Nghiên cứu ứng dụng xỉ than thay thế một phần cát để chế tạo bê tông xi măng cho kết cấu áo đường ô tô từ cấp 4 trở xuống trên địa bàn tỉnh Trà Vinh

Chính vì những yếu tố trên, mà tôi lựa chọn vấn đề “Nghi n cứu ứng dụng xỉ than thay thế một phần cát để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn t

XU NGăTRểNăĐ AăBÀNăT NHăTRÀăVINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao Thông

Mã s ố: 60.58.02.05

TÓM T ẮT LUẬNăVĔNăTHẠCăSĨ KỸ THUẬT

ĐƠăNẵng – Nĕmă2017 TTHL va TT

ông trình được hoàn thành t i

R NG Đ I H C BÁCH KHOA

Ngư i hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ HỮU Đ O

Ph n bi ện 1: TS NGUY N H NG H I

Ph n bi ện 2: TS NGUY N THANH TÂM

Lu ận văn sẽ được b o vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp th c sĩ

K ỹ thuật, Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao Thông, họp

t i rư ng Đ i học Bách khoa vào ngày tháng năm 2017

Có th ể tìm hiểu luận văn t i:

 Trung tâm Học liệu, Đ i học Đà N ng t i rư ng Đ i học Bách khoa

 hư viện Khoa Xây dựng Cầu Đư ng, rư ng Đ i học Bách khoa –

Đ ĐN

TTHL va TT

MỞăĐẦU

1 ăTínhăc păthi tăc aăđ tài

Với sự phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, lượng điện tiêu thụ ngày càng tăng cao, nguồn điện từ các nhà máy thủy điện không đủ đáp ứng nhu cầu, nước ta đã đầu tư xây dựng một số mô Hình cung

cấp điện như: điện gió, nhiệt điện trong đó các nhà máy nhiệt điện được chú trọng đầu tư với quy mô công suất lớn T i tỉnh Trà Vinh được đầu tư xây dựng dự án Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 1 Ngoài

ra, trong th i gian tới đến năm 2020 Nhà máy nhiệt điện Duyên H i

sẽ đưa vào ho t động thêm Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 3 với

công suất 1200MW, Nhà máy nhiệt điện đã đưa vào quá trình vận hành năm 2015 với công suất 1200MW, hàng năm Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 1 th i ra môi trư ng kho ng 477.152 tấn xỉ than năm

Duyên H i 3 m rộng 600MW, Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 2 với

công suất 1200MW Như vậy, khi các dự án vận hành sẽ th i ra lượng xỉ than rất lớn, là một trong số các chất th i rắn sinh ra trong quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện

Tùy thuộc vào nguồn nhiên liệu (than đá, than nâu, ) và công nghệ đốt (lò than phun, lò tầng sôi, ) mà khối lượng và thành phần xỉ than

khác nhau, nếu không có gi i pháp xử lý triệt để thì ngoài việc cần đến hàng nghìn hecta đất để chôn lấp, xỉ than c n là nguồn gây ô

nhiễm môi trư ng đất, nước và không khí Tuy nhiên, hiện nay theo

thống kê cho thấy kho ng 10% lượng xỉ than th i ra hàng năm được

thu gom, sử dụng, còn l i 90% vẫn thực hiện chôn lấp Với nhiều

công dụng như tr n, xỉ than nếu không được thu gom, tận dụng sẽ

không chỉ là một sự lãng phí lớn mà còn là một hiểm họa đối với môi trư ng và ngày 23/9/2014 Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số

