Ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh phát sinh một lượng lớn chất thải rắn xây dựng (CTRXD) từ việc phá dỡ các công trình cũ, cũng như xây dựng các công trình mới. Nghiên cứu này trình bày các kết quả thực nghiệm thu được trên các mẫu bê tông sử dụng cốt liệu lớn tái chế (CLLTC) từ CTRXD với các tỷ lệ sử dụng lần lượt là 0%, 50% và 100% thay thế cho cốt liệu lớn tự nhiên (CLLTN). Những kết quả thu được cho phép xác định ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng cốt liệu lớn tái chế thay thế cho đá tự nhiên đến sự phát triển cường độ nén và mô đun đàn hồi của bê tông tái chế.
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng cốt liệu lớn tái chế đến cường độ nén và đàn hồi của bê tông
Việc phá dỡ các công trình xây dựng cũ là công tác thường xuyên phải thực hiện trong quá trình cải tạo và/hoặc triển khai các dự án xây dựng mới, và đặc biệt đang diễn ra phổ biến tại các thành phố lớn, nơi có tốc độ độ thị hóa cao. Hàng năm, khoảng 850 triệu tấn chất thải xây dựng và phá dỡ được tạo ra ở Châu Âu, chiếm khoảng 31% tổng lượng chất thải phát sinh.
Tại Hoa Kỳ, chỉ riêng chất thải được tạo ra từ việc phá dỡ các tòa nhà là khoảng 123 triệu tấn mỗi năm [1]. Thông thường, chất thải rắn bê tông vỡ được vận chuyển ra các bãi chôn lấp, gây ra các tác động đáng kể đến môi trường và nguy hại cho sức khỏe. Hơn nữa, tình trạng thiếu đất và chi phí chôn lấp ngày càng tăng càng làm trầm trọng thêm các vấn đề môi trường.
Phát triển bền vững hiện đang là một chủ đề quan trọng trên toàn thế giới. Khái niệm phát triển bền vững lần đầu tiên được trình bày tại Hội nghị thượng đỉnh Trái đất năm 1992 ở thành phố Rio de Janeiro của Brazil, và hiện nay đã trở thành nguyên tắc chỉ đạo trong nền kinh tế nói chung và cho lĩnh vực xây dựng nói riêng [2]. Việc tái chế và tái sử dụng CTRXD là một xu hướng tất yếu và giải pháp kỹ thuật có tính khả thi và tiềm năng, nhằm sử dụng chất thải như một loại tài nguyên tái tạo, từ đó giảm thiểu áp lực lên việc khai thác các tài nguyên tự nhiên.
Hiện nay, tái chế CTRXD góp phần phát triển ngành kỹ thuật xây dựng và đóng một vai trò quan trọng trong việc tái tạo môi trường, như một cách mới để bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và giảm lượng vật liệu thải ra bãi chôn lấp [3, 4]. Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê năm 2009 thì lượng CTRXD phát sinh từ các thành phố lớn là khoảng 1,46 - 1,92 triệu tấn/năm, tuy nhiên tỷ lệ tái chế rất thấp chỉ từ 1 - 2% [5].
Hiện nay, CTRXD phát sinh khoảng 3000 tấn/ngày, năm 2020 tổng lượng CTRXD ước tính là 6,3 triệu tấn và dự kiến đến năm 2025 là 11 triệu tấn [6]. Nguồn chất thải rắn khổng lồ và ngày càng tăng này cũng không được quản lý do hệ thống quản lý, nhận thức của người dân, công nghệ xử lý và nhiều lý do khác. Trong khi đó, ở nhiều quốc gia khác, CTRXD đã được nghiên cứu và chứng minh là thay thế hiệu quả cho các vật liệu tự nhiên.
Ví dụ, ở Nhật Bản, 95% bê tông được nghiền và tái sử dụng làm vật liệu đắp nền đường vào năm 2000 [7], không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn giảm áp lực lên môi trường đô thị. Tình hình phát sinh và xử lý CTRXD hàng năm của một số nước tiên tiến được tổng hợp trong Bảng 1 để so sánh với thực trạng của Việt Nam. Trong những năm gần đây, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra các văn bản pháp luật nhằm thực hiện Chiến lược quốc gia về quản lý chất thải rắn đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050 [8–11].
