Nghiên cứu tận dụng cho xỉ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (khu công nghiệp Trà Nóc Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng

Chính vì vậy, cần có những phương pháp những nghiên cứu khả thi và hiệu quả để tận dụng nguồn tro xỉ của nhà máy và đề tài "Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải KCN

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội Nhất

là trong giai đoạn hiện nay an ninh lương thực đang là vấn đề “nóng” của thế giới Đối với Việt Nam cho dù có sự chuyển dịch về cơ cấu kinh tế, nhưng ngành nông nghiệp vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu nông sản ra nước ngoài Tổng giá trị sản xuất nông nghiệp chiếm khoảng 1/3 trong GDP (2010) Đất trồng lúa nước có diện tích 7390 km2 Sản lượng lúa của nước ta đạt khoàng 40 triệu tấn (2010) Đồng bằng sông Cửu Long chiếm 57% tổng sản lượng của cả nước và chiếm 90% tổng cung lúa gạo xuất khẩu Góp phần đem lại kim ngạch xuất khẩu gạo trên 3 tỷ USD trong năm

2010 (Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn)

Bên cạnh mức tăng trưởng về sản lượng và kim ngạch xuất khẩu lúa gạo còn tồn đọng vấn đề về các bãi chứa, biện pháp thu gom, đầu ra cho các phế phẩm sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu Năm 2010, lượng trấu thải ra từ ngành xay xát ở mức hơn 7 triệu tấn Nhưng chỉ có khoảng 3 triệu tấn trấu được dùng

để làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón, ván ép, dùng để nấu ăn trong các gia đình nông thôn và trong nhiều cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: lò nung gạch truyền thống, nung vôi, nung gốm Như vậy vẫn còn một lượng lớn trấu dư thừa đang thải ra kênh rạch, sông ngòi Quá trình phân hủy của vỏ trấu làm nguồn nước ô nhiễm, đồng thời phát sinh mùi hôi Làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân

Trước tình hình đấy, Công ty cổ phần nhiệt điện Đình Hải đã đầu tư xây dựng Nhà máy đồng nhiệt điện đốt trấu để sản xuất hơi nước và điện Trong quá trình vận hành tạo ra khối lượng lớn tro Lượng tro này nhà máy chủ yếu bán cho

nhà máy phân bón Trong khi đó, tro trấu chứa SiO2, là chất rất cần thiết cho ngành xây dựng và một số ngành khác nhưng giá thành nhập khẩu lại cao

Chính vì vậy, cần có những phương pháp những nghiên cứu khả thi và

hiệu quả để tận dụng nguồn tro xỉ của nhà máy và đề tài "Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng" được thực hiện tạo ra một sản phẩm có giá trị từ tro trấu giúp hạn chế

được biến đổi khí hậu, tăng giá trị kinh tế

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải làm vật liệu xây dựng

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về tình hình phế phẩm nông nghiệp hiện nay

- Tìm hiểu về nguồn gốc, hiện trạng, hình thức thu gom, xử lý và tái chế của vỏ trấu

- Thu thập nhu cầu của ngành vật liệu xây dựng trong nước và thế giới, cách đánh giá chất lượng vật liệu xây dựng

- Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện làm vật liệu xây dựng

- Đo đạc tính chất cơ lý, hóa học của vật liệu xây dựng làm từ phế phẩm nông nghiệp

- Đánh giá tính khả thi của tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện trong việc áp dụng làm vật liệu xây dựng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm và ứng dụng trên tro xỉ của nhà máy nhiệt điện

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các lĩnh vực sau: Nguồn tro xỉ được lấy từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – CầnThơ) Làm mẫu thử là vữa không nghiên cứu làm các loại vật liệu xây dựng khác

5 Địa điểm thí nghiệm và thời gian thí nghiệm

Địa điểm nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm khoa môi trường và khoa xây dựng của Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh và

ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghệ thành phố Hồ Chí Minh

Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ ngày 21/02/2011 đến ngày 30/06/2010

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu xây dựng ở nước ta vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài và quá trình sản xuất xi măng làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Việc nghiên cứu tận dụng tro xỉ (đốt vỏ trấu) của nhà máy nhiệt điện sẽ góp phần giảm lượng nhập khẩu nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu tro xỉ sẵn có trong Nhà Máy Nhiệt Điện Đình Hải Trong thời gian sắp tới, Đồng Bằng Sông Cửu Long sẽ xây dựng nhiều nhà máy nhiệt điện đốt bằng vỏ trấu góp phần giải quyết một lượng tro lớn phát sinh

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Phương pháp luận

- Dựa trên nguyên tắc tái chế tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện để làm vật liệu xây dựng

- Dựa trên tiêu chuẩn vật liệu xây dựng đòi hỏi

7.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập dữ liệu: tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo, giáo trình, internet,…

- Phương pháp thực nghiệm: sơ chế, điều chế mẫu; xác định tính chất mẫu, đúc mẫu, đo tính cơ lý của mẫu vữa

- Phương pháp phân tích: lựa chọn và tổng hợp lại các số liệu làm cơ sở cho quá trình thực hiện đề tài

