(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng một số loại rác thải công nghiệp

TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXİT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CÔNG NGHİỆP Học viên: Phạm Công Tuấn Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựn

Mục tiêu đề tài

Đánh giá ảnh hưởng của rác thải công nghiệp (xỉ lò cao và tro bay với tỉ lệ khác nhau) đến khả năng chống xâm thực của dung dịch axit sunfuric (H2SO4) 10% của bê tông khi sử dụng các rác thải công nghiệp

Phương pháp nghiên cứu

- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam:

+ TCVN 3105:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - lấy mẫu, chế tạo và bão dưỡng mẫu;

+ TCVN 3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt;

+ TCVN 3115:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích; + TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén

- Thí nghiệm xác định sự hư hại bề mặt, sự suy giảm khối lượng và sự suy giảm cường độ chịu nén của bê tông có thành phần tỷ lệ xỉ lò cao, tro bay và thế xi măng với tỉ lệ khác nhau được ngâm trong dung dịch axit sunfuric (H2SO4) 10% với thời gian khác nhau

- Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm

Chương 1: Tổng quan bê tông và các đặc tính cơ lý, độ bền của bê tông

Chương 2: Một số loạı rác thảı công nghıệp và ứng dụng trong xây dựng

Chương 3: Thı́ nghıệm xác đı ̣nh khả năng chống xâm thực axıt của bê tông có sử dụng tro bay và tro xỉ lò cao

Kết luận và kiến nghị

TỔNG QUAN BÊ TÔNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG

Bê tông

Bê tông là đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại nhỏ và lớn Loại nhỏ là cát có kích thước từ 1-5 mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước từ 5-40 mm Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác

Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng.

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi) Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo.

1.1.1 Nguồn gốc của bê tông

Bê tông là vật liệu nhân tạo được hình thành từ vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Mặc dù vậy, nó chỉ đúng với dạng bê tông hiện đại, trong khi đó, bê tông lại có nguồn gốc từ rất lâu rồi Theo các nghiên cứu khảo cổ khoảng 2 ngàn năm trước, người dân La Mã đã biết sửa dụng tro núi lửa trộn với nước như một loại "bê tông đặc biệt" trong việc tạo nên những công trình thế kỷ sau này, điển hình là đấu trường Colosseum tại thủ đô Rome, (Hình 1.1) [35]

Cụ thể, những thợ thủ công cổ đại của thành phố cảng Pozzuoli (nay là thủ phủ tỉnh Naples, Italy) trở nên cực kỳ nổi tiếng nhờ một loạt vật liệu có tên pozzolana - thành phần chính là tro núi lửa của ngọn núi Campi Flegrei gần đó (Hình 1.2) Theo những ghi chép khảo cổ, pozzolana được mệnh danh là "vật liệu thần thánh" khi chỉ cần trộn nó với nước là được một loại đất dẻo có thể tạo hình theo ý muốn và khi để khô nó sẽ cùng với đá khối tạo ra những bức tường thành bất khả xâm phạm với kẻ thù Đây chính là dạng "bê tông" đầu tiên của nhân loại [35]

Các nhà khảo cổ đã phát hiện ra pozzolana là hỗn hợp của Silic dioxit (SiO2), có nhiều trong cát, và vôi sống (CaO) - hai trong ba thành phần chính của bê tông trước khi xi măng xuất hiện Ngay lập tức, đội ngũ khảo cổ đã nhờ đến sự trợ giúp của các chuyên

DUT.LRCC gia địa chất của đại học Stanford để nghiên cứu khu vực miệng núi lửa Campi Flegrei

Hình 1.1: Tro núi lửa pozzolana - Bê tông thời cổ đại

Rome, Italy Đội ngũ nghiên cứu sau khi thu thập đủ dữ liệu đã phát hiện ra khu vực miệng núi lửa có rất nhiều đá vôi (CaCO3), dưới nhiệt cực cao của khu vực này thì một phản ứng hóa học cơ bản đã xảy ra:

Khi núi lửa phun trào, lớp CaO tích tụ lâu ngày sẽ bắn lên không trung và bay xa Không ít mảng lớn sẽ bay về phía bờ biển cách đó không xa và lẫn với cát biển, những người thợ thủ công tại Pozzuoli đã phát hiện ra chúng và họ tình cờ nhận thấy những mảng bị ẩm ướt có thể trở nên cực kỳ rắn chắc khi chúng bị phơi khô dưới ánh nắng Bê tông có nguồn gốc từ đây

1.1.2 Các loại bê tông hiện đại điển hình

Sau khi đế chế La Mã sụp đổ, năm 1824, Joseph Aspdin chính thức sáng tạo ra xi măng Portland - đặt nền móng cho bê tông hiện đại Với việc nung đá vôi và đất sét giàu silic dưới điều kiện 600 o C, Joseph Aspdin đã tạo canxi silicat (Ca2SiO4) giống như cách núi lửa Campi Flegrei đã từng làm

Với sự xuất hiện của xi măng Portland, ngành xây dựng thực sự đã thay đổi sau những năm 40 của thế kỷ 19 Thậm chí, các chuyên gia đã tạo ra nhiều loại bê tông khác nhau để phù hợp với những mục đích sử dụng cụ thể

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật liệu là bê tông và thép Sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật cho bê tông cốt thép Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó tránh được sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định vị bê tông nhằm tránh nứt vỡ Bê tông có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm

DUT.LRCC này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt Trong hầu hết các công trình hiện nay, bê tông cốt thép đóng vai trò là kết cấu chịu lực chính cho cả công trình, (Hình 1.3)

Hình 1.3: Bê tông cốt thép 1.1.2.2 Bê tông tiêu thấm

Bê tông tiêu thấm nước với những ưu điểm vượt trội như làm giảm thiểu ô nhiễm nước mưa, bảo vệ nguồn nước ngầm là một hướng mới về công nghệ bê tông thân thiện với môi trường Công nghệ bê tông mới này đang được các nước trên thế giới chú trọng phát triển đặc biệt là với những nước mà vấn đề ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi trường mang tới những hậu quả nghiêm trọng [35]

Khả năng cho nước thấm qua bê tông mà vẫn đảm bảo về cường độ và tuổi thọ giúp cho loại bê tông này vượt trội hơn các loại bê tông truyền thống Trên thế giới, đã có một số nước áp dụng bê tông thấm nước vào trong các công trình xây dựng như đường giao thông, vỉa hè, bãi đỗ xe,… và đã đạt được hiệu quả cao về mặt môi trường, kinh tế, kết cấu, thẩm mỹ,…(Hình 1.4)

Hình 1.4: Bê tông tiêu thấm 1.1.2.3 Bê tông sinh học

Những công trình làm từ bê tông theo thời gian sẽ xuất hiện những vết nứt không

Các tính chất cơ lý của bê tông

Các tính chất cơ lý của bê tông bao gồm: Tính cơ học và tính vật lý Tính chất cơ lý của bê tông phụ thuộc vào: Chất lượng, đặc trưng của vật liệu, thành phần cấp phối, tỷ lệ nước/xi măng, biện pháp thi công Tính cơ học bao gồm cường độ (kéo, nén, ), biến dạng Tính vật lý bao gồm tính công tác, co ngót, từ biến, khả năng chống thấm nước, chống mài mòn, [34]

Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp bê tông, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định Để đánh giá tính công tác của hỗn hợp bê tông người ta thường dùng hai chỉ tiêu đó là độ lưu động và độ cứng [34] Độ lưu động là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động Độ lưu động được xác định bằng độ sụt (SN, cm) của khối hỗn hợp bê tông trong khuôn hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu Độ cứng của hỗn hợp bê tông là thời gian rung động cần thiết (s) để san bằng và lèn chặt hỗn hợp bê tông trong bộ khuôn hình nón cụt và hình lập phương