1696 QĐ-TTg về một số gi i pháp thực hiện xử l xỉ than, th ch cao

của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất phân bón để làm

nguyên liệu s n xuất vật liệu xây dựng

TTHL va TT

iện nay tỉnh Trà Vinh là một trong số những tỉnh được rung ng

ưu ti n đầu tư quy ho ch xây dựng nông thôn mới ỉnh rà vinh có

t ng cộng 7 huyện và 1 thành phố, trong giai đo n đầu thực hiện quy

ho ch xây dựng nông thôn mới (giai đo n tư 2011- 2015) tỉnh rà vinh có 23/85 xã thực hiện xây dựng nông thôn mới nhưng cho đến nay chỉ được 23 xã đ t ti u ch nông thôn mới, đa phần các xã không

đ t ti u ch nông thôn mới phần lớn là do m ng lưới giao thông nông thôn không đ t theo bộ ti u ch của nông thôn mới h nh vì vậy các cấp ch nh quyền của tỉnh rà inh đầu tư xây dựng m ng lưới đư ng giao thông nông thôn cho các xã của 17 xã xây dựng nông thôn mới đến năm 2020, và tiếp tục lập đề án xây dựng mang lưới giao thông

nông thôn cho 68 xã c n l i của tỉnh rà inh đến năm 2030 là hoàn thành m ng lưới giao thông nông thôn của tỉnh để gốp phần xây dựng nông thôn mới cho tất các xã c n l i đến năm 2030 là ph i đ t được xã nông thôn mới

Chính vì những yếu tố trên, mà tôi lựa chọn vấn đề “Nghi n

cứu ứng dụng xỉ than thay thế một phần cát để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh

rà inh làm đề tài nghiên cứu của luận văn

2 ăM cătiêuănghiênăc uăc aăđ ătƠi

- Nghiên cứu thành phần hóa học và tính chất vật lý của xỉ than của

nhiệt điện Duyên H i Trà Vinh

- Nghiên cứu các đặc trưng c l chủ yếu của hỗn hợp bê tông và bê

tông sử dụng xỉ than thay thế một phần cát

- Đề xuất tỷ lệ sử dụng xỉ than thích hợp thay thế một phần cát về

mặt thể t ch để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh Trà Vinh

3 ăĐốiăt ngăvƠăph măviănghiênăc u

TTHL va TT

+ Nguồn th i xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên H i chưa qua xử

lý

+ ác c s lý thuyết, mô Hình tính toán, thực nghiệm của bài toán

chế t o b tông d ng xỉ than thay thế một phần cát

+ tông d ng xỉ than thay thế một phần cát và bê tông không dùng

Chư ng 1: T ng quan về bê tông sử dụng xỉ than, định hướng phát

triển đư ng giao thông nông thôn Trà Vinh

Chư ng 2: Vật liệu đầu vào, c s thiết kế cấp phối và đánh giá

tính chất c l của b tông xi măng

hư ng 3: Đánh giá kh năng sử dụng xỉ than nhiệt điện Duyên

H i thay thế một phần cát trong chế t o b tông xi măng cho mặt

đư ng từ cấp IV tr xuống

Kết luận và ướng phát triển của đề tài TTHL va TT

Ch ngă1 T NGăQUANăV ăBểăTÔNGăS ăDỤNGăX ăTHAN,ă

Đ NHăHƯ NGăPHÁTăTRIỂNăĐƯỜNGăGIAOăTHÔNGăNÔNGă THÔNăỞăTRÀăVINH

1.1 T ng quan v x than:

1.1.1 Khái niệm về xỉ than:

Xỉ than là những h t thô và to h n tro bay, là thành phần không cháy được tập trung đáy l , cỡ h t dao động từ bằng h t cát mịn đến h t sỏi (0.125 mm đến 2 mm) húng thư ng được d ng để thay thế cát trong s n xuất vật liệu không nung và làm nền đư ng, lấp đầm lầy…

