TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ------ LẠI HUY BÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ THAN GIA CỐ XI MĂNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI 1, TỈNH TRÀ VINH LÀM MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN
Tính cấp thiết của đề tài
Trà Vinh là một tỉnh ven biển thuộc Đồng bằng sông Cửu Long, nằm ở phía Đông giáp Biển Đông, phía Tây giáp Vĩnh Long, phía Nam giáp Sóc Trăng và phía Bắc giáp tỉnh Bến Tre, với tổng chiều dài bờ biển lên đến 65 km.
Tỉnh Trà Vinh hiện có 03 Quốc lộ chính là 53, 54 và 60, đã được nâng cấp lên cấp 3 đồng bằng, kết nối Trà Vinh với TP Hồ Chí Minh và các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long.
Tỉnh Trà Vinh cách thành phố Hồ Chí Minh 200 km, thành phố Cần Thơ 100 km và khu du lịch Biển Ba Động 60 km Quốc lộ 53 kết nối các thị trấn trong tỉnh với thành phố Trà Vinh và thành phố Vĩnh Long, là tuyến đường bộ duy nhất từ Trà Vinh đến các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long và vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.
Xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 tại tỉnh Trà Vinh, đang trở thành vấn đề cấp bách cho nhiều quốc gia Nhà máy không chỉ cung cấp điện cho miền Tây Nam Bộ, mà còn tạo ra một lượng phát thải lớn, gây lo ngại về môi trường Việc tận dụng xỉ than hiệu quả là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực này.
Theo báo cáo của Chi cục Bảo vệ môi trường (Sở TN&MT Tỉnh Trà Vinh)
Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 tiêu thụ hơn 12.000 tấn than mỗi ngày và thải ra 1,6 triệu tấn xỉ mỗi năm Với bãi đổ xỉ rộng 100 ha, chỉ đủ cho 2,5 năm hoạt động, hiện tại đã sử dụng gần 1/2 diện tích Tuy nhiên, vẫn chưa có kế hoạch rõ ràng cho việc sử dụng lượng xỉ khổng lồ này.
Trong tương lai, khi cả 4 nhà máy hoạt động, lượng xỉ thải ra sẽ đạt khoảng 2,8 triệu tấn/năm Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng chất thải than xỉ vào xây dựng là rất cần thiết tại tỉnh Trà Vinh.
Nghiên cứu ứng dụng xỉ than trộn xi măng nhằm sử dụng chất thải (than xỉ) như cát, một nguồn tài nguyên đang cạn kiệt, để làm mặt đường giao thông nông thôn Đây là một giải pháp kinh tế hiệu quả cho việc xây dựng hạ tầng nông thôn mới tại tỉnh Trà Vinh và các tỉnh lân cận Việc áp dụng vật liệu xây dựng mới này không chỉ mang lại triển vọng cho mặt đường giao thông nông thôn mà còn giúp giải quyết nhiều vấn đề môi trường mà các cơ quan quản lý và xã hội đang quan tâm.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng xỉ than gia cố xi măng của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1, Tỉnh Trà Vinh làm mặt đường giao thông nông thôn” mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xỉ than từ nhà máy nhiệt điện có thể được xử lý bằng cách gia cố xi măng, tạo ra một vật liệu chất lượng để sử dụng làm mặt đường giao thông nông thôn.
Đối tƣợng nghiên cứu
- Xỉ than gia cố xi măng;
- Nghiên cứu các chỉ tiêu của vật liệu xỉ than gia cố xi măng: cường độ nén, cường độ chịu uốn, độ ổn định;
- Nghiên cứu Kết cấu áo đường giao thông nông thôn.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
Kết cấu của luận văn
- Chương 1: Tình hình phát triển kinh tế xã hội huyện Duyên Hải, Tỉnh Trà Vinh
- Chương 2: Lý thuyết gia cố và vấn đề gia cố xỉ than của nhà máy nhiệt điện
- Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và đề xuất ứng dụng xỉ than gia cố xi măng để làm mặt đường giao thông nông thôn
- Phần kết luận và kiến nghị.
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI HUYỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH
Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội
- Duyên Hải là một huyện ở phía đông nam của tỉnh Trà Vinh với huyện lỵ là thị trấn Long Thành
- Diện tích 382,3 km² Dân số 88.600 người (2003), gồm các dân tộc: Kinh, Khmer, Hoa
Năm 2011, huyện Duyên Hải có diện tích 385,08 km² và dân số 98.651 người, bao gồm 7 đơn vị hành chính trực thuộc, trong đó có thị trấn Long Thành và các xã Đôn Châu, Đôn Xuân, Đông Hải, Long Khánh, Long Vĩnh, Ngũ Lạc.
- Huyện Duyên Hải nằm về phía Nam của Tỉnh Trà Vinh giữa cửa Định
Huyện An của sông Hậu nằm ở vị trí địa lý thuận lợi, phía Đông và phía Nam giáp thị xã Duyên Hải và biển Đông, phía Tây giáp huyện Trà Cú và tỉnh Sóc Trăng qua ranh giới sông Hậu, và phía Bắc giáp huyện Cầu Ngang.
Hình 1 1: Vị trí huyện Duyên Hải
Duyên Hải có tổng diện tích tự nhiên là 38.405 ha, bao gồm 25.495 ha đất nông nghiệp, 3.952 ha đất trồng cây lâu năm và 1.206 ha đất chuyên dùng Huyện còn sở hữu 55 km bờ biển, 12 km bờ cửa sông, 2.640 ha sông, rạch và hơn 100 ha đất ven biển.
Duyên Hải có địa hình đặc trưng của vùng đồng bằng ven biển với các giồng cát hình cánh cung chạy dài song song với bờ biển Các giồng cát chủ yếu tập trung ở các xã phía Bắc huyện, như giồng Long Hữu - Ngũ Lạc, giồng Hiệp Thạnh - Trường Long Hoà, và giồng Long Vĩnh, cùng với những giồng cát rải rác ven bờ biển Địa hình Duyên Hải khá thấp và tương đối bằng phẳng, với cao trình bình quân từ 0,4 đến 1,2m.
