Tom tat NCKH BT tro bay

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG THƯƠNG PHẨM A STUDY EFFECTS OF FLY ASH CONTENT AT DUYEN HAI THERMAL POWER P

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ

TÔNG THƯƠNG PHẨM

A STUDY EFFECTS OF FLY ASH CONTENT AT DUYEN HAI THERMAL POWER PLANT TO PROPERTIES OF FRESH CONCRETE PRODUCT

BÙI VĨ TRẦN HẢI PHÚC

LÊ HUY MINH Trường Đại học Giao thông Vận tải phân hiệu tại TPHCM

e-Mail: buivi1111@gmail.com

Tóm tắt

- Hàng năm thế giới và Việt Nam sử dụng lượng lớn

bê tông chiếm 80% khối lượng công trình xây dựng

Trong cấp phối BT thì xi măng chiếm hàm lượng

đáng kể Tuy nhiên công nghệ sản xuất xi măng gây ô

nhiễm môi trường, cạn kiệt nguồn tài nguyên nên phải

tìm cách dùng vật liệu thay thế một phần xi măng

- Các nhà máy nhiệt điện ở nước ta ngày càng nhiều

thải ra phế phẩm tro xỉ nhiệt điện gây ô nhiễm môi

trường (16 triệu tấn tro xỉ/năm)

- Sự ảnh hưởng của việc thay thế xi măng pooc lăng

bằng tro bay đến các tính chất của của bê tông xi

măng được trình bày trong bài báo này Có năm hỗn

hợp bê tông được khảo sát với các tỷ lệ thay thế tro

bay là 0, 10, 20, 30,và 40% Các hỗn hợp được thiết

kế với cường độ mẫu lập phương là 30MPa và độ sụt

từ 10-12cm Nghiên cứu thực nghiệm ban đầu đưa ra

những lợi ích của bê tông sử dụng nhiều tro bay

Abstract

Annual on the world and in Vietnam uses large

amounts of concrete for 80% of the volume of

construction works In mix proportion of concrete, the

cement accounts for a significant amount However,

cement manufacturing technologies causes

environmental pollution, depletion of natural

resources that should be seeking to use alternative

materials part cement

The thermal power plants in our country more and

more emitted fly ash waste that pollutes the

environment (16 million tonnes of fly ash / year)

The effect of fly ash replacement of Portland cement

on the properties of concrete mixtures is studied in

this research Five concrete mixtures were cast,

different fly ash replacement amounts of 0, 10, 20, 30,

and 40% for Portland cement were used All mixtures

were designed for 30 MPa compressive strength for

cube sample, and 10-12cm slump for the freshly

mixed concrete These experimental results proved

the benefit of using higher content of fly ash in concrete

Từ khóa: tro bay, bê tông thương phẩm, nhà máy

nhiệt điện

Keywords: Fly ash, Fresh Concrete Product, Thermal Power Plant

Ký hiệu

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

kg/m3

khối lượng riêng

A, A1 hệ số chất lượng cốt liệu

Mở đầu

1 Mục tiêu đề tài:

- Sử dụng tro bay ở nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay đã qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay thế hàm lượng xi măng trong hỗn hợp BT thương phẩm để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho

BT

- Đánh giá được khả năng áp dụng loại BT dùng tro bay để giảm phế thải cho môi trường, giảm diện tích chôn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải ra do sản xuất XM

2 Tính mới và sáng tạo:

- Đánh giá được ảnh hưởng của tro bay khi thay thế một phần xi măng đến bê tông thương phẩm, sử dụng hàm lượng tro bay thay thế cao tới 40% xi măng, sử dụng phụ gia mới của hãng O-Basf (Master Ease 3018)

3 Kết quả nghiên cứu:

- Có thể thay thế một lượng lớn XM bởi tro bay để chế tạo BT thương phẩm nhưng hàm lượng thay thế tốt nhất là 20% tro bay

- Khi dùng tro bay nhiệt điện thay thế XM sẽ cải thiện

lớn tính công tác của BT

- Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày của BT khi có

dùng tro bay thay thế XM sẽ giảm tùy theo hàm lượng

dùng tro bay

4 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và

đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng

của đề tài:

- Có thể chế tạo BT dùng tro bay thay thế một phần xi

măng để giảm phế thải cho môi trường, giảm diện tích

chôn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải ra

- Do giá thành tro bay rẻ hơn rất nhiều so với xi măng

nên đề tài này nghiên cứu mở ra một hướng mới cho

việc sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng giúp

giảm giá thành bê tông rất lớn

Kết cấu của đề tài

Đề tài gồm 4 chương:

Chương 1 : Tổng quan về bê tông xi măng có hàm

lượng tro bay cao

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Kết quả và biện luận

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

2 Nội dung chính

2.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG CÓ

HÀM LƯỢNG TRO BAY CAO

2.1.1 Bê tông sử dụng tro bay trên thế giới

Bê tông xi măng là vật liệu chủ yếu sử dụng phổ biến

trên thế giới Hiện nay theo tính toán thì mỗi năm trên

thế giới sản suất khoảng 1,7x109 tấn/1 năm, tương

đương 6km3 bê tông xi măng trên một năm và 1m3 bê

tông/ 1 người là khối lượng bê tông khổng lồ cho việc

xây dựng cơ sở hạ tầng

Các công trình tiêu biểu đã sự dụng tro bay thay thế

một phần xi măng như Đập Tomisato cao 111m ở

Nhật Bản được xây dựng từ những năm 1950 đã sử

dụng 60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa

tro bay vào công trình xây dựng đập thủy điện từ

những năm 1980; Công trình Azure trị giá 100 triệu

USD hoàn thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay

thay thế xi măng

Hình 1.1 Giảng đường trường đại học

California-Berkeley sử dụng tro bay

2.1.2 Bê tông sử dụng tro bay ở Việt Nam

Ở Việt Nam, theo qui hoạch phát triển ngành điện dự kiến sẽ đưa vào sử dụng nhiều nhà máy nhiệt điện chạy bằng than dự kiến công suất 35.090 MW, như vậy một nguồn thải phẩm tro bay từ các nhà máy nhiệt điện dự tính đến năm 2020 là 25 triệu tấn, đếm năm 2030 là 38 triệu tấn, lượng tro bay gần bằng ½ lượng xi măng sản xuất hàng năm

tro bay có thể thay thế lên tới 70% khối lượng xi măng trong thành phần của bê tông, do đó góp phần quan trọng trong việc giảm lượng xi măng, giảm đáng

kể lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất xi măng

Hình 1.2 Dùng tro bay làm phụ gia cho bê tông đầm

lăn thủy điện Sơn La

2.2.1 Vật liệu chế tạo 2.2.1.1 Xi măng

Trong đề tài này sử dụng xi măng PCB 40 Sài Gòn phù hợp TCVN có các chỉ tiêu thí nghiệm sau:

1chir ti Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB 40 Sài

Gòn

STT Chỉ tiêu

kiểm tra

Đơn

vị

Kết quả

Phương pháp thử

1 Nước tiêu

27,4 TCVN 6017 :

1995

2

Thời gian ninh kết + Bắt đầu + Kết thúc

phút 120 160 TCVN 6017 :

1995

3 Khối lượng riêng

g/cm

3

3,10 TCVN 4030 :

2003

4 Độ ổn định thể tích mm

0,4 TCVN 6017 :

1995

5

Cường độ chịu nén +R3 +R28

MPa 27,9 48,2 TCVN 6016 :

1995

6

Độ mịn +Sót sàng 0,08

+Bề mặt riêng

%

cm2/

g

0,8

3700 TCVN 4030 :

2003

2.2.1.2Tro bay

Tro bay Nhiệt điện Duyên Hải tro đã qua xử lí lọc

tách khử tạp chất sấy khô có chỉ số hoạt tính cường

độ ở mức cao đạt, các chỉ tiêu chất lượng phù hợp với

quy định trong tiêu chuẩn của tro bay loại F

2.2.1.3 Cốt liệu nhỏ ( Cát)

Cát sử dụng trong đề tài này là loại cát xây dựng

thông thường, có cỡ hạt mịn, sạch Các thông số được

thí nghiệm như sau:

Bảng 2.2: Các thông số của cốt liệu nhỏ (cát)

STT Tên chỉ

tiêu Phương pháp thử KQTN

1 Độ ẩm (%) TCVN7572-7:2006 4,2

2

Khối lượng

riêng

(g/cm3)

TCVN7572-4:2006 2,63

3

Khối lượng

thể tích

(g/cm3)

-Trạng thái

thô

-Trạng thái

bão hào

nước

TCVN7572-4:2006 2,56

2,58

4

Khối lượng

thể tích

xốp

-Không lèn

chặt ở

trạng thái

tự nhiên

(kg/cm3)

-Lèn chặt

(kg/cm3)

TCVN7572-6:2006

1290

1650

nước (%) TCVN7572-4:2006 1,03

6 Độ hổng

(%) TCVN7572-6:2006 41,50

7

Hàm lượng

tạp chất

hữu cơ (%)

TCVN7572-9:2006 Sáng hơn

màu

chuẩn

8

Hàm lượng bụi bùn sét bẩn (%)

TCVN7572-8:2006 1,3

9

Cỡ hạt lớn hơn 5mm (%)

TCVN7572-8:2006 5,9

10 Modul độ lớn cát TCVN7572-2:2006 1,9

2.2.1.4 Cốt liệu lớn

Đá sử dụng trong đề tài này là đá 1x2 có cỡ hạt đều, sạch, chắc Các thông số được thí nghiệm như sau:

Bảng 2.3: Các thông số của cốt liệu lớn (Đá)

STT Tên chỉ

tiêu

Phương pháp thử KQTN

1 Độ ẩm (%)

2

Khối lượng riêng (g/cm3)

TCVN7572-5:2006 2,79

3

Khối lượng thể tích (g/cm3) -Trạng thái thô -Trạng thái bão hào nước

TCVN7572-5:2006 2,75

2,77

4

Khối lượng thể tích xốp -Không lèn chặt ở trạng thái

tự nhiên (kg/cm3)

-Không lèn chặt ở trạng thái khô (kg/cm3)

-Lèn chặt ở trạng thái

TCVN7572-6:2006

1510

1500

1720

khô

(kg/cm3)

nước (%)

6 Độ hổng

(%)

TCVN7572-6:2006 45,46

7

Độ nén dập

trong

xilanh

-Trạng thái

khô (%)

TCVN7572-11:2006 9,0

8

Hàm lượng

bụi bùn sét

bẩn (%)

9

Hàm lượng

hạt thoi dẹt

(%)

10

Hàm lượng

hạt mềm

yếu phong

hóa (%)

TCVN7572-17:2006 0,7

10

Hàm lượng

hạt mềm

yếu phong

hóa (%)

TCVN7572-17:2006 0,7

2.2.1.5 Phụ gia hóa dẻo

Phụ gia sử dụng là phụ gia siêu dẻo Master Ease 3018

của Công ty Hóa chất O-Basf

Các đặc điểm như sau:

Phụ gia giảm nước thế hệ mới, có thành phầnbao gồm

các polycarboxylate ether (PCE) đuợc liên kết với

nhau bằng công nghệ sureTEC Sự kết hợp hoàn hảo

giữa khả năng duy trì độ sụt, sự phát triển cường độ

sớm và sau cùng, có khả năng thỏa mãn các yêu cầu

khắt khe mà phụ gia siêu dẻo truyền thống không thể

đáp ứng được, đạt hiệu quả cao khi sử dụng ở tỉ lệ

nước/ xi măng vừa và thấp

Hình 2.1: Tham quan và xin phụ gia tại nhà máy phụ

gia O-Basf ( Bình Dương)

2.2.1.6 Nước

Nước dùng để thí nghiệm là nước máy đảm bảo các chỉ tiêu của nước theo TCVN 4506 : 1987

2.2.2 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích nguyên liệu ban đầu: các chỉ tiêu cơ lý của

xi măng, cát, đá, nước; tro bay

- Thiết kế cấp phối cho BTXM thương phẩm, đổ mẻ

bê tông thực nghiệm xem xét độ sụt, thời gian duy trì tính công tác, cường độ bê tông để điều chỉnh cấp phối theo thực nghiệm