- Phương pháp tính toán: tính toán những số liệu thu thập, kết quả làm thực nghiệm

- Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả từ những số liệu thu thập và kết quả làm thực nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẤU 1.1 Phế phẩm nông nghiệp

Phế phẩm nông nghiệp là chất thải từ các loại cây trồng phát sinh ra sau khi thu hoạch và chế biến để tạo ra sản phẩm chính

Ngành nông nghiệp trồng trọt là một trong những ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam Mặc dù diện tích đất nông nghiệp giảm nhưng sản lượng, năng suất cây trồng luôn tăng qua các năm

Hình 1.1 Sản lượng một số loại cây trồng qua các năm

Cùng với sự tăng trưởng về sản lượng nông nghiệp là sự gia tăng về khối lượng phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch và chế biến lên đến hàng chục triệu tấn

Thông thường các phế phẩm nông nghiệp thường được nông dân sử dụng làm chất đốt, ủ làm phân bón, giá thể trồng nấm, thức ăn chăn nuôi, lợp chuồng trại Phế phẩm nông nghiệp không được sơ chế, làm bất tiện cho người dân Việc tận chủ yếu trên quy mô hộ gia đình

Những năm gần đây, có nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật ứng dụng vào việc tận thu các phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất nông sản, thực phẩm, để sản xuất phân hữu cơ vi sinh, vật liệu xây dựng, thức ăn chăn nuôi, khí đốt, năng lượng Xong vẫn còn còn hạn chế Do đặc thù của sản xuất nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn mang tính nhỏ lẻ, phân tán, mạnh ai nấy làm nên việc thu gom, phân loại phụ, phế thải rất khó khăn

Nên phế phẩm nông nghiệp không được tận dụng triệt để, còn một lượng lớn phế phẩm được người dân xử lý bằng cách đốt bỏ, thậm chí đổ xuống ao, hồ, sông, suối…vừa gây lãng phí, vừa gây ô nhiễm môi trường

Một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào bị bỏ phí, đang làm ô nhiễm vùng Đồng bằng sông Cửu Long đó chính là vỏ trấu

1.2 Trấu - Phế phẩm từ cây lúa

1.2.1 Nguồn gốc vỏ trấu

Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người Nó là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30-50 cm Hạt là loại quả thóc (hạt

nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) khi non có màu xanh, chín có màu vàng, dài 5-12 mm và dày 2-3 mm Cây lúa non được gọi là mạ Sau khi ngâm ủ, người ta

có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu (http://vi.wikipedia.org/wiki/L%C3%BAa)

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát Vỏ trấu chiếm 20% hạt thóc, có màu vàng, nhẹ xốp và có kích thước trung

bình khoảng 8-10mm dài, 2-3mm rộng và 0,2mm dày Khối lượng thể tích của

vỏ trấu khi nén khoảng 122 kg/m3 Khi đốt 1kg trấu sinh ra nhiệt lượng khoảng 3000Kcal và 0,2kg tro

nhờ biết áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên năng tăng lên rất cao và đưa nước ta trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới Năm

2010, sản lượng lúa của nước ta đạt gần 40 triệu tấn như vậy lượng vỏ trấn phát sinh khoảng 8 triệu tấn Đồng bằng sông Cửu Long là khu vực tập trung vỏ trấu nhiều nhất trong cả nước Khối lượng trấu phát sinh nhiều, với cách tận dụng trấu theo kiểu truyền thống làm chất đốt, phân bón, giá thể… thì lượng vỏ trấu chỉ được tiêu thụ với số lượng rất nhỏ Trấu thải ra từ các nhà máy xay xát không nơi tiêu thụ, không kho bãi chứa chỉ còn cách tuồn xuống kênh rạch, sông ngòi Hậu quả làm ô nhiễm môi trường nước và mùi hôi làm ảnh hưởng đến đến sinh hoạt của người dân Do vậy, phải tính đầu ra cho trấu Đã hàng loạt những công trình nghiên cứu, tận dụng nguồn trấu khổng lồ của vựa lúa lớn nhất nước làm nguyên liệu để phục vụ sản xuất, đời sống được triển khai thực tế Và nhiều doanh nghiệp, cơ sở sản xuất, người dân đã làm giàu từ nguồn phế phẩm này Song vẫn không tiêu thụ hết được, vì khối lượng trấu phát sinh ra quá lớn Thêm vào đấy, nông nghiệp nước ta còn mang tính nhỏ lẻ nên gặp khó khăn trong việc thu gom Vì vậy trấu thải ra vẫn cứ tồn tại như một loại chất độc, đe doạ từng ngày cuộc sống và môi trường vẫn diễn ra ở Đồng bằng sông Cửu Long

1.3 Thành phần hóa học của vỏ trấu và tro trấu

1.3.1 Thành phần hóa học của vỏ trấu

Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhưỡng của từng vùng miền Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại

chuyển thành tro Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu có

chứa trên 80% là silic oxit, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu[8]

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu [9]

Thành phần hóa học Tỷ lệ theo khối lượng (%)