Tỉnh Trà Vinh, nằm trong vùng đồng bằng sông Cửu Long, có khí hậu ôn hòa với nhiệt độ trung bình từ 26 - 27°C và độ ẩm trung bình 80 - 85% mỗi năm Khu vực này được hưởng lợi từ ánh sáng bức xạ dồi dào, nhiệt độ cao và ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất, kinh doanh và du lịch Tuy nhiên, khí hậu ven biển cũng gặp một số hạn chế như gió chướng mạnh, bốc hơi cao và lượng mưa ít Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11, trong khi mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, với lượng mưa trung bình từ 1.400 - 1.600 mm, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của bão và lũ.
Hàng năm, hạn hán gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp với số ngày không mưa liên tục từ 10 đến 18 ngày Các huyện như Cầu Kè, Càng Long, và Trà Cú ít bị ảnh hưởng bởi hạn hán Trong khi đó, huyện Tiểu Cần gặp hạn vào đầu vụ vào tháng 6 và tháng 7, thì các huyện khác như Châu Thành, Cầu Ngang, và Duyên Hải thường trải qua hạn giữa vụ, với tình hình nghiêm trọng hơn vào tháng 7 và 8.
1.1.3 Tình hình kinh tế xã hội
Năm 2017, kinh tế - xã hội của tỉnh phát triển trong bối cảnh nền kinh tế toàn cầu tăng trưởng tích cực, với giá hàng hóa thế giới tăng, mang lại lợi ích cho nông nghiệp và khai khoáng Tuy nhiên, sự gia tăng bảo hộ thương mại và điều chỉnh chính sách của Mỹ cùng các nước lớn đã tác động tiêu cực đến xuất khẩu và đầu tư trực tiếp nước ngoài của Việt Nam và một số quốc gia trong khu vực Mặc dù môi trường đầu tư được cải thiện và triển vọng hội nhập kinh tế quốc tế cũng như hoạt động sản xuất kinh doanh có dấu hiệu khởi sắc, nhưng Việt Nam vẫn phải đối mặt với những vấn đề cơ cấu dài hạn như nợ xấu ngân hàng và nợ công.
Diễn biến phức tạp của thời tiết và biến đổi khí hậu đang gây khó khăn cho mục tiêu ổn định kinh tế vĩ mô Tình trạng hạn hán và xâm nhập mặn nghiêm trọng tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, cùng với mưa lớn không kéo dài gây ngập lụt và sạt lở ở các tỉnh phía Bắc, đã ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống nhân dân Gần đây, tình trạng sạt lở ven sông ở các tỉnh Nam Bộ xảy ra thường xuyên hơn và có diễn biến phức tạp.
Trước tình hình kinh tế xã hội hiện tại, tỉnh đã chỉ đạo các ngành, cấp và địa phương triển khai Nghị quyết số 01/NQ-CP nhằm thực hiện kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội và dự toán ngân sách nhà nước năm 2017 Đồng thời, Nghị quyết số 19-2017/NQ-CP cũng được thực hiện để cải thiện môi trường kinh doanh và nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia.
Đến năm 2020, tỉnh đã định hướng các giải pháp nhằm tăng cường ổn định kinh tế vĩ mô, tháo gỡ khó khăn cho sản xuất kinh doanh, bảo đảm an sinh xã hội, và giữ vững an ninh quốc phòng cũng như trật tự an toàn xã hội trên địa bàn.
- Kết quả đạt được của các ngành, lĩnh vực trong năm 2017 như sau:
Tổng sản phẩm trong tỉnh (GRDP) năm 2017 ước đạt 27.854 tỷ đồng, tăng 12,09% so với năm 2016 Khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản đạt 10.231 tỷ đồng, tăng 6,15%, đóng góp 2,39 điểm phần trăm Khu vực công nghiệp - xây dựng đạt 7.606 tỷ đồng, tăng 33,51%, đóng góp 7,68 điểm phần trăm Khu vực dịch vụ đạt 9.395 tỷ đồng, tăng 5,57%, đóng góp 1,99 điểm phần trăm Riêng thuế sản phẩm trừ trợ cấp sản phẩm đạt 621 tỷ đồng, tăng 1,14%, đóng góp 0,03 điểm phần trăm.
Tốc độ tăng trưởng kinh tế năm nay cao chủ yếu nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của ngành phân phối điện và khí đốt, đặc biệt với sự đi vào hoạt động của một nhà máy nhiệt điện mới Thêm vào đó, sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản cũng được hưởng lợi từ thời tiết thuận lợi, cùng với việc đầu tư vào các công trình thủy lợi và áp dụng các biện pháp khoa học kỹ thuật trong sản xuất Mặc dù hoạt động thương mại dịch vụ không đạt được tốc độ tăng trưởng như mong đợi, nhưng vẫn có sự phát triển tích cực, với nhiều hoạt động xúc tiến thương mại và du lịch được tổ chức, thu hút đông đảo người tham gia.
Bảng 1 1: Tốc độ tăng trưởng kinh tế
Tốc độ tăng so với năm 2016 Đóng góp của các khu vực vào tăng trưởng năm 2017 (Điểm phần trăm)
Nông, lâm nghiệp và thủy sản 6,15 2,39
Công nghiệp và xây dựng 33,51 7,68
Thuế sản ph m trừ trợ cấp sản ph m 1,14 0,03
- Về cơ cấu kinh tế năm 2017, khu vực nông, lâm nghiệp, thuỷ sản chiếm
34,99 ; khu vực công nghiệp - xây dựng chiếm 31,16 ; khu vực dịch vụ chiếm 31,62%; thuế sản ph m trừ trợ cấp sản ph mchiếm 2,23 (Cơ cấu tương ứng năm
Hiện trạng và đặc điểm quy hoạch giao thông nông thôn huyện Duyên hải
Toàn tỉnh hiện có 03 Quốc lộ chính là 53, 54 và 60, đã được nâng cấp lên cấp 3 đồng bằng, kết nối Trà Vinh với TP Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.