Khả năng giữ nước là tính chất nhằm để đảm bảo độ đồng nhất của hỗn hợp bê tông trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nén Khi đầm nén hỗn hợp bê tông dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống và xích lại gần nhau, nước bị ép tách ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên cùng với xi măng chui qua kẽ hở của cốp pha ra ngoài, tạo thành những lỗ rỗng, làm khả năng chống thấm nước của bê tông giảm Một phần nước thừa đọng lại bên trong hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng, ảnh hưởng xấu đến cấu trúc và tính chất của bêtông Việc giảm lượng nước nhào trộn và nâng cao khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt và lựa chọn thành phần hạt cốt liệu một cách hợp lý Các yếu tố ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp bê tông [34] :

- Lượng nước nhào trộn: Là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo ra hồ xi măng và lượng nước dùng cho cốt liệu để tạo ra độ dẻo cần thiết cho quá trình thi công Khả năng hấp thụ nước của cốt liệu là một đặc tính công nghệ quan trọng của nó Khi diện tích bề mặt các hạt cốt liệu thay đổi, hay nói cách khác tỷ lệ các cấp hạt của cốt liệu, độ lớn của nó và đặc trưng bề mặt của cốt liệu thay đổi thì độ cần nước cũng thay đổi Vì vậy, khi xác định thành phần bê tông thì việc xác định tỷ lệ cốt liệu nhỏ-cốt liệu lớn tối ưu để đảm bảo cho hồ xi măng nhỏ nhất là rất quan trọng Để đảm bảo cho bê tông có cường độ yêu cầu thì tỷ lệ nước - xi măng phải giữ ở giá trị không đổi và do đó khi độ cần nước của cốt liệu tăng thì dẫn đến chi phí quá nhiều xi măng Việc xây dựng lượng nước nhào trộn phải thông qua các chỉ tiêu về tính công tác có tính đến loại và độ lớn của cốt liệu Khi lượng nước còn quá ít, dưới tác dụng của lực hút phân tử, nước chỉ đủ để hấp phụ

DUT.LRCC trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp Lượng nước tăng lên đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do, màng nước trên bề mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giữa chúng giảm xuống, độ lưu động tăng lên Lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông Đối với hỗn hợp bê tông dùng xi măng

- Loại và lượng xi măng: Nếu hỗn hợp bê tông có đủ xi măng để cùng với nước lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu, bọc và bôi trơn bề mặt của chúng thì độ dẻo sẽ tăng Độ lưu động còn phụ thuộc vào loại xi măng và phụ gia vô cơ nghiền mịn, vì bản thân mỗi loại xi măng sẽ có đặc tính riêng về các chỉ tiêu lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn, thời gian đông kết và rắn chắc Lượng hỗn hợp xi măng: Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) chỉ đủ để lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tông rất cứng, thi công sẽ khó khăn Để tạo cho hỗn hợp có độ dẻo cần thiết thì phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và bọc xung quanh chúng một lớp hỗn hợp xi măng, do đó thể tích phần hỗn hợp sẽ bằng thể tích phần rỗng trong cốt liệu lớn nhân với hệ số trượt Phụ gia hoạt động bề mặt (phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo) mặc dù cho vào hỗn hợp bê tông với một lượng nhỏ (0.15 - 1.2% khối lượng ximăng) nhưng có tác dụng pha loãng hỗn hợp bê tông Phụ gia siêu dẻo cho phép sử dụng để chế tạo các sản phẩm bê tông khi thi công bằng bơm và vận chuyển bê tông trong các đường ống, đồng thời giảm đáng kể tỉ lệ N/X mà vẫn đảm bảo độ lưu động và có thể tạo ra các loại bê tông mác cao

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông, còn hiện tượng co ngót luôn luôn kéo theo hậu quả xấu Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nước Do bị co ngót nên bê tông bị nứt, giảm cường độ, độ chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực Vì vậy, đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn [34] 1.2.3 Cường độ chịu nén

Cường đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: Lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn Mẫu để đo cường độ có kích thước 150x150x150(mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn trong thời gian 28 ngày

1.2.4 Tính chống thấm của bê tông

Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao quản Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0.5μm Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4, B6, B8, B10, B12) Tính chống thấm của bê tông được xác định theo TCVN 3116:1993

