Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu xây dựng hướng dẫn thiết kế tấm bê tông cốt liệu tái chế từ phế thải rắn xây dựng cho kết cấu công trình hạ tầng kỹ thuật (01/11/2024)

Những năm gần đây, tốc độ xây dựng trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng diễn ra ngày càng nhanh. Trong quá trình xây dựng này, rất nhiều công trình xây dựng cũ bị phá dỡ để thay thế bằng các công trình mới có nhiều công năng phù hợp với nhu cầu sử dụng của con người hiện nay. Các công trình xây dựng cũ bị phá dỡ đã sinh ra lượng phế thải xây dựng rất lớn. Trong khi ấy, nguồn nguyên liệu tự nhiên (cát, sỏi, đá) dùng để sản xuất bê tông và vữa xây dựng ngày càng khan hiếm. Chính vì thế, từ vài thập kỷ qua, việc nghiên cứu tái sử dụng và tận dụng nguồn phế thải xây dựng để chế tạo các loại cốt liệu và các sản phẩm để đưa vào sử dụng trong công trình xây dựng, bao gồm công trình dân dụng và công nghiệp, công trình hạ tầng kỹ thuật. Một trong số đó là các sản phẩm tấm sử dụng bê tông cốt liệu tái chế từ phế thải rắn xây dựng. Hiện nay, tại Việt Nam, các sản phẩm như gạch xây dựng và tấm lát chủ yếu được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên. Trong khi đó, việc khai thác tài nguyên tự nhiên làm ảnh hưởng nhiều đến môi trường và đời sống của người dân. Các biện pháp hạn chế khai thác của chính phủ làm cho giá mua nguyên liệu tự nhiên ngày càng cao. Vì vậy, nghiên cứu sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải rắn xây dựng thay thế cốt liệu tự nhiên để sản xuất các sản phẩm từ bê tông cốt liệu tái chế vừa có ý nghĩa về môi trường do giảm lượng phế thải xây dựng đổ ra môi trường và giảm tác động của việc khai thác tự nhiên đến môi trường sống, vừa có ý nghĩa kinh tế do giảm giá thành sản phẩm.

Hơn nữa, việc ứng dụng các sản phẩm, vật liệu xây dựng mới, đặc biệt có nguồn gốc từ phế thải rắn xây dựng, rất cần thiết có các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia hướng dẫn việc sử dụng và nghiệm thu trong quá trình thi công xây dựng công trình. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng hướng dẫn thiết kế tấm bê tông cốt liệu tái chế từ phế thải rắn xây dựng cho kết cấu công trình hạ tầng kỹ thuật” do TS. Nguyễn Ngọc Tân cùng các cộng sự thuộc Trường Đại học Xây dựng Hà Nội thực hiện và hoàn thành năm 2023 có tính khoa học và có ý nghĩa thực tiễn.

Thi công lát tấm bê tông cốt liệu tái chế.

Dựa trên những nghiên cứu và kinh nghiệm của các nước trên thế giới, nhóm tác giả nhận thấy, cốt liệu tái chế từ chất thải rắn xây dựng có thể dùng trong san lấp, thi công nền đường, móng dưới và móng trên của công trình giao thông, cũng như cốt liệu để sản xuất bê tông xi măng và bê tông nhựa. Cốt liệu tái chế thay thế một phần hoặc hoàn toàn cốt liệu tự nhiên giúp tiết kiệm rất lớn chi phí thu gom và xử lý chất thải rắn xây dựng, chi phí đầu tư xây dựng và giảm tác động đến môi trường tự nhiên. Do đó, việc sử dụng cốt liệu tái chế từ phế thải phá dỡ công trình xây dựng để làm vật liệu trong các công trình hạ tầng kỹ thuật là hoàn toàn khả thi. Việc phân loại và ban hành các tiêu chuẩn phân loại cốt liệu tái chế là điều cần thiết và phải làm trong thời gian tới dựa trên những kinh nghiệm của các nước và áp dụng trong điều kiện của Việt Nam. Đồng thời, việc xây dựng khung pháp lý và các chính sách ưu đãi đối với việc sử dụng cốt liệu tái chế từ chất thải rắn xây dựng làm vật liệu xây dựng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật là việc làm cấp thiết của các cơ quan quản lý nhà nước. Các dự án và đề tài nghiên cứu được thực hiện sẽ thúc đẩy sự phát triển về công nghệ, kỹ thuật xử lý và tái chế chất thải rắn xây dựng thành các loại vật liệu có tính tái tạo và thân thiện với môi trường. Hơn nữa, các dự án thực tế và công trình thử nghiệm ứng dụng cốt liệu tái chế có đánh giá một cách nghiêm túc và khoa học trên quy mô toàn quốc là điều cần thiết để thúc đẩy sử dụng loại vật liệu này.