1.3.2 Thành phần hóa học trong tro

Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các thành phần oxit kim loại Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất trong tro chiếm khoảng 80-90% Các thành phần oxit có trong tro được

thể hiện qua bảng 1.3 Và chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa,

điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng miền Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao Oxit silic được sử dụng trong đời sống sản xuất rất phổ biến Nếu tận thu được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn đối với nước ta Làm được điều này ta sẽ

Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lượng (%)

không cần nhập khẩu SiO2 và vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện

Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu[9]

Thành phần oxit Tỷ lệ theo khối

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY NHIỆT ĐIỆN ĐÌNH HẢI

– PHỤ GIA XÂY DỰNG 2.1 Tổng quan về Công ty nhiệt điện Đình Hải

2.1.1 Vị trí địa lý của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải

Nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải nằm trong Khu công nghiệp Trà

Nóc II, thuộc phường Phước Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ

- Cách trung tâm thành phố 2km về phía bắc

- Cách sân bay Cần Thơ 2,5km

- Cách cảng Cần Thơ 3,5km

Thành lập theo Giấy chứng nhận ĐKKD số 5703000275 do Sở Kế hoạch

và đầu tư Tp.Cần thơ cấp ngày 23/03/2007 với tổng diện tích 24.000 m2

2.1.2 Sự hình thành và phát triển của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải

Nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải được khởi công xây dựng vào cuối tháng 8/2007 tại Khu công nghiệp Trà Nóc II (Cần Thơ) Đây là nhà máy đốt trấu để đồng thời phát hơi nước và điện thương phẩm đầu tiên ở Đồng bằng

sông Cửu Long Xây dựng theo 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 hoàn thành cuối tháng 1/2008 phát 20 tấn hơi/giờ để bán cho khách hàng trong khu công nghiệp theo hệ thống đường ống phi 300 dài

3.000m

- Giai đoạn 2 hoàn thành cuối 2009, phát thêm 2MW điện

- Giai đoạn 3 hoàn thành năm 2011 nâng sản lượng điện lên 70MW

Hiện nay, Cty CP Nhiệt điện Đình Hải đã hoàn thành và đưa vào hoạt

động với công suất 20 tấn hơi/giờ và phát 2MW điện, lượng trấu tiêu thụ khoảng

6 tấn/giờ Cung cấp điện và hơi cho cả Khu công nghiệp Trà Nóc 2

Nhà máy đang đầu tư turbine 3,7MW cấp điện lên lưới quốc gia

Trong thời gian tới Cty Đình Hải sẽ tiếp tục phối hợp với Công ty J-Power của Nhật Bản để nghiên cứu phát triển nhà máy điện trấu 10MW đặt tại huyện Thốt Nốt (Cần Thơ), tiêu thụ 80.000 tấn trấu/năm, đồng thời công ty cũng sẽ xúc tiến nghiên cứu dự án Trung tâm nhiệt điện tại một vài KCN phát triển khác tại ĐBSCL

2.2 Tổng quan về sản phẩm tro trấu từ lò đốt tầng sôi ở Công ty

2.2.1 Lò đốt tầng sôi

Cấu tạo lò đốt tầng sôi:

Thuộc loại lò đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt độ cao Đặc điểm của tháp là luôn chứa một lớp cát dày 40-50 cm nhằm: lớp cát nhận nhiệt và giữ nhiệt cho lò đốt Lớp cát được gió thổi xáo động làm chất thải rắn bị rơi ra, xáo động theo nên cháy dễ dàng

Quá trình đốt:

Gió thổi mạnh vào lớp vĩ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân bố đều dưới đáy tháp làm lớp đệm cát cùng vỏ trấu được thổi tơi tạo điều kiện cháy triệt để Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấp nên nhiệt độ buồng đốt từ 850-920oC, còn khoang trên phình to hơn là khu vực cháy thứ cấp có nhiệt

độ cháy cao hơn (990-1100oC) để đốt cháy hoàn toàn vỏ trấu

Hình 2.1 Cấu tạo lò đốt tầng sôi

2.2.2 Sản phẩm tro trấu từ lò đốt

tầng sôi ở Công ty

Trấu sau khi được Công ty thu

mua từ các cơ sở xay xát lúa, được sử

dụng làm nhiên liệu đốt trong lò đốt

tầng sôi để sản xuất hơi nước cung

cấp cho các nhà máy trong khu khu

công nghiệp Vỏ trấu sau khi đốt trong

lò đốt tầng sôi cháy hết, không lẫn

trấu sống Hiệu suất đốt của lò tầng

sôi chưa cao, nên tro sinh còn hình

Hình 2.2 Vỏ trấu sau khi đốt trong lò

dạng của vỏ trấu, có màu đen Hiện tại, lượng tro này chủ yếu cung cấp cho nhà máy phân bón Nhà máy đang định hướng xây dựng dây chuyền sản xuất phụ gia vật liệu xây dựng từ tro trấu Ước tính trong tro thải ra của nhà máy SiO2

chiếm khoảng 80% về khối lượng Việc sản xuất SiO2 từ tro trấu được áp dụng vào thực tiễn sẽ góp phần giảm đáng kể lượng nhập khẩu phụ gia, giảm lượng xi măng, và là chất phụ gia cho các ngành khác Góp phần tiết kiệm điện năng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