1.2.5 Các đặc tính độ bền của bê tông

Hiện tượng ăn mòn kết cấu bê tông là một vấn đề rất nghiêm trọng, nó ảnh hưởng lớn đến độ an toàn của công trình, đến sức khỏe và tính mạng của người thi công xây dựng Vấn đề này đã và đang được xem là một trong những thách thức lớn với ngành xây dựng dân dụng ngày nay Môi trường không ngừng tác động đến các kết cấu của bê tông Làm thế nào để ngăn chặn sự ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép, góp phần vào việc bảo vệ an toàn kết cấu công trình Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự hư hỏng trong kết cấu của bê tông chính là sự ăn mòn cốt thép trong môi trường biển, môi trường trong các nhà máy hoá chất [38]

1.2.5.1 Nguyên nhân ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển

Hình 1.6: Công trình bị xâm thực bởi nước biển

Có thể nói rằng Bê tông cốt thép là vật liệu phổ biến và thành công nhất trong lịch sử ngành xây dựng với xấp xỉ 12 tỉ tấn bê tông được sản xuất hằng năm, nhiều hơn bất kỳ vật liệu nhân tạo nào trên thế giới Thông thường, khi kết cấu bê tông được thiết kế phù hợp và được đúc cẩn thận, kết cấu luôn bền vững trong suốt tuổi thọ làm việc Bình thường, cốt thép được bảo vệ hoàn toàn trong môi trường kiềm của bê tông nhờ vào hàm lượng lớn của canxi oxit, natri oxit và kali oxit hoà tan Các hợp chất kiềm trong bê tông giữ độ pH ở mức 12-13 giúp tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép Trong điều kiện thông thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ cốt thép chống lại

DUT.LRCC sự tấn công của các tác nhân ăn mòn từ môi trường Cơ chế này được gọi là “cơ chế bảo vệ thụ động” của cốt thép, có hai cơ chế có thể phá vỡ sự tự bảo vệ của kết cấu bê tông cốt thép và được xem như là tác nhân chính dẫn đến ăn mòn của cốt thép trong bê tông Đó là hiện tượng cacbonat hoá và sự xâm nhập của ion clorua (Hình 1.6) [40]

1.2.5.2 Quá trình Carbonat hoá trong bê tông

Sự tập trung hàm lượng dung dịch Canxi hydroxit hoà tan (Ca(OH)2) trong các lỗ hổng của kế cấu bê tông là kết quả của quá trình thuỷ hoá xi măng giúp giữ độ pH ở ngưỡng an toàn 12-13 Như đã nói, trong môi trường kiềm, cốt thép hoàn toàn được bảo vệ khỏi các tác nhân ăn mòn nhờ vào lớp màng mỏng trên bề mặt (dày từ 2-20 nanomét) Tuy nhiên, quá trình carbonat hoá với sự hiện diện của CO2, nước và Ca(OH)2 tạo nên canxi carbonat và trung hoà môi trường kiềm trong bê tông theo phản ứng dưới đây [40] :

CO2 + H2O + Ca(OH)2 + CaCO3 (calcium carbonate) + 2H2O

Sau quá trình trung hoà, khi độ pH trong bê tông giảm xuống dưới mức 9, cơ chế

“tự bảo vệ thụ động” của bê tông không còn tồn tại và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn Quá trình ăn mòn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt thép và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê tông Sự phát triển của vết nứt phát triển dần dưới sự tấn công của các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hoàn toàn sự kết dính giữa bê tông và cốt thép (spalling) (Hình 1.8)

Tốc độ của quá trình carbonat hoá phụ thuộc vào tác động của các tác nhân từ môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất cơ lý của bê tông như độ kiềm và độ thẩm thấu Điều kiện lý tưởng thúc đẩy quá trình carbonat hoá hoạt động mạnh là khi độ ẩm không khí ở mức 60-75% Hơn nữa, tốc độ quá trình carbonat hoá tăng dần khi hàm lượng CO2 trong không khí và nhiệt độ tăng dần Mặt khác, hàm lượng xi măng là một yếu tố quan trọng để tăng độ kiềm và làm chậm quá trình carbonat hoá Ngoài ra, bề dày lớp bê tông bảo vệ cũng đóng vai trò quan trọng giảm quá trình ăn mòn Carbonat hoá là một quá trình chậm, đặc biệt khi nhiệt độ môi trường ở mức bình thường Tuy nhiên, nó lại là vấn đề nghiêm trọng đối với những công trình có tuổi thọ cao (≥ 30 năm) [40]

