toàn vào cường độ cốt
liệu thủy tinh. Do thành phần hạt thủy tinh không
liên tục, độ rỗng lớn nên chúng ta cần nhiều hơn
cốt liệu nhỏ (cát) và hồ xi măng để lấp đầy.
- Cường độ bê tông thủy tinh phụ thuộc lớn
vào kĩ thuật tạo mẫu của kĩ thuật viên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ Tài nguyên và Môi trường. Báo cáo môi trường
quốc gia, chất thải rắn; 2011.
[2] Bộ Y tế Bộ Tài nguyên và Môi truờng. Thông tư
liên tịch quy định về quản lí chất thải y tế; 2015.
Ngày 31 tháng 12 năm 2015. Số: 58/2015/TTLT-
BYT-BTNMT.
[3] Bạch Đình Thiên. Công nghệ thủy tinh xây dựng. Hà
Nội: Nhà Xuất bản Xây dựng; 2004.
[4] Nguyễn Quang Phú. Sử dụng cốt sợi thủy tinh để
thiết kế bê tông có cuờng độ kháng uốn cao ứng
dụng trong công trình thủy lợi. Tạp chí Khoa học Kỹ
thuật và Môi trường . 2016;54.
[5] Amirpasha Peyvandi. Parviz Saroushian & Roz - Ud
-Din Nassar. Concrete International. 2013;1.
[6] Norwegian public Roads Administration. Lightweight
filling materials for road construction. Directorate of
Public Roads - Road Technology Department, Oslo.
2002 December;100.
[7] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7570:2006. Cốt liệu cho
bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật; 2006.
[8] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7572:2006. Cốt liệu cho
bê tông và vữa – Phương pháp thử; 2006.
[9] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6260:2009. Xi măng
Poóc lăng hỗn hợp – Yêu cầu kĩ thuật; 2009.
[10] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6016:2011. Xi măng -
Phương pháp thử – Xác định cường độ; 2011.
[11] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4506:2012. Nước cho
bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật; 2012.
[12] Bộ xây dựng. Chỉ dẫn kĩ thuật chọn thành phần bê
tông các loại theo Quyết định số 778/1998/QĐ - BXD
ngày 05/9/1998; 1998.
[13] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9382:2012. Chỉ dẫn kĩ
thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền;
2012.
[14] Huỳnh Thị Mỹ Dung. Nghiên cứu thành phần cấp
phối cốt liệu thủy tinh y tế để sản xuất bê tông [Luận
văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Đà Nẵng; 2017.
[15] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105:1993. Hỗn hợp bê
tông thường và bê tông thường - Lấy mẫu, chế tạo và
bảo dưỡng mẫu thử; 1993.
[16] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3106:1993. Hỗn hợp bê
tông nặng – Phương pháp thử độ sụt; 1993.
[17] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4453:1995. Kết cấu bê
tông và bê tông cốt thép toàn khối – Quy phạm thi
công và nghiệm thu; 1995.
[18] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993. Bê tông
nặng – Phương pháp xác định cường độ chịu nén;
1993.
60