Từ tỉnh lỵ Trà Vinh, bạn có thể di chuyển bằng đường bộ đến thành phố Hồ Chí Minh cách 200 km, thành phố Cần Thơ 100 km, và khu du lịch Biển Ba Động 60 km Quốc lộ 53 kết nối các thị trấn trong tỉnh với thành phố Trà Vinh và thành phố Vĩnh Long, là tuyến đường bộ duy nhất từ Trà Vinh đến các tỉnh thuộc Đồng bằng Sông Cửu Long và vùng kinh tế trọng điểm phía Nam.
Tỉnh Trà Vinh được tái lập vào tháng 5 năm 1992, khi có 60 hộ dân sống trong tình trạng nghèo đói, với chỉ hơn 8 hộ sử dụng điện Hệ thống giao thông đường bộ của tỉnh lúc đó chỉ có 2 tuyến Quốc lộ 53 và 60, dài 37 km, đang trong tình trạng hư hỏng nghiêm trọng Tỉnh còn có 4 Tỉnh lộ với tổng chiều dài đáng kể.
Tỉnh có tổng chiều dài 126 km, trong đó chỉ có 21 km là đường nhựa, còn lại chủ yếu là đường đá cấp phối và đường đất Tất cả các tuyến hương lộ trong tỉnh đều là đường đất, khiến cho cán bộ ngành huyện Duyên Hải thường phải nghỉ qua đêm khi đi công tác xã do điều kiện đường xá khó khăn.
Sau 25 năm phát triển nông thôn, đến năm 2017, tỉnh Trà Vinh đã xây dựng 03 tuyến Quốc lộ 53, 54, 60 với tổng chiều dài hơn 246 km, kết nối thông suốt với các tỉnh trong khu vực và cả nước Đặc biệt, Quốc lộ 60 đã rút ngắn 60 km đường bộ từ thành phố Trà Vinh đến thành phố Hồ Chí Minh sau khi thông xe cầu Cổ Chiên Tất cả các huyện, thị xã và thành phố trong tỉnh đều có đường Quốc lộ đi qua.
Quốc lộ 53 dài 168 km, kết nối hai tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh, bắt đầu từ ngã ba giao với Quốc lộ 1 tại phường 9, thành phố Vĩnh Long Tuyến đường này đi qua các huyện Càng Long, Châu Thành, thành phố Trà Vinh, huyện Cầu Ngang, thị xã Duyên Hải, huyện Duyên Hải và huyện Trà Cú, kết thúc tại xã Tập Sơn, huyện Trà Cú, tỉnh Trà Vinh, giao nối với Quốc lộ 54.
Quốc lộ 54 dài 155 km, chạy dọc theo sông Hậu, bắt đầu từ tỉnh Đồng Tháp và kết thúc tại thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh Tuyến đường này đi qua các huyện Cầu Kè, Tiểu Cần, Trà Cú và Châu Thành.
Quốc lộ 60 dài khoảng 115 km, bắt đầu từ Quốc lộ 1 tại ngã ba Trung Lương, thành phố Mỹ Tho, Tiền Giang, đi qua cầu Rạch Miễu, cầu Hàm Luông, cầu Cổ Chiên và tỉnh Bến Tre, tiếp tục qua các huyện Càng Long, thành phố Trà Vinh, huyện Châu Thành, Tiểu Cần, tỉnh Trà Vinh, trước khi kết thúc tại thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng qua phà Đại Ngãi trên Sông Hậu Tỉnh có 05 đường tỉnh (ĐT) với tổng chiều dài 232 km, trong đó ĐT 911 dài 36 km, tiếp giáp ĐT 912 tại xã Thanh Mỹ, huyện Châu Thành và ĐT 906 tại xã Hựu Thành, huyện Trà Ôn, tỉnh Vĩnh Long.
- ĐT 912 chiều dài 17 km tiếp giáp Quốc lộ (QL) 54 tại xã Mỹ Chánh, huyện
Châu Thành giáp với QL 54 tại Rạch Lọp, huyện Tiểu Cần
- ĐT 913 chiều dài 32 km xuất phát từ QL 53 tại Nghĩa trang liệt sĩ Duyên Hải đến Trung tâm xã Đông Hải, huyện Duyên Hải
ĐT 914 có chiều dài 36 km, bắt đầu từ QL 53 tại xã Đại N, huyện Trà Cú và kết thúc tại đê biển xã Hiệp Thạnh, thị xã Duyên Hải Trong khi đó, ĐT 915 dài 60 km, nối liền Vĩnh Long tại xã Phú Tân, huyện Cầu Kè và giao với QL 53 tại xã Đại N, huyện Trà Cú.
Tỉnh lộ mới ven sông Cổ Chiên, được thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng mang tên ĐT 915B, có tổng chiều dài gần 50 km và bao gồm 10 cây cầu Điểm đầu của tuyến đường này tiếp giáp với Quốc lộ 60, tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển và phát triển kinh tế khu vực.
Cổ Chiên chảy qua các huyện Càng Long, thành phố Trà Vinh, Châu Thành, Cầu Ngang, và kết thúc tại điểm giáp ĐT 914 thuộc xã Hiệp Thạnh, thị xã Duyên Hải.