Hình 1.7: Quá trình Carbonat hoá trong bê tông 1.2.5.3 Sự xâm nhập của ion clorua

Kết luận Chương 1

Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về bê tông, các đặc tính cơ lý, trình bày nguồn gốc, lịch sử hình thành, chi tiết một số tính chất quan trọng như tính công tác, tính co ngót, cường độ chịu nén và cấp độ chống thấm của bê tông

MỘT SỐ LOẠI RÁC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG

Giới thiệu

Rác thải công nghiệp là rác thải được tạo ra từ hoạt động công nghiệp, bao gồm bất kỳ vật liệu nào trở nên không còn khả năng sử dụng trong quá trình sản xuất tại các nhà máy, công nghiệp, luyện kim và hoạt động khai thác Các loại rác thải công nghiệp bao gồm bụi bẩn và sỏi, gạch và bê tông, kim loại phế liệu, dầu, dung môi, hóa chất, gỗ phế liệu, thậm chí cả thực vật từ các nhà hàng Rác thải công nghiệp có thể là chất rắn, lỏng hoặc khí Nó có thể là rác thải nguy hại hoặc không nguy hại Rác thải công nghiệp có thể gây ô nhiễm không khí, đất hoặc các nguồn nước gần đó Hiện nay, rác thải công nghiệp thường được trộn vào rác thải đô thị, làm cho việc đánh giá chính xác trở nên khó khăn Ước tính Hoa Kỳ có tới 7.6 tỷ tấn rác thải công nghiệp được tạo ra mỗi năm Hầu hết các quốc gia đã ban hành luật để xử lý vấn đề rác thải công nghiệp, nhưng chế độ nghiêm ngặt và tuân thủ khác nhau

Rác thải độc hại, rác thải hóa học, rác thải rắn công nghiệp và rác thải rắn đô thị là những chỉ định của rác thải công nghiệp Các nhà máy xử lý nước thải có thể xử lý một số rác thải công nghiệp, tức là những rác thải bao gồm các chất ô nhiễm thông thường như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) Rác thải công nghiệp có chứa chất ô nhiễm độc hại hoặc nồng độ cao của các chất ô nhiễm khác (như amoniac) đòi hỏi phải có hệ thống xử lý chuyên biệt

Rác thải công nghiệp có thể được phân loại dựa trên đặc điểm của chúng:

- Rác thải ở dạng rắn, nhưng một số chất ô nhiễm bên trong ở dạng lỏng hoặc lỏng, ví dụ như ngành sành sứ hoặc rửa khoáng sản hoặc than

- Rác thải ở dạng hòa tan và chất ô nhiễm ở dạng lỏng, ví dụ như ngành sữa Hiện nay, một số công ty đã có thể xử lý các vấn đề môi trường cho đất nước như xử lý rác thải để tận dụng nhiệt, giảm lượng than sử dụng, sử dụng bùn thải thay thế đất sét, tận dụng rác thải vật liệu xây dựng hay các công trình xây dựng bị phá dỡ, tận dụng tro sỉ của nhiệt điện làm phụ gia cho sản xuất xi măng… Cùng đó, giảm tối đa việc sử dụng nguyên liệu hóa thạch trong sản xuất clinker và xi măng như đá vôi, đất sét, silic, quặng sắt và thay thế bằng các nguyên liệu lấy từ các rác thải của các ngành kinh tế khác, cùng các rác thải trong hoạt động hàng ngày của xã hội như rác thải, bùn thải, tro xỉ, phế thải vật liệu xây dựng, tất cả tro thải sau quá trình đốt, các rác thải khác có các vật chất tương tự Theo đó, thay thế nhiên liệu đốt từ than, dầu bằng việc đốt rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt, các vật rác thải có khả năng sinh nhiệt mà con người đang thải ra hàng ngày, góp phần làm sạch môi trường và giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Tro bay