2.3 Các loại phụ gia sử dụng trong xây dựng

2.3.1 Khái niệm và phân loại phụ gia

2.3.1.1 Khái niệm

Hoá chất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay tính chất của sản phẩm được gọi chung là phụ gia Ngoài ra còn góp phần hạ giá

thành sản phẩm và tăng sản lượng

2.3.1.2 Phân loại phụ gia

a Phụ gia khoáng hóa

 Phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT)

- Là những phụ gia khi sử dụng với xi măng portland làm tăng một số tính chất của quá trình đóng rắn xi măng hoặc có hoạt tính puzolan, hoặc có cả hai tính chất trên

- Phân loại:

 PGKHT Puzolan

Là những vật liệu chứa SiO2 vô định hình hoặc Al2O3 hoạt tính khi có mặt

ẩm Bản than phụ gia puzolan không có khả năng rắn chắc trong nước nhưng

trong môi trường có nồng độ vôi nhất định thì nó sẽ tương tác với vôi tạo thành hợp chất mới có khả năng rắn chắc được trong nước

Ca(OH)2 + SiO2 (VĐH) (0,8 ÷ 1,5) CaO.SiO2.nH2O

Ca(OH)2 + Al2O3 (ht) CaO.Al2O3.nH2O

Ngoài ra C3A (Aluminat Canxi) thủy hóa tạo ra C3AH6 sẽ tác dụng với SiO2 vô định hình theo phản ứng:

C3AH6 + SiO2 (VĐH) 3CaO.Al2O3.SiO2.nH2O

 Phân loại theo dạng tồn tại :

 Có dạng tự nhiên là puzolan

 Thông qua xử lý nhiệt: đất sét nung, đá phiến nung, meta cao lanh

 Ảnh hưởng của nhóm puzolan tự nhiên đến tính chất hỗn hợp bê tông:

 Làm tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông

 Tăng khả năng bơm (bê tông bơm)

 Có khả năng làm tăng cường độ (đặc biệt là meta cao lanh)

 Giảm nhiệt thủy hóa của bê tông

 PGKHT xỉ lò cao

Là sản phẩm tạo thành của ngành công nghiệp luyện kim Thành phần chủ yếu là SiO2 vô định hình và các alumosilicat của CaO Kích thước hạt của xỉ thường < 45μm Xỉ có thể là chất kết dính độc lập

 Tăng thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết

 Giảm lượng nhiệt của quá trình hydrat hóa

 Tăng khả năng chống phản ứng hóa học

cỡ hạt trung bình khoảng 20μm có dạng hình cầu hoặc hình cầu rỗng

 Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông

 Tăng thời gian đóng rắn của hỗn hợp bê tông

 Giảm khả năng phân tầng của hỗn hợp bê tông

 Làm giảm nhiệt thủy hóa của bê tông

 Tăng khả năng chống phản ứng hóa học của bê tông

 Giảm khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp vữa và bê tông

 Tăng cường độ của vữa hoặc bê tông

 Giảm phản ứng akali silica và tăng khả năng chống phản ứng hoá học

 Phụ gia tro trấu (RHA)

Là sản phẩm thu được khi nung trấu ở nhiệt độ 600 đến 8000C Cũng như muội silic, phụ gia tro trấu có hàm lượng SiO2 tới hơn 80 - 90%, trong đó có

chứa nhiều oxit silic vô định hình có hiệu ứng rất mạnh, hơn cả muội silic Tuy nhiên, phụ gia tro trấu có độ xốp lớn, nên lượng nước trộn thường tăng lên khá nhiều tuỳ thuộc vào tỷ lệ pha trộn trong xi măng Để khắc phục được vấn đề này, người ta thường sử dụng phụ gia tro trấu cùng với phụ gia giảm nước để không phải tăng lượng nước trộn Tro trấu thường được dùng để thay thế 5 đến 30% trọng lượng xi măng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng Hiện nay phụ gia tro trấu

đã bắt đầu được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở nước ta thay thế cho phụ gia muội silic phải nhập khẩu

 Phụ gia khoáng đầy

Phụ gia khoáng đầy là loại phụ gia đưa vào với mục đích tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ phụ gia này pha vào phụ thuộc vào chất lượng clinke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng

Phụ gia đầy gồm các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế không tham gia vào quá trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có màu đen, đá sét đen, các loại bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được

sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo

b Phụ gia hóa học (Chemical Admixtures)

Phụ gia hóa học là chất được đưa vào mẻ trộn trước hoặc trong quá trình

trộn với một liều lượng nhất định (không lớn hơn 5% khối lượng xi măng), nhằm mục đích thay đổi một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sau khi đóng rắn

 Phụ gia hóa dẻo giảm nước (Water-reducing admixtures)