Trong tỉnh Trà Vinh, có 42 Hương lộ với tổng chiều dài 454 km Trong 25 năm qua, công cuộc kiến thiết đường giao thông nông thôn đã đạt được những bước đột phá, với 877/1.826 km tuyến đường trục xã được nhựa hóa Bên cạnh đó, 1.017/1.826 km đường trục ấp và liên ấp đã được nhựa hóa và bê tông hóa Nhiều công trình mới như cầu Long Toàn, cầu Láng Chim, cầu Cổ Chiên và cầu Long Bình đã được đầu tư và đưa vào sử dụng.
2, cầu Long Bình 3 Đưa vào hoạt động Luồng cho tàu có trọng tải lớn vào sông Hậu trên hệ thông giao thông đường thủy của tỉnh
Tỉnh Trà Vinh sẽ đầu tư hơn 17.700 tỷ đồng để phát triển hệ thống giao thông nông thôn từ nay đến năm 2030 Trong giai đoạn 2020, tỉnh dự kiến đầu tư hơn 6.938 tỷ đồng từ nhiều nguồn vốn, bao gồm vốn Trung ương hỗ trợ, lợi nhuận xổ số kiến thiết, ngân sách địa phương, trái phiếu chính phủ, tín dụng ưu đãi, và nguồn xã hội hóa.
- Các công trình được tỉnh tập trung đầu tư như: nâng cấp và mở rộng Quốc lộ
Dự án bao gồm các đoạn đường quan trọng như Long Hồ - Ba Si, Trà Vinh – Long Toàn, và tuyến tránh Quốc lộ 53 qua thành phố Trà Vinh, cùng với cầu Đại Ngãi Ngoài ra, các tuyến ĐT 914, 915, 915B và một số tuyến đường huyện có lưu lượng phương tiện lớn cũng được nâng cấp để kết nối với các trung tâm kinh tế Mục tiêu là xây dựng mới 1.000 km đường nông thôn nhằm cải thiện hạ tầng giao thông.
Ông Nguyễn Trung Hoàng, Phó Chủ tịch Ủy ban Nhân dân Tỉnh Trà Vinh, cho biết mục tiêu của tỉnh là phát triển hệ thống giao thông, với kế hoạch đến năm 2020 sẽ có 100 tuyến đường tỉnh đạt chuẩn tối thiểu cấp IV.
Tình hình vật liệu xây dựng và khả năng ứng dụng cho mặt đường giao thông nông thôn
1.3.1 Tình hình vật liệu xây dựng [8]
Hiện nay, tro xỉ từ quá trình đốt tại các nhà máy nhiệt điện được coi là một loại chất thải rắn, gây ra vấn đề về diện tích và chi phí lưu trữ khi phải vận chuyển ra bãi thải Việc không tái sử dụng tro xỉ dẫn đến việc tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên khác, tạo gánh nặng kinh tế và môi trường Do đó, phát triển công nghệ sử dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu xây dựng, như tro bay làm phụ gia cho xi măng, bê tông, và vật liệu san lấp, là một giải pháp khả thi.
Theo thông tin từ Vụ Vật liệu Xây dựng, Bộ Xây dựng, hiện cả nước có 21 nhà máy nhiệt điện đốt than hoạt động, sử dụng công nghệ đốt than phun PC và công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB Đến cuối năm 2017, lượng tro xỉ và thạch cao tồn chứa trên toàn quốc khoảng 40 triệu tấn, với hơn 15 triệu tấn được thải ra hàng năm Nếu các nhà máy nhiệt điện tiếp tục hoạt động theo quy hoạch mà không xử lý lượng tro xỉ thải ra, tình hình sẽ trở nên nghiêm trọng vào năm 2018.
61 triệu tấn; đến năm 2020 là 109 triệu tấn, đến năm 2025 là 248 triệu tấn và đến năm 2030 là 422 triệu tấn
- Mới đây, ngày 12/4/2017, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định 452/QĐ-
TTg đã phê duyệt “Đề án đẩy mạnh xử lý và sử dụng tro xỉ, thạch cao từ các nhà máy nhiệt điện, hóa chất, phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và ứng dụng trong các công trình xây dựng” Đề án này sẽ được thực hiện từ năm 2017.
- Tại hội thảo, đại diện các cơ quan trực thuộc Bộ Xây dựng, Bộ Công
Các chuyên gia trong và ngoài nước cùng đại diện doanh nghiệp đã trình bày nghiên cứu và kinh nghiệm xử lý tro xỉ làm vật liệu xây dựng Họ cũng đã cập nhật các văn bản và quy định mới liên quan đến việc xử lý tro xỉ và thạch cao tại các nhà máy nhiệt điện và phân bón hóa chất.
Việc sử dụng tro bay làm phụ gia cho bê tông khối lớn trong các công trình đập thủy điện đã được áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn tại nhiều nhà máy thủy điện, bao gồm Sơn La, Lai Châu, Bản Chát, Huội Quảng và Bản Vẽ.
Việc tái chế tro xỉ thành nguyên liệu để sử dụng trong san lấp, gia cố nền đường, bê tông và gạch không nung đã được triển khai, nhưng vẫn chưa hoàn thiện và chưa được áp dụng rộng rãi.
Chúng tôi chuyên sản xuất gạch không nung, mang lại lợi ích bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng hơn so với gạch nung truyền thống từ đất sét.
Việc tái sử dụng tro, xỉ làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng cho thị trường đồng bằng Sông Cửu Long không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn tạo ra hiệu quả kinh tế trong đầu tư xây dựng Nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng thay thế cho các loại vật liệu truyền thống có giá thành cao do nguồn cung khan hiếm và chi phí vận chuyển lớn đang gia tăng.
Giảm khai thác cát sông giúp ngăn chặn xói lở bờ sông và bảo vệ nguồn tài nguyên đang cạn kiệt Việc thay thế cát bằng hỗn hợp đất than xỉ không chỉ giải quyết nền đường giao thông nông thôn tại tỉnh Trà Vinh mà còn là chính sách xây dựng được ưu tiên hàng đầu Sử dụng vật liệu mới từ chất thải này sẽ giảm giá thành xây dựng công trình và tạo động lực cho nghiên cứu khoa học về chất thải than xỉ.