2.2.1 Khái niệm về tro bay

Tro bay là một loại khoáng hoạt tính Pozzolan dùng làm phụ gia cho chế tạo bê tông cường độ cao (Hình 2.1) Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ buồng đốt qua ống khói nhà máy Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết [36]

Hình 2.1: Tro bay Ở châu Âu và Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí Và thuật ngữ tro bay (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện [18] Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền được trình bày ở Bảng 2.1 [19]

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của tro bay của các quốc gia

Khoảng (% khối lượng) Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia SiO2 28.5 - 59.7 37.8 - 58.5 35.6 - 57.2 50.2 - 59.7 48.8 - 66.0

Khoảng (% khối lượng) Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia P2O5 0.1 - 1.7 0.1 - 0.3 1.1 - 1.5 0.1 - 0,6 0.2 - 3.9 TiO2 0.5 - 2.6 1.1 - 1.6 0.2 - 0.7 1.0 - 2.7 1.3 - 3.7

Tùy thuộc vào loại nhiên liệu mà thành phần hóa học trong tro bay thu được khác nhau Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học của tro bay với hai nguồn nguyên liệu sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện của nước này là than nâu và than đen, kết quả thu được trình bày ở Bảng 2.2 [19] Kết quả trên cho thấy, thành phần của các loại tro bay có được sau quá trình đốt cháy than đen (ZS-14 và ZS-17) và mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-16) là các nhôm silicat Còn mẫu tro bay có được sau quá trình đốt cháy than nâu (ZS-13) là loại canxi silicat Bảng 2.2: Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau

Loại tro bay Thành phần (%)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO

Các thí nghiệm khảo sát thành phần hóa học trong các mẫu tro bay ở các nước khác cũng đã được tiến hành và thu được các kết quả tương tự Đa số các mẫu tro bay ở Trung Quốc có thành phần chủ yếu là SiO2 và Al2O3, hàm lượng của chúng vào khoảng 650 g/kg đến 850 g/kg Các thành phần khác bao gồm lượng than chưa cháy, Fe2O3, MgO và CaO Tro bay Trung Quốc chứa hàm lượng than chưa cháy cao là do hệ thống lò đốt ở các nhà máy nhiệt điện ở Trung Quốc Theo tiêu chuẩn phân loại ASTM C618 thì tro

DUT.LRCC bay Trung Quốc thuộc loại C hay tro bay có chất lượng thấp Điều này ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng của tro bay ở Trung Quốc [20]

2.2.2 Các nguyên tố vi lượng trong tro bay

Quá trình đốt cháy than đá là một trong những nguyên nhân chính làm ô nhiễm không khí và phát tán các kim loại các nguyên tố vi lượng độc hại Hiểu được sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng như hàm lượng của nó có trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong vấn đề đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các ứng dụng tro bay

Dựa trên kết quả nghiên cứu các mẫu tro bay thu được từ 7 nhà máy nhiệt điện khác nhau ở Canada, các nhà nghiên cứu nước này đã cho biết hàm lượng của các kim loại nặng như As, Cd, Hg, Mo, Ni hay Pb trong tro bay có liên quan với hàm lượng lưu huỳnh có trong nguyên liệu than đá ban đầu Thông thường, các loại than đá có hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ có hàm lượng các nguyên tố này cao Tro bay ở Canada được thu hồi bằng phương pháp kết lắng tĩnh điện hoặc phương pháp lọc túi Kết quả cho thấy hàm lượng các nguyên tố trên trong các loại tro bay thu được từ phương pháp lọc túi cao hơn so với các mẫu tro bay thu được bằng phương pháp kết lắng tĩnh điện trong cùng một nhà máy [21]

2.2.3 Cấu trúc hình thái của tro bay

Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng Thông thường, các hạt tro bay hình cầu, rắn được gọi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong rỗng có tỷ trọng thấp hơn 1.0 g/cm 3 được gọi là các hạt rỗng Một trong các dạng thường thấy ở tro bay thường được tạo nên bởi các hợp chất có dạng tinh thể như thạch anh, mulit và hematit, các hợp chất có dạng thủy tinh như thủy tinh oxit silic và các oxit khác [22]