Phụgiahóa dẻo giảm nước là phụ gia làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông

khi giữ nguyên tỷ lệ nước/xi măng, hoặc cho phép giảm lượng nước trộn mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp bê tông, thu được bê tông có cường độ cơ học cao hơn

 Phụ gia chậm đông kết (Retarding admixtures)

Phụ gia chậm đông kết là phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng ban đầu giữa

xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông

 Phụ gia đóng rắn nhanh (Accelerating admixtures)

Phụ gia đóng rắn nhanh là phụ gia làm tăng nhanh tốc độ phản ứng ban

đầu giữa xi măng và nước, do đó rút ngăn thời gian đông kê của bê tông và làm tăng cường độ bền của bê tông ở tuổi ngắn ngày

 Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết (Water-reducing and retarding

admixtures)

Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết là phụ gia kết hợp được các chức năng

của phụ gia hóa dẻo và phụ gia chậm đông kết

 Phụ gia hóa dẻo – đóng rắn nhanh (Water-reducing and acccelerating

admixtures)

Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết là phụ gia kết hợp được các chức năng

của phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh

 Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao) (Water-reducing, high range

 Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết (Water-reducing, high range, and retarding admixtures)

Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết là phụ gia kết hợp được chức năng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia chậm đông kết

 Phụ gia cuốn khí

Phụ gia cuốn khí là loại phụ gia có tác dụng tạo ra rất nhiều các bọt khí nhỏ trong bê tông để nâng cao khả năng chịu đóng băng và tan của bê tông, tăng tính linh động của bê tông khi đổ bê tông trong vùng nhiệt độ thấp

 Phụ gia trương nở

Phụ gia trương nở là phụ gia làm tăng thể tích của vữa hoặc của bê tông để sản xuất vữa bơm cho bu lông neo, chèn chân cột, sản xuất bê tông tự ứng suất

 Phụ gia trợ bơm

Phụ gia trợ bơm là loại phụ gia để cho bê tông trơn hơn, dễ dàng bơm bê

tông cho cự ly xa tránh phân tầng bê tông

Tác dụng của loại phụ gia này là ép nước ở trong hồ xi măng, làm cho hồ

xi măng trở nên dẻo hơn và chui vào các khe hở của cốt liệu làm cho bê tông trơn

 Phụ gia chống thấm

Phụ gia chống thấm là loại phụ gia để giảm mức độ truyền dẫn hơi nước

ẩm tiết ra trong dạng lỏng hay hơi nước từ trong bê tông hay đi qua bê tông

Các loại phụ gia này thường bắt nguồn từ các loại vật liệu hạt nhỏ có tính pozzolanic nghĩa là nó có thể phản ứng với hydroxide canxi được giải phóng từ

sự thuỷ hoá xi măng để tạo ra một thành phần có tính xi măng chèn vào các lỗ trống

2.4 Ứng dụng phụ gia tro trấu trong vật liệu xây dựng

Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tính năng cao trong xây dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro trấu mang lại hiệu quả

rất lớn cả về kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường

Tiến sĩ Trần Bình đã thành công trong việc chế tạovật liệu mới Vinasilic

và đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam 2007 Loại vật liệu này sản xuất từ nguồn trấu Kết quả thực nghiệm cho thấy: mẫu bê tông đựơc trộn phụ gia vinasilic có cường độ chịu nén tối thiểu là 1200kG/cm2 Chỉ cần pha trộn một lượng vinasilic bằng khoảng 10% hàm lượng xi măng

Viện khoa học - công nghệ xây dựng đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thành công hai loại vữa chảy và vữa bơm không co cường độ cao là GM-F và GM-P, có sử dụng phụ gia tro trấu trên cơ sở sử dụng silicafume của Tây úc

Thạc sĩ Nguyễn Tiến Trung -Viện Thủy công- đã nghiên cứu thành công

bê tông giảm độ thấm ion Clo với phụ gia thay thế xi măng về khối lượng là tro trấu 5% và tro bay (Silicafume) 10% Không những giảm được độ thấm ion Clo (tác nhân gây ăn mòn cốt thép bê tông) xuống hai cấp so với mẫu đối chứng mà cường độ nén cũng cao hơn so với mẫu đối chứng

Tiến sĩ Trần Bá Việt, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu dùng tro trấu làm phụ gia tăng cường độ cho bê tông chất lượng cao, lượng phụ gia khoảng 10% được xem là tối ưu Kết quả nghiên cứu cho thấy tro trấu hoàn toàn có thể thay thế silicafume (SF) dạng nén, bê tông đạt cường độ nén sau 28 ngày là 600 daN/cm2

Tro trấu không những được ứng dụng trong công trình xây dựng, còn được sử dụng làm chất phụ gia trong ngành sản xuất thép

Hiện tại, việc ứng dụng phụ gia tro trấu trong xây dựng ở nước ta chưa được phổ biến, đa phần chỉ được áp dụng trên qui mô thử nghiệm Việt Nam vẫn

chưa sản xuất được phụ gia tro trấu, còn phải nhập khẩu từ các nước Trung Quốc, Ấn Độ…