- Đổ bê tông với các hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng dần ( 0%, 10%, 20%, 30%, 40%), đúc mẫu

BT thử độ sụt, thời gian duy trì tính công tác, cường

độ bê tông ở R3, R7, R28 ngày và so sánh nhận xét để chọn ra được hàm lượng tro bay có thể thay thế xi măng tốt nhất cho cường độ cao và độ sụt đảm bảm cho thi công bê tông thương phẩm

2.2.3 Phương pháp thử nghiệm thực nghiệm 2.2.3.1 Tính toán thiết kế cấp phối bê tông xi măng

Phương pháp Bolomey – Skramtaev:

Tính toán thành phần vật liệu

Cơ sở lý thuyết: BT được coi là hoàn toàn đặc và thể

tích BT bằng tổng các thể tích đặc riêng rẽ của các VL thành phần tạo ra bê tông:

Va b  1000  Va X  Va C  Va Đ  Va N

Công thức Bolomey-Skramtaev:

Bước 1: Xác định cường độ yêu cầu Ryc Bước 2: Chọn độ sụt thiết kế (S, cm):

Bước 3: Xác định lượng nước (N, lít)

Bước 4: Xác định tỷ lệ X/N

Bước 5: Xác định lượng xi măng (X, kg)

Bước 6: Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ, kg)

Bước 7: Xác định lượng cát (C, kg) Bước 8: Thành phần các vật liệu cho 1 m3 bê tông được biểu thị bằng tỷ lệ khối lượng của từng vật liệu

X

Đ X

C X

N X

Đ X

C X

N X

X

: : : 1 : :

Sau khi thiết kế cấp phối theo phương pháp trên thì ta

sẽ đổ bê tông thực nghiệm và điều chỉnh để được cấp phối đối chứng dùng chung cho toàn bộ quá trình thử nghiệm các hàm lượng tro bay thay thế

2.2.3.2 Xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông Hình 2.2: Thử nghiệm độ sụt của hỗn hợp Bê tông

2.2.3.3 Xác định cường độ chịu nén của BTXM

- Tiêu chuẩn thử nghiệm cường độ nén của BTXM

TCVN 3118-93

- Đổ bê tông vào khuôn hình lập phương thử cường

độ chịu nén 15x15x15(cm), đổ dần vào khuôn làm 2

lần, lần 1 đổ dày =2/3 chiều cao của khuôn, lần 2 đầy

khuôn Ở mỗi lần đều đem mẫu khi đầm rung bằng

máy rung cho đến khi thấy thoát hết khí và bề mặt

bằng phẳng thì nhấc mẫu xuống, dán tem kí hiệu mẫu

nén các ngày tuổi

- Bảo dưỡng ẩm 1 ngày và ngâm trong nước 27 ngày

đêm Đo cường độ nén ở độ tuổi 3,7, 28 ngày đêm

- Đánh giá kết quả

+ 1 tổ thường gồm 3 mẫu thí nghiệm, ta sẽ

thu được 3 trị số cường độ chịu nén Rni (i= 1, 2, 3)

Nếu 2 trị số cường độ lớn nhất và nhỏ nhất không lệch

quá 15% so với cường độ của viên mẫu còn lại thì giá

trị cường độ của BT được xác định bởi trị số cường

độ nén trung bình của 3 mẫu thử:

3

3 2 1

MPa R

R R

n







+ Nếu trị số cường độ lớn nhất và nhỏ nhất

lệch quá 15% so với cường độ mẫu còn lại sẽ bỏ 2 giá

trị lớn nhất và nhỏ nhất và cường độ của bê tông được

lấy là trị số cường độ còn lại Nếu có điều kiện thí

nghiệm lại thì ta nên loại bỏ tổ mẫu này và tiến hành

thí nghiệm lại

2.3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN

2.3.1 Thiết kế cấp phối bê tông xi măng thương

phẩm sử dụng tro bay

2.3.1.1 Sơ đồ thiết kế CP BTXM dùng tro bay

thay thế một phần xi măng

2.3.1.2 Tính toán cấp phối bê tông xi măng thương

phẩm

X

M,

kg

Cát

,

kg

Đá ,

kg

Phụ gia , lít

Nướ

c, lít

Độ sụt,

cm

Tách nước 35

0

78

0

105

Khôn

g

2.3.1.3 Khảo sát độ sụt

Tro bay

thay thế

( %)