Nghiên cứu các tiêu chuẩn hiện hành đối với gạch xây dựng cho thấy, các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với gạch xây và các sản phẩm bê tông dùng trong công trình hạ tầng kỹ thuật đã được trình bày và phân tích thông qua các tiêu chuẩn Việt Nam và một số các tiêu chuẩn nước ngoài. Ở Việt Nam, các sản phẩm gạch xây dựng khá đa dạng và phong phú. Tùy thuộc vào loại vật liệu sử dụng, công nghệ chế tạo mà các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm có thể khác nhau dẫn đến, các tiêu chuẩn TCVN được xây dựng và đã ban hành thường chỉ áp dụng được cho từng loại sản phẩm. Khi so sánh với các tiêu chuẩn nước ngoài, ví dụ tiêu chuẩn của Ấn Độ, nhóm nghiên cứu nhận thấy các tiêu chuẩn TCVN cho gạch xây, gạch bê tông và các sản phẩm bê tông nhẹ chưa trình bày chi tiết các yêu cầu đối với nguyên vật liệu chế tạo, đặc biệt là các vật liệu tái chế có nguồn gốc từ phế thải công nghiệp và chất thải rắn xây dựng. Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn riêng hoặc chỉ dẫn riêng dành cho các sản phẩm (gạch lát, tấm lát) sử dụng bê tông cốt liệu tái chế từ chất thải rắn xây dựng và phế thải công nghiệp, nhằm thay thế một phần (hoặc toàn bộ) các loại cốt liệu có nguồn gốc tự nhiên - Khi so sánh tiêu chuẩn giữa các nước, thì có thể thấy việc phân loại mác gạch hoặc cấp độ bền là không giống nhau, dẫn đến yêu cầu đối với các chỉ tiêu cơ lý được quy định khác nhau. Đối với mỗi chỉ tiêu kỹ thuật, số lượng mẫu thử cần kiểm tra cũng khác nhau, tùy thuộc vào loại vật liệu và tiêu chuẩn áp dụng. Ở Việt Nam, các chỉ tiêu cơ lý của gạch xây (gạch đất sét nung) thường được kiểm tra trên tổ mẫu gồm 5 viên, trong khi đó số lượng mẫu là 3 viên đối với gạch bê tông và sản phẩm bê tông nhẹ. Tương tự như vậy, tiêu chuẩn Mỹ ASTM cũng chỉ yêu cầu số lượng mẫu là 3 viên. Trong khi đó, tiêu chuẩn Ấn Độ thường kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý trên tổ mẫu gồm 8 viên mẫu.

Nghiên cứu thực nghiệm các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với bê tông cốt liệu tái chế nhằm xác định các tính chất cơ lý của cốt liệu lớn tái chế từ bê tông cũ trên công trình phá dỡ, vật liệu bê tông cốt liệu tái chế sử dụng loại cốt liệu này và xỉ hạt lò cao nghiền mịn. Các kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, cốt liệu lớn tái chế được sử dụng trong nghiên cứu này đạt yêu cầu của cốt liệu lớn tái chế loại I theo tiêu chuẩn TCVN 11969:2018. Đồng thời, dựa trên các kết quả về khối lượng riêng và độ hút nước, thì loại cốt liệu lớn tái chế này cũng có thể được phân loại từ IIIA đến IB theo nghiên cứu của Silva et al. (2014a). Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát ba loại bê tông: bê tông đối chứng (CP0); bê tông cốt liệu tái chế sử dụng 70% cốt liệu lớn tái chế (CP1); bê tông cốt liệu tái chế sử dụng 70% cốt liệu lớn tái chế và 30% xỉ hạt lò cao nghiền mịn (CP2). Những kết quả thu được cho phép xác định ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn tái chế đến cường độ nén và mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian. Các viên mẫu bê tông cũng đã được chế tạo và thí nghiệm kiểm tra khuyết tật ngoại quan, sai lệch kích thước, khối lượng thể tích, độ hút nước và cường độ uốn, để so sánh với các yêu cầu kỹ thuật của gạch bê tông tự chèn và gạch terazo. Các viên mẫu chế tạo bằng bê tông cốt liệu tái chế CP1 có cường độ nén lớn hơn 30 MPa, độ hút nước nhỏ hơn 8%, có cường độ uốn nhỏ, có thể được sử dụng như gạch bê tông tự chèn mác M300. Trong khi đó, các viên mẫu chế tạo bằng bê tông cốt liệu tái chế CP2 có cường độ nén lớn hơn 40 MPa, độ hút nước nhỏ hơn 8% và cường độ uốn lớn 4 MPa, có thể được sử dụng như gạch bê tông tự chèn hoặc gạch terazo ngoại thất loại 2. Với mục tiêu sử dụng tối đa hàm lượng cốt liệu tái chế, hỗn hợp bê tông sử dụng 70% cốt liệu lớn tái chế và 30% xỉ hạt lò cao nghiền mịn được đề xuất sử dụng để chế tạo tấm lát bằng bê tông như một giải pháp thân thiện với môi trường thay thế vật liệu lát truyền thống (đá tự nhiên, gạch bê tông tự chèn, gạch terazo) thường dùng trong các công trình hạ tầng kỹ thuật như kết cấu vỉa hè, hè đường, sân bãi.