Trong chiến lược quốc gia [11], mục tiêu tái chế CTRXD đã được cụ thể như sau: “90% tổng lượng chất thải rắn xây dựng phát sinh tại các đô thị được thu gom, xử lý đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, trong đó 60% được tái sử dụng hoặc tái chế thành các sản phẩm, vật liệu tái chế bằng các công nghệ phù hợp”.
Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm xác định các tính chất cơ lý của vật liệu bê tông chế tạo bằng cốt liệu tái chế từ CTRXD. Nghiên cứu của Tam et al. (2015) đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu thu được từ hơn 26 nghiên cứu đã được thực hiện trước đó, chỉ ra rằng CLLTN có thể được thay thế bằng CLLTC, với các tỷ lệ thay thế thường dùng là 30%, 50%, 70% và đến 100% [15]. Cường độ nén của bê tông tái chế (BTTC) ở 28 ngày tuổi bị giảm ít hơn 35% khi so sánh với bê tông cốt liệu tự nhiên (BTCLTN).
Tuy nhiên, biến dạng của BTTC thường cao hơn và biến động hơn so với BTCLTN. Tương tự, nghiên cứu của Silva et al. (2014) [16, 17] cũng chỉ ra rằng cường độ cơ học của bê tông tái chế phụ thuộc vào chất lượng của cốt liệu tái chế (cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ) và hàm lượng sử dụng. Nghiên cứu này phân loại chất lượng CLLTC thành bốn cấp độ ký hiệu lần lượt là A, B, C, D dựa trên hai chỉ tiêu chính là khối lượng thể tích và độ hút nước của cốt liệu.
Khả năng ứng dụng của cốt liệu lớn tái chế cũng như BTTC là rất đa dạng. Ngày nay, CLLTC không chỉ được sử dụng làm cốt liệu thi công kết cấu móng đường, mà còn có thể sử dụng để chế tạo bê tông trong kết cấu công trình, bao gồm các cấu kiện chịu lực (móng, cột, tường chịu lực) và các cấu kiện phi chịu lực [15].
Ở Việt Nam, những mục tiêu cụ thể về quản lý, thu gom và tái chế CTRXD đã được cụ thể trong Chiến lược quốc gia [11]. Hiện nay, mới chỉ có tiêu chuẩn TCVN 11969:2018 [18] về CLLTC cho bê tông. Tuy nhiên, sự không đầy đủ của hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến vật liệu tái chế, cũng như thói quen sử dụng các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên đã ăn sâu vào suy nghĩ của người dân, dẫn đến việc ứng dụng các loại cốt liệu tái chế, trong đó có CLLTC vào công trình thực tế là rất hạn chế. Trong thời gian vừa qua, một số các nghiên cứu về hiện trạng quản lý và thành phần của CTRXD đã được thực hiện [19–22].
Trong khi đó, các nghiên cứu khoa học về vật liệu tái chế và kết cấu sử dụng vật liệu tái chế chưa thực sự được quan tâm thực hiện. Một số các nghiên cứu đã được thực hiện chỉ ra rằng, các loại cốt liệu tái chế có nguồn gốc từ phá dỡ công trình cũ có tính chất địa phương là một yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng BTTC và sự phát triển của các tính chất này (cường độ nén, mô đun đàn hồi) [23]. Do đó, một nghiên cứu thực nghiệm nhằm khảo sát các hàm lượng khác nhau của CLLTC là rất cần thiết.
Trong nghiên cứu này, chất thải rắn bê tông vỡ đã được thu gom từ một công trình cũ bị phá dỡ trên địa bàn thành phố Hà Nội. CTR này sau đó được gia công nghiền tại nhà máy để thu được các loại cốt liệu lớn tái chế có đường kính hạt từ 5 - 20 mm. Cốt liệu lớn tái chế được sử dụng để thay thế cho đá tự nhiên trong thành phần cấp phối, với các tỷ lệ lần lượt là 0%, 50% và 100%. Trong phòng thí nghiệm, một chương trình thực nghiệm đã được thực hiện để xác định cường độ nén và mô đun đàn hồi theo thời gian của bê tông. Những kết quả thu được cho phép xác định ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng cốt liệu lớn tái chế thay thế cho đá tự nhiên đến sự phát triển cường độ nén và mô đun đàn hồi của bê tông tái chế.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