2.5 Đo tính chất phụ gia hoạt tính: hấp thu nước, vôi, khối lượng riêng, mác xi măng

Để đánh giá chất lượng phụ gia thủy hoạt tính người ta dựa vào độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính, độ hấp thu nước và độ bền nén của mẫu vữa hay mẫu bê tông có phối trộn với phụ gia thủy

2.5.1 Độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính

Thành phần chủ yếu của phụ gia thủy là: oxit silic và oxit nhôm hoạt tính Phụ gia thủy khi nghiền mịn trộn với vôi cho ra một chất có khả năng dính kết và đóng rắn với nước, còn khi trộn với xi măng portland thì phụ gia thủy sẽ kết hợp với vôi tự do và vôi thoát ra của các phản ứng hóa học với nước trong quá trình đóng rắn làm tăng tính bền của xi măng Nguyên nhân là khi kết hợp phụ gia thủy với vôi trong môi trường nước cho ta các hydrosilicatcalci, hydroaluminatcalci có độ bazic thấp, các sản phẩm này có tính chất kết dính và cho cường độ

Độ hoạt tính của phụ gia thủy là số miligam vôi do 1 gam phụ gia thủy hấp phụ trong 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn (TCVN 3735-1982)

Lượng vôi bị 1 gam phụ gia thủy hấp phụ càng nhiều thì phụ gia thủy có

độ hoạt tính càng cao

Phân loại phụ gia thủy theo độ hoạt tính của chúng như sau:

Bảng 2.1 Phân loại phụ gia thủy theo độ họat tính

Đánh giá độ hoạt tính của

phụ gia thủy

Số mg CaO bị hấp phụ do 1mg phụ gia thủy (mg)

Có nhiều phương pháp xác định độ hoạt tính của phụ gia thủy: phương pháp chậm 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn, phương pháp nhanh khi đun nóng dung dịch, phương pháp nhanh khi kích thích khuấy liên tục, một số phương pháp so sánh khác…

2.5.2 Độ hấp thu nước

Mục đích của việc đo độ hấp thu nước của phụ gia thủy là để xác định độ mịn và để nhận biết diện tích bề mặt của hạt vật liệu Khi phụ gia thủy càng hấp thu nhiều nước thì càng chứng tỏ phụ gia đó càng mịn, càng nhẹ và diện tích bề mặt càng lớn Nếu độ hấp thu nước của phụ gia quá nhiều thì có thể sẽ làm ảnh hưởng đến cường độ nén của mẫu vữa cũng như mẫu bê tông

2.5.3 Đo khối lượng riêng – khối lượng thể tích

2.5.3.1 Đo khối lượng riêng

Sấy mẫu vật liệu (không có dạng hình học) ở 105÷110 oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g Sau đó ta đổ mẫu vật liệu vào bình

chất lỏng, thể tích chất lỏng dâng lên chính là thể tích đặc của vật liệu

Lưu ý: Chất lỏng làm thí nghiệm phải không có phàn ứng hóa học với vật

liệu

2.5.3.2 Đo khối lượng thể tích

Sấy mẫu vật liệu (không có dạng hình học) ở 105÷110 oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g Sau đó ta đổ mẫu vật liệu từ một chiều cao nhất định vào cốc đã biết thể tích Rồi cân khối lượng vật liệu ở trong

ca, khối lượng thể tích sẽ bằng:

G = (g/cm3, kg/l) Trong đó:

G: khối lượng thể tích (g/cm3, kg/l)

m: khối lượng vật liệu đã đổ đầy ca (g, kg)

V: thể tích của ca cm3, lít

2.5.4 Độ bền nén của mẫu vữa

Dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995 Phương pháp bao gồm cách xác định độ bền nén và độ bền uốn tương ứng của các mẫu thử hình lăng trụ có kích thước 40mm x 40mm x160mm

Các mẫu này được đúc từ một mẻ vừa dẻo, chứa một phần xi măng và ba phần cát tiêu chuẩn theo khối lượng với tỷ lệ nước/xi măng là 0,5 Cát tiêu chuẩn

từ những nguồn khác nhau đều có thể được sử dụng miễn là kết quả độ bền uốn của xi măng đó khi sử dụng cát tiêu chuẩn theo ISO

2.5.4.1 Trộn vữa

Dùng máy trộn để trộn mỗi mẻ vữa Máy trộn khi đã ở vị trí thao tác, cần tiến hành như sau:

 Đổ nước vào cối và thêm xi măng

 Khởi động máy trộn ngay và cho chạy ở tốc độ thấp, sau 30 giây thêm cát từ từ trong suốt 30 giây Có thể sử dụng thiết bị đo thời gian và thiết bị tự động kiểm tra cho thao tác này Khi dùng các nhóm hạt cát riêng biệt, cho thêm

số lượng cần thiết của từng nhóm hạt bằng cách bắt đầu tuần tự từ nhóm hạt lớn nhất Bật máy trộn và cho máy chạy ở tốc độ cao, tiếp tục trộn thêm 30 giây