Độ sụt

0 12 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ

10 13 BT linh động hơn, dễ trộn dễ

đổ

20 14.5 BT rất linh động

BT cực kì linh động, hàm lượng hạt mịn trong bê tông cao

40 18 BT chảy xòe, không tách nước

Hình 3.1: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng tro bay

2.3.1.4 Khảo sát cường độ chịu nén

Hình 3.2Đúc mẫu và đầm rung bằng máy tại phòng

thí nghiệm BTXM của nhóm

Hình 3.3:Nén mẫu vuông tại phòng thí nghiệm

BTXM của nhóm Hàm lượng tro bay (%)

3 ngày ( Mpa)

7 ngày (Mpa)

28 ngày ( Mpa)

0 20.9 23.7 34.1

Bảng 3.3: Bảng kết quả đo cường độ nén

Hình 3.4:Cường độ chịu nén 3, 7, 28 ngày theo từng

hàm lượng tro bay thay thế

2.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2.4.1 Kết luận

Mục tiêu ban đầu của đề tài nghiên cứu là tận

dụng tro bay ở nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay

đã qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay thế

hàm lượng xi măng trong hỗn hợp BT thương phẩm

để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho BT

- Đánh giá được khả năng áp dụng loại BT dùng tro

bay để giảm phế thải cho môi trường, giảm diện tích

chôn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải ra

Trong quá trình nghiên cứu đạt được một số

kết quả như sau:

- Có thể sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng

để chế tạo BTXM thương phẩm

- Hàm lượng tro bay tối ưu chiếm 20% nguyên liệu

trong cấp phối, đây là tỉ lệ phần trăm tro bay cao nhất

mà mẫu BTXM vẫn đạt cường độ nén là 30MPa, và

độ sụt là 14,5 cm đảm bảo thi công tốt

- Các kết quả thí nghiệm quan trọng cho BTXM

thương phẩm giữa mẫu đối chứng và mẫu tro bay thì

hầu như mẫu đối chứng đều cho kết quả tốt hơn mẫu

tro bay về cường độ và thấp hơn về độ sụt Tuy nhiên

chênh lệch kết quả cũng không quá nhiều ở các liều

thay thế thấp ( 10%-20%) và chênh lệch kết quả khá

cao ở liều thay thế tro bay cao ( 30-40%), nên nếu ứng

dụng tro bay vào BT thương phẩm thì bước đầu cũng

thu được những kết quả nhất định

2.4.2 Kiến nghị

- Khi dùng các tiêu chuẩn để xác định cáchỉ tiêu của

BT thương phẩm thì hầu như là những tiêu chuẩn áp dụng trong phòng thí nghiệm Cho nên những kết luận này chỉ đúng trong điều kiện PTN

- Nếu có điều kiện nghiên cứu cao hơn thì nên tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của BTXM thương phẩm

có tro bay trên trạm trộn Bê tông thực tế thì kết quả sẽ

có tính thực tiễn và khả năng ứng dụng cao

- Có điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng của loại BTXM thương phẩm dùng tro bay thay thế một phần

xi măng này đến sức khỏe con người, sự bong tróc, ô nhiễm môi trường dưới tác động của khí hậu theo thời gian

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Ngô Xuân Quảng –

Mai Đình Lộc – Vật liệu xây dựng– Nhà Xuất Bản

Giao Thông Vận Tải - 2011

[2] Nguyễn Thanh Sang, Trần Lê Thắng, Nguyễn

Quang Ngọc (2010), “Bê tông cát nhiều tro bay làm

lớp móng mặt đường ôtô: Giải pháp kinh tế và môi trường’’, Tạp chí KHGTVT- Trường ĐH GTVT (30),

tr 84-91

[3] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2006 Cốt Liệu

Cho Bê Tông Và Vữa

[4] TCVN 3105:1993 - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu bê tông

[5] TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén

[6] ACI 232.2R-96, Use of Fly Ash in Concrete.