1.1.2ăƯuănh căđi măc aăx than

1.1.2.1 Ưuăđi m

Khối lượng xỉ than nhẹ, thành phần h t khá giống cát mịn nên có thể

chế t o vật liệu bê tông nhẹ từ xỉ than cho các nhà cao tầng

Xỉ than là chất phế th i nên giá thành kho ng 5.000 - 5.500 đồng/tấn

1.1.2.2 Nh căđi m

Thành phần h t của xỉ than không đồng đều

Thành phần hóa lý không n định,

Thành phần xỉ than có chứa kim lo i nặng như arbon và t p chất

khác, gây ô nhiễm môi trư ng

Dây sử dụng các công nghệ cao

Xây dựng hệ thống xử lý xỉ than và các s n phẩm liên quan ph i đ m

b o thân thiện với môi trư ng

1.1.3 Tình hình s ăd ngăx ăthanătrênăth gi i

Việc sử dụng rác th i công nghiệp như tro xỉ than trong xây dựng

đư ng sá t i Pháp, 99% tro xỉ than được tái sử dụng, t i Nhật B n

con số này 80% và t i Hàn Quốc là 85%

TTHL va TT

1.1.4 Tình hình s ăd ngăx ăthană ăVi tănam:

iệt Nam, tình hình sử dụng xỉ than chưa nhiều t i các nhà máy điện như Y n Phụ ( à Nội), ao Ng n ( hái Nguy n), iệt rì (Phú họ), Đ m à ắc ( ắc Giang) và Ninh ình – do lượng than chưa cháy c n cao, nhiệt cháy của tro c n đến 3000‚4000 kcalo; ngư i dân địa phư ng đã khai thác tro xỉ, d ng sàng thủ công tá ch phần than sót để nung g ch, nung vôi và làm chất đốt dân dụng (than qu bàng) ro xỉ c n l i được trộn lẫn với b n làm chất d nh để sử dụng trực tiếp, hoặc th m vôi để đóng g ch xỉ

1.2 Các v năđ v x than nhà máy nhi tăđi n Duyên H i

rung tâm Điện lực Duyên H i được quy ho ch 4 nhà máy, t ng

công suất kho ng 4.415 MW T ng vốn đầu tư h n 5 tỷ USD, diện

tích 878,91ha Hiện nay đã có 2 nhà máy ho t động là nhà máy nhiệt điện Duyên H i 1 và 3 Công ty Nhiệt điện Duyên H i qu n lý, vận hành phát điện 2 nhà máy này Chỉ mới có 2 nhà máy ho t động trong năm qua nhưng đã th i ra môi trư ng hàng triệu tấn tro xỉ

Nhà máy Nhiệt điện Duyên H i 1 sau khi đốt sẽ để l i kho ng 30%

tro xỉ, mỗi ngày th i ra 4.500 - 5.000 tấn, mỗi năm chừng 1,8 triệu

tấn Nhà máy Nhiệt điện Duyên H i 3 sau khi đốt, lượng tro xỉ để l i

7% - 8%, th i ra 664 tấn/ngày, chừng 240.000 tấn năm ng cộng, 2

nhà máy mỗi năm th i ra h n 2 triệu tấn tro xỉ than Dự kiến 2 năm

nữa, nếu không có gi i pháp tiêu thụ thì bãi tro xỉ t i Trung tâm

Nhiệt diện Duyên H i sẽ đầy tràn và sẽ gây ô nhiễm môi trư ng

nghiêm trọng

1.3 Đ nhăh ng phát tri n giao thông nông thôn tình Trà Vinh

iện nay tỉnh rà inh sẽ đầu tư kho ng h n 3.480 tỷ đồng xây dựng, nâng cấp và m rộng 1.463km đư ng nông thôn

Giai đo n từ nay đến năm 2020, tỉnh sẽ huy động nguồn vốn kho ng 1.740 tỷ đồng để xây dựng 731 km đư ng nông thôn