 Dừng máy trộn 90 giây Trong vòng 15 giây đầu dùng bay cao su cào vữa bám ở thành cối, ở đáy cối và vun vào giữa cối

 Tiếp tục trộn ở tốc độ cao trong 60 giây nữa

 Thời gian của mỗi giai đọan trộn khác nhau có thể được tính chính xác đến ± giây

2.5.4.2 Đúc mẫu

Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa Khuôn và phễu được kẹp chặt vào bàn dằn Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dùng bay lớn để rải đồng đều, bay được giữ thẳng đứng so với vai của nó và tiếp xúc với đỉnh phễu và được đẩy lên phía trước, phía sau dọc theo mỗi ngăn khuôn Sau đó lèn lớp vữa đầu bằng cách dằn 60 cái Đổ thêm lớp vữa thứ hai dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa rồi lèn lớp vữa này bằng cách dằn thêm 60 cái

Nhẹ nhàng nhấc khuôn khỏi bàn dằn và tháo phễu ra Gạt bỏ vữa thừa bằng một thanh gạt kim loại thanh này giữ thẳng đứng và chuyển động từ từ theo kiểu cưa ngang mỗi chiều một lần Cũng dùng thanh gạt trên gạt bằng mặt vữa,

ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để nhận biết mẫu và vị trí tương đối của chúng so với bàn dằn

Ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để dễ nhận biết mẫu và vị trí tương đối của chúng so với bàn dằn

2.5.4.3 Bảo dưỡng mẫu thử

a Xử l‎í và cất giữ mẫu trước khi tháo khuôn

Gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn Đặt một tấm kính kích thước 210mm x 185mm và dày 6mm lên khuôn Cũng có thể dùng một tấm thép hoặc vật liệu không thấm khác có cùng kích thước

Đối với các phép thử có tuổi mẫu lớn hơn 24 giờ việc tháo dỡ khuôn tiến hành từ 20 giờ đến 24 giờ sau khi đổ khuôn

Việc tháo dỡ khuôn cũng có thể được chậm lại 24 giờ nếu như vữa chưa

có đủ cường độ yêu cầu để tránh hư hỏng mẫu Cần ghi lại việc tháo khuôn muộn trong báo cáo thí nghiệm

c Bảo dưỡng mẫu trong nước

Các mẫu đã đánh dấu được nhận chìm ngay trong nước (để nằm ngang hoặc để thẳng đứng tùy theo cách nào thuận tiện) ở nhiệt độ 270C ± 20C trong các bể chứa thích hợp Nếu ngâm mẫu nằm ngang thì để các mặt thẳng đứng theo đúng hướng thẳng đứng và mặt gạt vữa lên trên

Đặt mẫu lên trên lưới không bị ăn mòn và cách xa nhau sao cho nước có thể vào được cả sáu mặt mẫu Trong suốt thời gian ngâm mẫu, không lúc nào khoảng cách giữa các mẫu hay độ sâu của nước trên bề mặt mẫu lại nhỏ hơn 5mm

d Tuổi của mẫu để thử độ bền

Tính tuổi của mẫu thử từ lúc bắt đầu trộn xi măng và nước

Khi thử độ bền theo yêu cầu ở các tuổi khác nhau, cần đảm bảo giới hạn sau:

24 giờ ± 15 phút

48 giờ ± 30 phút

72 giờ ± 45 phút

7 ngày ± 2 giờ Bằng và lớn hơn 28 ngày ± 8 giờ

2.5.4.4 Tiến hành thử

a Xác định độ bền uốn

Đặt mẫu lăng trụ vào máy thử với một mặt bên tựa trên các con lăn gối tựa và trục dọc của mẫu vuông góc với các gối tựa Đặt tải trọng theo chiều thẳng đứng bằng con lăn tải trọng vào mặt đối diện của lăng trụ và tăng tải trọng dần dần tốc độ 50N/s ± 10N/s cho đến khi mẫu gẫy

Cần giữ ẩm cho các nửa lăng trụ cho đến khi đem thử độ bền nén

Tính độ bền uốn Ru bằng Newtons trên milimet vuông (N/mm2)

Trong đó:

Fu: là tải trọng đặt lên giữa lăng trụ khi mẫu bị gẫy, tính bằng Ne

l: là khoảng cách giữa các gối tựa, tính bằng milimet

b: là cạnh tiết diện vuông của lăng trụ, tính bằng milimet

Khi không yêu cầu giá trị độ bền uốn thì phép thử này có thể hủy bỏ, nhưng các thử nghiệm xác định độ bền nén vẫn được tiến hành trên hai nửa lăng trụ bị gẫy nhờ biện pháp thích hợp mà không gây ứng suất có hại cho các nửa lăng trụ

Tăng tải trọng từ từ với tốc độ 2400N/s ± 200N/s trong suốt quá trình cho đến khi mẫu bị phá hoại

Nếu tăng tải trọng bằng tay thì cần điều chỉnh để chống lại khuynh hướng giảm tốc độ tăng tải khi gần tới tải trọng phá hủy

Tính độ bền nén,Rn bằng Newtons trên milimet vuông (N/mm2), theo công thức sau:

Trong đó:

F: là tải trọng tối đa lúc mẫu bị phá hủy, tính bằng Newtons

A: là diện tích tấm ép hoặc má ép tính bằng milimet vuông (40mm x 40mm =1600mm2)

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu về việc dùng tro xỉ để tạo

thành vật liệu xây dựng Việc nghiên cứu

được tiến hành cùng lúc trên hai mẫu:

+ Mẫu chưa qua xử lý (mẫu 1)

+ Mẫu được xử lý (mẫu 2)

Nội dung nghiên cứu:

 Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, sơ chế

và xử lý mẫu

 Loại bỏ đất cát và tạo độ mịn cho mẫu tro xỉ xỉ lấy từ nhà máy

 Mẫu sau khi sơ chế được chia thành hai phần Một phần phối trộn trực tiếp với xi măng (mẫu 1) Phần còn lại dùng điều chế Silic Oxit (mẫu 2) rồi mới phối trộn với xi măng

 Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu

 Xác định khối lượng thể tích của mẫu

 Xác định hàm lượng chất hữu cơ và cacbon

 Phối trộn mẫu với xi măng, cát và nước theo tỷ lệ 10% và 20% đối với

mẫu 1, tỷ lệ 10%, 20% và 30% đối với mẫu 2 dựa vào TCVN 6016-1995 để tạo thành mẫu vữa

Hình 3.1 Mẫu 1 và Mẫu 2

 Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị để đúc mẫu

 Thí nghiệm 4: Xác định độ thấm nước của mẫu vữa

 Thí nghiệm 5: Kiểm tra tính chất cơ lý

Đo độ bền nén và độ bền uốn của vật liệu xây dựng dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, xử lý và sơ chế mẫu

- Tro xỉ lấy từ nhà máy nhiệt điện có màu đen, rất ít tro trắng, khô, xốp, nhẹ và lẫn đất cát

- Từ tro xỉ ban đầu ta mang đi nghiền, sau đấy rây qua rây có kích thước

Hình 3.4 Bảo quản mẫu

 Bảo quản mẫu 1 sau khi sơ chế trong hộp kín

 Sử dụng 1 phần mẫu 1 để điều chế Silic oxit (mẫu 2)

 Cách tiến hành tạo mẫu 2:

 Cân 20g mẫu 1 đổ vào cốc thủy tinh 1000ml Sau đó cho vào 250ml dung dịch NaOH 5M

 Đun cách thủy cốc thủy tinh gồm mẫu tro xỉ với dung dịch NaOH 5M với thời gian đun là 4 giờ

 Sau quá trình đun cách thủy hoàn toàn ta tiến hành lọc dung dịch này (dung dịch 1) để loại bỏ chất bẩn và tro trấu còn dư, thu được dung dịch 2

 Cho dung dịch HCl 2M với lượng phù hợp cho đến môi trường trung tính (thử bằng giấy pH) Hỗn hợp bây giờ ở dạng Gel, Gel thu được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ ion Cl-

 Sau đó đem Gel đi sấy ở nhiệt độ 100o

C trong 24 giờ, rồi nung ở 550oC trong 2 giờ

 Mang sản phẩm sau khi nung đi nghiền, tiếp theo rây qua rây 0,25 mm

để tạo bột mịn cho mẫu (mẫu 2)

Hình 3.5 Xử lý mẫu tro

3.2.2 Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu

Muốn biết khả năng thay thế của hai mẫu có hiệu quả cao hay thấp thì ta cần kiểm tra tính chất của vật liệu Đầu tiên là xác định khối lượng riêng của vật liệu

3.2.2.1 Cách xác định khối lượng thể tích của vật liệu

- Sấy hai cốc sứ đã biết trước thể tích V ở 1050C đến khối lượng không đổi Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của cốc m0 bằng cân phân tích

- Sấy mẫu vật liệu ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g

- Sau đó đổ vật liệu đã sấy khô xuống cốc sứ, rồi cân khối lượng của vật liệu và cốc m1

- Khối lượng riêng của vật liệu tính theo công thức:

Khối lượng thể tích = (g/ml)

Hình 3.6 Cân khối lượng cốc sứ

100ml

Hình 3.7 Sấy vật liệu

3.2.2.2 Thí nghiệm xác định hàm lượng cacbon trong mẫu 1 và 2

Trong quá trình xử lý mẫu ban đầu để tạo thành mẫu 2, chất hữu cơ và cacbon đã đƣợc loại bỏ

Xác định hàm lƣợng chất hữu cơ và cacbon của mẫu 1 đƣợc tiến hành nhƣ sau:

- Sấy cốc sứ đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ 105oC Cho cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lƣợng của cốc m0 bằng cân phân tích

- Cân 5 g mẫu đổ vào cốc nung đã đƣợc sấy khô Cho cốc và mẫu vào tủ sấy ở 105oC, sấy cho đến khi khối lƣợng không đổi Rồi cho vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lƣợng m1

Hình 3.8 Đổ vật liệu vào cốc

Hình 3.9 Cân khối lƣợng của cốc và vật liệu