- Nhu cầu nguyên liệu cho công nghệ bê tông đầm lăn
Tro bay nhiệt điện được sử dụng làm phụ gia bê tông cho các dự án đập thủy điện, đặc biệt là trong công nghệ đổ bê tông đầm lăn (RCC) với quy mô lớn.
Dự kiến, khoảng 70 dự án thủy điện với công suất từ 30 MW trở lên sẽ được đưa vào vận hành, tổng công suất đạt 12.341 MW Trong số đó, có 10 dự án sẽ áp dụng công nghệ RCC, yêu cầu sử dụng 12,6 triệu m³ bê tông đắp đập và 1,7 - 2,6 triệu m³ phụ gia tro tuyển khoáng.
Một số dự án lớn như Sơn La, Lai Châu, Huội Quảng, Bản Chát và Sê San 4 đang có nhu cầu sử dụng tro tuyển làm phụ gia bê tông cho công nghệ RCC Đặc biệt, dự án thủy điện Sơn La trong giai đoạn 2006 đến 2010 cần tới 3 triệu m³ bê tông đầm lăn, với yêu cầu sử dụng 660.000 tấn phụ gia tro tuyển từ tro bay nhiệt điện, trong đó tháng cao điểm cần đến 25.000 tấn.
Bảng 1 2: Nhu cầu sử dụng phụ gia dự kiến của các dự án thuỷ điện dùng công nghệ bê tông đầm lăn trong giai đoạn 2005 - 2015
Số tổ máy và công suất,
MW Địa điểm xây dựng
Nhu cầu tro tuyển, tấn
Nguồn: Công ty Tư vấn Xây dựng Điện 1 (2005)
1.3.1.1 Nhu cầu dùng làm phụ gia sản xuất xi măng
Các công ty xi măng đang có nhu cầu lớn về việc sử dụng tro xỉ làm phụ gia, với tro tuyển có hàm lượng mất khi nung nhỏ hơn 6 Tro xỉ có thể được trộn vào xi măng với tỷ lệ trung bình từ 10% đến 20%, thậm chí có thể lên tới 40% tùy thuộc vào loại xi măng Việc sử dụng tro xỉ không chỉ giúp giảm giá thành mà còn cải thiện một số tính chất của xi măng, như làm bê tông khối lớn, chống thấm nước, chống dãn nở nhiệt và nhẹ hơn bê tông thông thường.
Nhà máy xi măng Kansai Ninh Bình, với công suất 1,4 triệu tấn/năm, tiêu thụ khoảng 280.000 tấn phụ gia mỗi năm Đến năm 2015, tổng công suất của các nhà máy xi măng tại Việt Nam đạt khoảng 51 triệu tấn, dẫn đến nhu cầu lớn về tro tuyển làm phụ gia.
Bảng 1 3: Nhu cầu phụ gia dự kiến cho sản xuất xi măng
TT Nội dung Đơn vị 2005 2010 2015 2020
1 Nhu cầu xi măng Triệu tấn 23,0 36 51 61
2 Nhu cầu phụ gia Triệu tấn 4,6 7,2 10,2 12,2 Nguồn: "Quy hoạch ngành xi măng đến 2020" Bộ Xây dựng lập 6/2002
1.3.1.2 Nhu cầu của các công ty bê tông và công ty xây dựng
Nước ta đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ với việc xây dựng cầu cống, công trình thủy điện và đê kè Theo khảo sát, thị trường hiện có khoảng 15% lượng bê tông đúc sẵn được cung cấp bởi các công ty bê tông, trong khi 85% còn lại là do các nhà máy xi măng trực tiếp bán cho các chủ đầu tư xây dựng.
Kết luận chương 1
Nội dung chương 1 luận văn đã đề cập đến các vấn đề sau:
- Đã khái quát về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội trên địa bàn Tỉnh Trà Vinh;
- Đã đánh giá hiện trạng và đặc điểm quy hoạch giao thông nông thôn huyện Duyên Hải;
Đã tiến hành phân tích và đánh giá hiệu quả của vật liệu địa phương trong việc xây dựng mặt đường giao thông nông thôn, đồng thời xem xét khả năng ứng dụng của chúng cho các tuyến đường này.
- Các nội dung nghiên cứu vừa đề cập là cơ sở để triển khai nghiên cứu Chương 2 tiếp theo
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT GIA CỐ VÀ VẤN ĐỀ GIA CỐ XỈ THAN
Lý thuyết gia cố vật liệu rời
Công nghệ gia cố vật liệu rời đang được áp dụng rộng rãi và thành công ở nhiều quốc gia, mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý nền đất yếu và gia cố các loại vật liệu như đất, cát, và cấp phối đá dăm trong xây dựng Quá trình gia cố sử dụng các chất liên kết vô cơ như xi măng, vôi, tro bay, và xỉ lò cao, hoặc các chất hữu cơ để cải thiện thành phần hạt, thay đổi tính chất cơ lý và giảm độ lún của vật liệu rời.
Công nghệ gia cố vật liệu rời như đất, cát, cấp phối đá dăm bằng các chất liên kết vô cơ như xi măng và tro bay đang trở nên phổ biến trong xây dựng đường ô tô Từ những năm 1950, nhiều quốc gia đã áp dụng các quy định kỹ thuật và công nghệ thi công phù hợp với điều kiện địa phương Tại Việt Nam, công nghệ này cũng đã được sử dụng lâu dài trong xây dựng đường ô tô Việc chuyển sang sử dụng vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ thay thế cho các loại vật liệu truyền thống như cấp phối thiên nhiên là do các tuyến đường có mật độ giao thông lớn thường xuyên chịu tải trọng nặng và ảnh hưởng của nước ngầm, trong khi vật liệu truyền thống không đáp ứng được yêu cầu, dẫn đến tình trạng biến dạng và hư hỏng mặt đường.