TTHL va TT

Hình 1.1 Phun nước tạo ẩm tại bãi chôn lấp tro xỉ của Nhà máy

Nhiệt điện Duyên Hải 1

1.4 K t lu năch ngă1

ới sự đầu tư và phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong c nước

từ nay đến 2020 và trong những năm tiếp theo thì lượng tro xỉ th y ra

từ các nhà máy nhiệt điện là rất lớn ch nh vì vậy c nước nói chung

và tỉnh rà inh nói ri ng cần một lượng diện t ch đất để chôn lấp

là rất lớn không những thế mà khi chôn lấp về lâu dài sẽ th y ra nhiều chất rắn gây nh hư ng nghi m trọng đến môi trư ng thi n nhi n làm nh hư ng đến đ i sống của nhân dân sau này

iệc ứng dụng tro xỉ than trong chế t o vật liệu xây dựng đã được nghi n cứu tr n thế giới và iệt Nam rong định hướng phát triển của tỉnh Trà Vinh về m ng lưới giao thông nông thôn tr n địa bàn đến năm 2020 và những năm tiếp theo, lượng b tông xi măng làm

mặt đư ng giao thông nông thôn là rất lớn Vì vậy, việc nghiên cứu

vật liệu xỉ than d ng để thay thế một phần cát trong chế t o b tông

xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp IV tr xuống tr n địa bàn tỉnh rà inh là việc rất cần thiết

TTHL va TT

Ch ng 2 VẬTăLI UăCH ăTẠO, THI TăK ăC PăPH I VÀ PHƯƠNGăPHÁP ĐÁNHăGIÁ M TăS TệNHăCH TăCƠăLụă

C AăBểăTÔNGăXI MĔNG M TăĐƯỜNG

2.1ăTínhăch tăc ălỦăc aăv tăli uăđ uăvƠo

2.1.1ăXiămĕng

Các chỉ ti u c l , hóa chủ yếu của xi măng được đánh giá theo y u

cầu kĩ thuật của xi măng Portland quy định t i TCVN 2682:2009

2.2.2 Cát

Các chỉ ti u c l của cát được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:

2006 [9].Các chỉ ti u được so sánh với yêu cầu kỹ thuật của cát dùng

cho bê tông và vữa theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

2.2.2 Khốiăl ngăriêng,ăthƠnhăph năh tăvƠămôăđunăđ ăl n

Kết qu th nghiệm t nh chất vật l của xỉ than N 7570:2006

2.3ăThi tăk ăc păphốiăbêătông

Các cấp phối b tông được cho trong ng 2.1

TTHL va TT

2.4.1ăThíănghi măđoăđ ăs tăc aăh năh păbêătôngătheoătiêuăchuẩn:

h nghiệm đo độ sụt của hỗn hợp b tông được tiến hành theo

TCVN 3106:1993

2.4.2 Thí nghi măxácăđ nhăc ngăđ ăch uănénăc aăbêătông:

Quy trình chế t o mẫu theo TCVN 3105: 1993 và b o dưỡng mô phỏng theo điều kiện thi công thực tế rà inh hiện nay

Quy trình xác định cư ng độ nén theo tiêu chuẩn TCVN 3118: 2012

2.4.3ăThíănghi măxácăđ nhăc ngăđ ăch uăuốnăc a bê tông

Quy trình chế t o mẫu theo N 3105: 1993và quy trình xác định

cư ng độ uốn theo tiêu chuẩn TCVN 3119: 1993

2.4.4ăThíănghi măxácăđ nhăđ ăhútăn căc aăbêătông

Độ hút nước của b tông được xác định theo ti u chuẩn N 3113:

1993

TTHL va TT

2.5ăYêuăc uăkỹăthu tăc aăbêătôngăxiămĕngăchoăk tăc uăáoăđ ngăt ă

c păIV tr ăxuống

Theo Quyết định số: 3230 QĐ- BGTVT ngày 14/12/2012

2.6ăK tălu năch ng 2

Nhìn chung vật liệu của tỉnh Trà Vinh có phần kém chất lượng so với các tỉnh khác trong c nước như: át thì thành phần h t

nhỏ, thành phần đá không đồng đều nhưng các chỉ ti u c l vẫn đ t

yêu cầu để thiết kế theo N 7572: 2006 để áp dụng cấp phối bê tông cho đư ng ô tô từ cấp IV tr xuống, thiết kế các thành phân cấp

phối, có trùng với đề tài ‘Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một

phần xi măng để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô

từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh rà inh’

hư ng này cũng trình bày một số phư ng pháp th nghiệm

để xác định các tính chất c l của hỗn hợp bê tông và bê tông gồm

độ sụt, cư ng độ nén, cư ng độ uốn và độ hút nước cũng như y u

cầu kỹ thuật của mặt đư ng b tông xi măng từ cấp IV tr xuống, làm c s khoa học để tiến hành đánh giá kh năng sử dụng xỉ than

nhiệt điện Duyên H i thay thế một phần cát trong chế t o bê tông xi măng cho mặt đư ng từ cấp IV tr xuống

TTHL va TT

C h ng 3 ĐÁNHă GIÁ KH NĔNGă S DỤNG X THAN

NHI Tă ĐI N DUYÊN H I THAY TH M T PHẦN CÁT

CH TẠO BÊ TÔNG XI MĔNGăCHOăÁOăĐƯỜNG Ô TÔ T

Có thể thấy rằng, tất c các cấp phối b tông đều cho ra kết qu độ sụt

khá nhỏ, phù hợp với thi công mặt đư ng b tông xi măng iệc thay

thế 20% cát bằng xỉ than không làm nh hư ng đến độ sụt của hỗn

hợp bê tông, trong khi nếu tiếp tục tăng lượng thay thế xỉ đến 40% và 60% thì độ sụt sẽ gi m (so với cấp phối đối chứng X0) tư ng ứng là

1cm và 1,5cm (theo thứ tự).Nguyên nhân sự suy gi m độ sụt này có

thể là do h t của xỉ than rỗng h n h t cát n n hút nước làm mất đi một

phần lượng nước t o độ sụtcho hỗn hợp bê tông Ngoài ra, thành phần

h t của xỉ than không liên tục như thành phần h t của cát nên bộ

khung cốt liệu rỗng h n làm gi m độ sụt của hỗn hợp bê tông Mặt khác, hàm lượng h t bụi của xỉ than khá cao nên tỷ diện tăng y u cầu

cần nhiều nước nhào trộn h n

TTHL va TT

Từ kết qu trên, có thể thấy khi sử dụng xỉ than thay cho cát để trộn bê

tông với hàm lượng lớn h n 20% thì cần ph i chú đến biện pháp thi công vì độ sụt bê tông gi m, hỗn hợp b tông khô h n n n y u cầu lực

chấn động lớn h n oặc là, nếu muốn giữ nguy n độ sụt để không

ph i thay đ i biện pháp thi công, khi thiết kế cấp phối bê tông cần tăng lượng nước lên Tuy nhiên, việc tăng nước sẽ làm gi m cư ng độ của

b tông, đặc biệt là cư ng độ chịu uốn

3.1.2ăC ngăđ ăch uănénăc aăbêătôngătheoăth iăgian

Để phân tích cư ng độ chịu nén bê tông theo th i gian, các giá trị

cư ng độ nén được đo tu i 7, 14 và 28 ngày

3.1.2.1 K t qu thí nghi măc ngăđ nén

Tiến hành nén các mẫu bê tông theo th i gian tu i 7 ngày, 14 ngày

và 28 ngày cho tất c các cấp phối bê tông X0, X20, X40, X60 thu được kết qu Hình 3.1

Hình 3.1 Cường độ nén của các cấp phối bê tông theo thời gian

Theo Hình 3.3, về mặt t ng thể, có thể thấy khi thay thế xỉ than đến 20%, cư ng độ nén của b tông cao h n so với b tông thư ng tu i