Nghiên cứu xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật đối với kết cấu tấm sử dụng bê tông cốt liệu tái chế từ phế thải rắn xây dựng đã tập trung giới thiệu kết cấu thực nghiệm sử dụng bê tông cốt liệu tái chế, bao gồm các nội dung như lựa chọn vật liệu, thiết kế cấu tạo kết cấu hè đường, quy trình thi công và quan sát sự làm việc thực tế của kết cấu trong quá trình sử dụng. Những kết quả thu được cho thấy tấm bê tông cốt liệu tái chế thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đối với gạch bê tông xi măng nói chung, cũng như gạch bê tông tự chèn và gạch terrazo nói riêng. Trong thực tế, sau một quá trình đưa vào sử dụng, dưới tác dụng thường xuyên của tải trọng bánh xe ô tô và phương tiện cơ giới, tấm lát sử dụng bê tông cốt liệu tái chế không có hiện tượng nứt vỡ lớp mặt và mạch lát, cũng như không có hiện tượng lún nghiêng. Do đó, có thể đánh giá rằng tấm bê tông cốt liệu tái chế sử cốt liệu lớn tái chế từ phế thải rắn xây dựng và cốt liệu nhỏ tái chế như như xỉ hạt lò cao nghiền mịn là một lựa chọn phù hợp để thay thế các loại vật liệu lát truyền thống như đá tự nhiên, gạch đất sét nung, gạch bê tông tự chèn, gạch terrazo... Việc ứng dụng các sản phẩm như tấm bê tông cốt liệu tái chế góp phần đạt được mục tiêu về thu gom và tái chế chất thải rắn theo Chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp chất thải rắn đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050, thực hiện chỉ thị số 41/CT-TTg ngày 01/12/2020 về một số giải pháp cấp bách tăng cường quản lý chất thải rắn, và tiếp tục đẩy mạnh việc ứng dụng các loại vật liệu không nung trong xây dựng công trình theo Thông tư số 09/2012/TT-BXD của Bộ Xây dựng. Từ những kết quả thu được, căn cứ quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và các tiêu chuẩn liên quan, đề tài đã xây dựng một dự thảo chỉ dẫn kỹ thuật đối với kết cấu tấm làm việc trên nền đất, như kết cấu vỉa hè, hè đường, đường đi bộ, sân bãi… Kết cấu này được chế tạo bằng các tấm sử dụng bê tông cốt liệu tái chế. Chỉ dẫn kỹ thuật bao gồm các nội dung chính: Phạm vi áp dụng; Tài liệu viện dẫn; Thuật ngữ và định nghĩa; Yêu cầu đối với thiết kế; Yêu cầu đối với vật liệu; Yêu cầu thi công và nghiệm thu.

Kết quả nghiên cứu trên có thể được mở rộng cho bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế hỗn hợp (bê tông lẫn gạch, khối xây), cốt liệu mịn tái chế, để mở rộng khả năng ứng dụng của các loại cốt liệu tái chế này. Nghiên cứu cũng có thể được phát triển cho các loại sản phẩm khác, loại kết cấu khác trong công trình xây dựng, bao gồm cấu kiện chịu lực và cấu kiện không chịu lực./. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng hoặc Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia./.