Vật liệu rời là các hạt không có tính dính hoặc chỉ có tính dính rất nhỏ, và tính dính này có thể bị mất đi khi chịu tác động nhất định, chẳng hạn như khi ngâm trong nước.
Vật liệu rời, thường được gọi là đất xây dựng, có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào thành phần hạt, bao gồm đất cát, đất sét, đất á sét, và đất lẫn đá (cấp phối đồi) Ngoài ra, còn có cuội sỏi (cấp phối suối) và đá dăm, là vật liệu nghiền từ đá tự nhiên hoặc nhân tạo Cấp phối đá dăm là hỗn hợp đá dăm được trộn theo tỷ lệ thành phần hạt nhất định.
2.1.2 Gia cố vật liệu rời
Gia cố vật liệu rời là quá trình áp dụng các tác động nhất định để thay đổi hoặc duy trì lâu dài các tính chất của vật liệu, nhằm phục vụ cho mục đích sử dụng hiệu quả hơn Các biện pháp gia cố vật liệu rời rất đa dạng và phong phú.
- Các tác động vật lý: nhằm thay đổi thành phần cấp phối hạt;
- Các tác động cơ học: ví dụ đầm n n;
- Các tác động nhiệt độ: biến đất thành gạch, thành gốm;
Các tác động hóa học trong xây dựng bao gồm việc sử dụng chất liên kết vô cơ như vôi, xi măng và xỉ lò cao, cùng với các chất liên kết hữu cơ như nhựa đường và các hợp chất chuyên dụng khác.
- Các tác động điện: dùng dòng điện phá vỡ liên kết phân tử của nước với hạt s t để giải phóng nước làm tăng độ chặt của s t;
- Các tác động đồng thời của: cơ – lý, cơ – hóa, lý – hóa, điện – hóa
Một trong những vấn đề quan trọng trong xây dựng đường là tận dụng nguyên liệu địa phương, đặc biệt là gia cố đất tại chỗ để làm các lớp móng và nền đường Việc này không chỉ giảm khối lượng đất đá, sỏi cần vận chuyển mà còn giúp giảm chi phí xây dựng, đặc biệt ở những vùng khan hiếm đá Đất có thể được gia cố bằng các chất liên kết vô cơ như xi măng, vôi, hoặc các chất liên kết hữu cơ như nhựa đường và hợp chất cao phân tử, cho phép chất lượng của đất gia cố đạt tiêu chuẩn tương đương với các lớp đá dăm Đối với các vùng có khí hậu ẩm ướt, việc gia cố đất còn giúp ngăn chặn nước ngầm thấm lên, bảo vệ các lớp trên của kết cấu mặt đường và tránh tình trạng bùn đất phùn lên các kẽ đá.
Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đã áp dụng phương pháp gia cố đất bằng các chất liên kết vô cơ và hữu cơ trong xây dựng đường ô tô và sân bay, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao Tại Việt Nam, điều kiện khí hậu và đất đai rất phù hợp với việc sử dụng vật liệu gia cố Do đó, kỹ thuật gia cố đất nên được áp dụng rộng rãi trong xây dựng đường ô tô.
Gia cố đất là quá trình thực hiện các công nghệ liên tiếp để nâng cao cường độ và độ ổn định của đất, cả trong điều kiện khô và bão hòa nước, thông qua việc sử dụng các chất liên kết hoặc các chất khác.
Kỹ thuật gia cố đất trên thế giới hiện nay đang chú trọng các vấn đề sau [2]:
Để nâng cao lực dính bám của các chất liên kết tại vùng tiếp xúc với các loại đất, cần nghiên cứu các liên kết - thể lớn và vị - thể của các loại đất.
Cải thiện các tính chất cơ cấu của đất gia cố là rất quan trọng, bao gồm việc nâng cao độ ổn định nước, điều chỉnh khả năng biến dạng theo loại cấu trúc, tăng cường độ bền và khả năng chịu bào mòn.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chất phụ gia, bao gồm phụ gia mới và các hóa chất hoạt tính khác, có tác dụng hiệu quả trong việc gia cố các loại đất sét có nguồn gốc và thành phần hóa – khoáng khác nhau.
Phương pháp gia cố xỉ than bằng chất phụ gia xi măng là một trong những kỹ thuật cải tạo nền đất yếu, giúp nâng cao sức chịu tải và giảm biến dạng của đất.
Nghiên cứu này làm rõ cơ chế gia tăng sức chịu tải và giảm biến dạng của đất nền khi sử dụng xỉ than kết hợp với chất phụ gia xi măng Đồng thời, bài viết cũng đề xuất phương pháp thí nghiệm để đánh giá sức chịu tải và biến dạng của nền đất sau khi gia cố, từ đó xây dựng cơ sở cho phương pháp này.
Gia cố xỉ than bằng chất phụ gia xi măng chủ yếu diễn ra qua quá trình lý hóa, giúp tăng cường độ nền đất, nâng cao sức chịu tải và giảm tính nén lún của nền.
Đặc điểm xỉ than nhà máy nhiệt điện Duyên Hải
Hình 2 1: Quy trình sản xuất của nhà máy nhiệt điện than
Tro xỉ là chất thải rắn phát sinh từ quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện, bao gồm hai thành phần chính là tro bay và tro đáy Khối lượng và thành phần của tro xỉ phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng (như than đá, than phun) và công nghệ đốt (như lò than phun, lò tầng sôi) Theo nghiên cứu, trong quá trình đốt than để sản xuất điện, khoảng 15 ÷ 20% chất vô cơ không cháy và lượng than chưa cháy sẽ kết tụ thành các hạt lớn, được gọi là xỉ than hay tro đáy, trong khi 80 ÷ 85% chất vô cơ không cháy còn lại sẽ bay theo khói và được thu hồi dưới dạng tro bay qua hệ thống lọc bụi tĩnh điện và lọc túi.