28 ngày, cư ng độ nén của cấp phối X20 tăng th m 8,3% so với

cư ng độ nén của cấp phối X0 (40.4 MPa so với 37.3 MPa) Tuy

nhiên, khi tăng hàm lượng thay thế xỉ than l n đến 40% và 60% thì

cư ng độ nén của bê tông gi m tư ng ứng theo mức độ thay thế của xỉ than Đến 28 ngày tu i, cư ng độ của cấp phối X40 và X60 gi m so

với cấp phối X0 lần lượt là 16,6% và 30,3%

Sự khác biệt về xu hướng phát triển cư ng độ nén của các cấp phối bê

tông có thể được quan sát rõ h n trong Hình 3.2

Hình 3.2 Cường độ nén của các cấp phối bê tông theo từng tuổi

ư ng độ nén của cấp phối X20 luôn cao h n cư ng độ nén của cấp

phối còn l i bất kỳ ngày tu i nào ư ng độ nén của cấp phối X40

tu i 7 ngày và 14 ngày vẫn tư ng đư ng với cư ng độ nén của cấp

phối X0, nhưng đến 28 ngày thì thấp h n rõ rệt (đến 16,6%) Khi mức

độ thay thế xỉ l n đến 60%, sự khác biệt giữa cư ng độ của cấp phối

X60 và X0 lớn dần theo th i gian, từ 11,4% (R7) đến 19,5% (R14) và 30,3% (R28)

Từ kết qu nói trên, có thể thấy rằng mức độ ho t động hóa học (độ

ho t tính) của xỉ than nhiệt điện Duyên H i là không cao vì khi tăng

hàm lượng thay thế xỉ than thì cư ng độ bê tông l i gi m Như vậy,

dùng xỉ này như một chất độn để thay thế cát là khá hợp lý; và nh

hư ng của xỉ đến cư ng độ nén của bê tông chủ yếu nằm các đặc điểm vật lý của chúng (thành phần h t, mô đun độ lớn) Đây có thể

ch nh là l do làm cho cư ng độ của bê tông dùng xỉ thay thế cát 20% tăng l n ới hàm lượng thay thế này, lượng cát đủ để lấp đầy các

kho ng trống giữa các h t xỉ, và phần bột xỉ không quá nhiều n n độ

rỗng của bộ khung cốt liệu đá dăm - xỉ - cát sẽ nhỏ l i, làm cho cư ng

độ của b tông tăng l n uy nhi n, khi tăng hàm lượng xỉ lên (40% và

60%), do thành phần h t của xỉ không liên tục và hàm lượng h t bụi

lớn n n làm tăng độ rỗng của bộ khung cốt liệu, dẫn đến cư ng độ bê

tông gi m, đặc biệt là với cấp phối X60

Vì vậy, để có thể nâng cao cư ng độ của bê tông sử dụng xỉ than thay

thế cát, xỉ cần được s tuyển bằng cách sàng để lựa chọn cấp phối h t

phù hợp

Nhìn chung, về mặt cư ng chịu nén,sử dụng xỉ than thay thế cát

kho ng 20% để chế t o bê tông là thích hợp nhất Việc thay thế xỉ

than lên đến 40% làm gi m cư ng độ b tông nhưng vẫn đ t trên

30MPa nên vẫn có thể xem xét để chế t o mặt đư ng b tông xi măng

cấp IV tr xuống

3.1.3ăC ngăđ ăch uăkéoăkhiăuốnăc aăbêătông

Kết qu uốn mẫu 28 ngày tu i cho tất c các cấp phối bê tông X0,

X20, X40, X60 cho B ng 3.4

Bảng 3.2 Cường độ uốn ở 28 ngày tuổi củacác cấp phối bê tông

R 28 u (MPa) 4,79 4,77 4,74 4,12

Theo b ng 3.2, cư ng độ uốn của bê tông độ tu i 28 ngày

của cấp phối bê tông X20 và X40xấp xỉ với cư ng độ chịu uốn của

TTHL va TT