Tro xỉ chứa hơn 30 nguyên tố hóa học, chủ yếu ở dạng oxit như SiO₂, Al₂O₃, MgO, Fe₂O₃, FeO, TiO₃, Cr₂O₃, MnO, SO₃, Na₂O, K₂O, B₂O₃ Trong số đó, các oxit SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, SO₃, Na₂O, MgO và CaO là thành phần chính, quyết định các tính chất cơ bản của tro xỉ Hỗn hợp vật liệu xỉ than, tro bay và xi măng có độ bền từ cấp III đến cấp II, với chỉ số CBR > 100, cho phép sử dụng làm lớp móng đường thay thế cho các lớp cấp phối tự nhiên và đá dăm, hoặc làm vật liệu đắp nền trên đất yếu với tính thấm rất nhỏ và khả năng cách nước cao.
Qua kết quả phân tích thì tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải theo TCVN 10302:2014: Tro bay : tro hàm lượng CaO < hơn 10%, Ký hiệu: C Theo STM
618 thì với tổng hàm lượng (SiO2 + Fe2O3 + l2O3 ) = 71,6 > 70 thì tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thuộc loại F [15]
Tro bay loại F không thể sử dụng độc lập để gia cố do không có phản ứng tạo liên kết và thủy hóa, nhưng có khả năng phản ứng Puzzolan Vì vậy, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải có thể được sử dụng làm vật liệu xây dựng và vật liệu cho công trình giao thông, tuy nhiên cần bổ sung thêm phụ gia như xi măng, vôi, hoặc sút để tăng cường phản ứng Puzzolan.
Hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng có thể thay thế cho cấp phối thiên nhiên, đặc biệt là cát đen, trong việc làm lớp nền và lớp móng đường tại các công trình giao thông ở tỉnh Trà Vinh Việc sử dụng hỗn hợp này không chỉ giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên mà còn nâng cao hiệu quả xây dựng đường giao thông trong khu vực.
2.2.3 Nguyên lý hình thành cường độ của vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ
2.2.3.1 Nguyên lý hình thành cường độ của đất gia cố chất liên kết vô cơ [2] Đất gia cố xi măng, sự thủy hóa của xi măng lại hoàn toàn xảy ra cùng với nước trong lỗ rỗng của đất, trong môi trường hoạt tính của đất gồm các vật liệu hạt mịn phân tán có thành phần khoáng hóa khác nhau, tức là còn xảy ra quá trình tương tác giữa các sản ph m thủy hóa của xi măng (như hidro silicát CaO.SiO 2 nH 2 O hoặc Ca(OH) 2 ) với đất Vì tỷ diện của xi măng và đất đều rất lớn nên quá trình tương tác hóa lý (trao đổi ion) và hóa học diễn ra mạnh, nhất là các quá trình này diễn ra trong môi trường kềm mạnh Điều này, dẫn đến việc đất hấp phụ (hóa lý và hóa học) các ion Ca ++ của xi măng làm giảm bề dày lớp khuyến tán và các hạt đất được kết chặt lại với nhau làm tăng cường độ của đất (giống như nguyên lý của đất gia cố vôi) nhưng mặt khác bản thân xi măng giảm xuống làm cho quá trình biến cứng của đất-xi măng chậm lại và cấu trúc kết tinh của chúng cũng k m vững chắc (cường độ k m) hơn so với vữa xi măng hoặc bê tông xi măng Tóm lại, sự hình thành cường độ của đất gia cố xi măng gồm hai quá trình:
Xi măng được thủy hóa nhờ nước trong lỗ rỗng của đất, tạo ra các sản phẩm mới giúp tăng cường độ cho đất gia cố xi măng Trong khi đó, với đất gia cố vôi, quá trình hóa học giữa vôi và các hợp chất silicát trong đất mới tạo ra các chất kết dính như hiđrô silicát canxi (CaO.SiO₂.nH₂O) Do đó, chất kết dính trong đất gia cố xi măng được hình thành ngay từ quá trình thủy hóa xi măng.
Sự tương tác hóa lý và hóa học giữa đất và sản phẩm thủy hóa của xi măng, bao gồm vôi Ca(OH)₂, CaO.SiO₂.nH₂O, CaO.Al₂O₃.nH₂O và CaO.Fe₂O₃.nH₂O, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng và cải thiện tính chất của vật liệu.
Nguyên lý cơ bản của việc gia cố đất bằng xi măng là tạo ra một loạt các phản ứng hóa học, dẫn đến quá trình đóng rắn dần dần Các phản ứng chính trong quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của đất.
- Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng
- Tác dụng của các hạt đất với các chất thủy hóa của xi măng
Khi nhào trộn xi măng với nước, ở giai đoạn này xảy ra quá trình tác dụng nhanh của alit với nước tạo ra hydrosilicat cansi và hydroxit canxi
2(3CaO.SiO 2 ) + 6H 2 O = 3CaO.2SiO 2 3H 2 O + 3Ca(OH) 2 (2-1)
Vì đã có hydroxit canxi tách ra từ alit nên belit thủy hóa chậm hơn axit và tách ít Ca(OH) 2 hơn:
2(2CaO.SiO 2 ) + 4H 2 O = 3CaO.2SiO 2 3H 2 O + Ca(OH) 2 (2-2)
Hydro silicat canxi hình thành khi thủy hóa hoàn toàn đơn kháng
Silicat tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bảo hòa hydroxit canxi
Tỷ lệ CaO/SiO₂ trong các hydrosilicat của hồ xi măng thay đổi tùy thuộc vào thành phần vật liệu và các yếu tố khác Pha aluminat tricanxi 3CaO·Al₂O₃ là pha hoạt động nhất trong xi măng Khi trộn với nước, bề mặt hạt xi măng hình thành lớp sản phẩm xốp không bền, với các tinh thể dạng tấm mỏng của 4CaO·Al₂O₃·9H₂O và 2CaO·Al₂O₃·8H₂O, làm giảm độ bền nước của xi măng Dạng ổn định và phản ứng nhanh với nước là hydro aluminat 6H₂O, có cấu trúc tinh thể lập phương (3CaO·Al₂O₃·6H₂O).
3CaO.Al 2 O 3 3CaO.Al 2 O 3 +6H 2 O= 3CaO.Al 2 O 3 6H 2 O (2-3)
Để làm chậm quá trình ninh kết khi nghiền clinke, cần thêm 3-5% đá thạch cao so với khối lượng xi măng Sunfat canxi (CaSO₄) hoạt động như chất hóa học trong xi măng, tương tác với aluminat tricanxi để tạo ra sunfoaluminat canxi ngậm nước, hay còn gọi là khoáng etringit.
2(3CaO.Al 2 O 3 )+3(CaO.Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O)+22H 2 O3(3CaO.Al 2 O 3 CaSO 4 18H 2 O) (2-5)
Feroaluminat tetracanxi tác dụng với nước tạo ra hydroaluminat và hydroferitcanxi
4CaO.Al 2 O 3 + Nh 2 O = 3CaO Al 2 O 3 6H 2 O + CaO.Fe 2 O 3 Nh 2 O (2-6)
Hydroferitcanxi sẽ nằm lại trong thành phần gen xi măng, còn hydroaluminat sẽ tác dụng với thạch cao như phản ứng trên
+ Quá trình rắn chắc của xi măng: Theo thuyết Baikov- Rebinđer, quá trình rắn chắc của xi măng được chia thành 3 giai đoạn:
Trong giai đoạn hòa tan, khi xi măng được trộn với nước, các khoáng chất trong clinke sẽ phản ứng với nước trên bề mặt hạt xi măng Các sản phẩm mới như \$Ca(OH)_2\$ và \$3CaO.Al_2O.6H_2O\$ sẽ được hình thành và hòa tan Tuy nhiên, do độ hòa tan không cao và lượng nước có hạn, dung dịch sẽ nhanh chóng trở về trạng thái bão hòa.
Trong giai đoạn hóa keo, trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm như Ca(OH)₂ và 3CaO.Al₂O₃.6H₂O sẽ không tăng thêm mà tồn tại ở trạng thái keo Các sản phẩm etrigit không tan vẫn duy trì ở thể keo phân tán Nước tiếp tục bay hơi và phản ứng với xi măng, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm mới Tỷ lệ rắn/lỏng ngày càng tăng, khiến hỗn hợp mất dần tính dẻo, và các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau tạo thành thể ngưng keo.
Trong giai đoạn kết tinh, nước trong thể ngưng keo tiếp tục bay hơi, dẫn đến sự hình thành ngày càng nhiều sản phẩm mới Những sản phẩm này kết tinh thành các tinh thể và chuyển sang thể liên tinh, làm cho toàn bộ hệ thống trở nên cứng hơn và tăng cường độ.
Quá trình rắn chắc của xi măng chủ yếu diễn ra thông qua sự thủy hóa của các thành phần khoáng vật khi được trộn với nước.
2 CaO.SiO 2 +mH 2 O = 2CaO.SiO 2 mH 2 O (2-7)
3 CaO.SiO 2 +mH 2 O,aO.SiO 2 (n-l)H 2 O+Ca(OH)2 (2-8) 3CaO.Al 2 O 3 + 6H 2 O 2 6H 2 O (2-9) 4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 +nH 2 O 2 O 3 6H 2 O+CaO.Fe 2 O 3 nH 2 O (2-10)
Sau quá trình thủy hóa rắn chắc của xi măng, các sản phẩm chính được hình thành bao gồm: Ca(OH)₂, 2CaO.SiO₂.mH₂O, 3CaO.Al₂O₃.6H₂O và CaO.Fe₂O₃.nH₂O.
2.2.3.2 Nguyên lý hình thành cường độ của xỉ than gia cố chất liên kết vô cơ [2]
Quá trình hình thành cường độ của vật liệu gia cố là nhờ vào các biện pháp tác động như:
- Các tác động vật lý: thay đổi thành phần hạt, cấp phối hạt;
- Các tác động cơ học: đầm nén;
- Các tác động nhiệt: như biến đất thành gạch, gốm;
Đặc tính hóa lý của vật liệu xỉ than và xi măng
2.3.1 Đặc tính hóa lý của xỉ than
Xỉ than có Dmax 9,5mm lớn hơn cát hạt thô, có nhiều thành phần hạt nhỏ 0.075mm, phân bố các cở hạt tương đối đồng đều
Bảng 2 1: Bảng phân tích khối lượng riêng của xỉ than
Khối lƣợng bình + đất +nước (g)
Giá trị khối lƣợng riêng (g/cm3)
Bảng 2 2: Bảng phân tích thành phần hạt
Khối lƣợng sót trên rây (g)
Phần trăm còn lại trên rây, %
Phần trăm lƣợng sót tích lũy trên rây,
Hình 2 2: Biểu đồ phân tích thành phần hạt
2.3.2 Chỉ tiêu cơ lý của tro bay
Bảng 2 2: Các chỉ tiêu lý - hóa của tro bay
Stt Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị
2 Khối lượng thể tích xốp
4 Độ mịn (Lượng sót trên sàng 0,08) TCVN 4030:2003 % 2.2 34
5 Hàm lượng mất khi nung TCVN 8262:2009 % 8.2
2.3.3 Đặc tính hóa học của xi măng
Bảng 2 3: Các chỉ tiêu lý - hóa của xi măng
Kết thúc 420 210 Độ mịn Sót sàng 0.09mm % =(00 3877 Độ ổn định thể tích Hàm lượng CaO mm =