Hình 2.2: Sự tương phản về KT giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và các hạt nhỏ

Hình 2.3: Biểu diễn đặc trưng dạng

Các hạt tro bay đặc có khối lượng riêng trong khoảng 2.0 - 2.5 g/cm 3 có thể cải thiện các tính chất khác nhau của vật liệu nền như độ cứng và độ bền xé Các hạt tro bay rỗng có thể được sử dụng trong tổng hợp vật liệu compozit siêu nhẹ do khối lượng riêng rất nhỏ của chúng, chỉ khoảng 0.4-0.7 g/cm 3 , trong khi các chất nền kim loại khác có khối lượng riêng trong khoảng từ 1.6-11.0 g/cm 3 (Hình 2.2 & Hình 2.3) Cả hai loại hạt này thường thấy có lớp vỏ không hoàn chỉnh (bị rỗ)

- Cấu trúc bên trong: Các hạt bên trong có thể được thấy bởi các quan sát đơn giản Cấu trúc này bị che lấp bởi lớp vỏ thủy tinh, vì thế nó có thể được quan sát khi được xử lý với dung dịch HF, dung dịch này có thể hòa tan nhanh chóng phần thủy tinh và để lộ ra lớp vỏ bên trong Hình 2.2 và Hình 2.3 biểu diễn hai hạt tro bay cạnh nhau sau khi tiếp xúc ngắn (1/2 giờ) với dung dịch axit hydrofloric 1%, hai cấu trúc bên trong rất khác nhau đã được lộ ra Các hạt bên trái là các hạt có từ tính giàu sắt, và vật liệu có cấu trúc tinh thể bên có dạng hình cây được nghiên cứu bởi nhóm Biggs và Brunsnel Tất cả chúng đều có hình lập phương và được hy vọng hoàn toàn không có các phản ứng hóa học trong bê tông [22]

Hình 2.4: Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF

Hình 2.5: Cấu trúc tro bay tiếp xúc dung dịch HF trong thời gian dài

Các hạt ở bên phải Hình 2.4 chứa một cấu trúc đặc trưng của các hạt mullit có dạng thanh mỏng hay dạng hình kim, Al2O3.2SiO2 tìm thấy trong hầu hết các hạt không có từ tính của các hạt tro bay có hàm lượng canxi thấp điển hình

Sự vô cùng hỗn tạp của các hạt tro bay và cấu trúc được nhận thấy, bao gồm các hạt khác nhau trong cùng loại tro bay được thể hiện trong Hình 2.5 Mẫu tro bay này được tiếp xúc nhẹ trong thời gian lâu hơn với quá trình xử lý bằng axit hydrofloric trong thời gian 1 giờ Phần thủy tinh trong các hạt ở vùng giữa và trong của một số hạt khác được phân bố xung quanh phần đã bị hòa tan ở mức độ lớn

Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng

DUT.LRCC canxi cao [37] Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao [37] Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại [23] :

- Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%

- Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%

- Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, tro bay thường được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618 Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F (Bảng 2.3)

Bảng 2.3: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618

Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM

F Nhóm C Yêu cầu hóa học

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ nhất 70 50

Hàm lượng ẩm % lớn nhất 3 3

Hàm lượng mất khi nung % lớn nhất 5 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc

Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày) % nhỏ nhất 75 75

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng

Lượng nước yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0.8 0.8

Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM

F Nhóm C Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5

* Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM - C618 của Mỹ [24] :

+ Tro bay là loại F nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70% + Tro bay là loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%

* Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10302 - 2014 [2] : Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng tro bay được phân loại như sau:

- Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành 2 loại:

+ Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10%, ký hiệu: F

+ Tro bazơ: tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10%, ký hiệu: C

- Theo mục đích sử dụng, tro bay được phân thành 2 loại:

+ Tro bay dùng cho xi măng;

+ Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây

Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc độ phát triển của nền kinh tế Các nguồn cung cấp điện năng mới hiện nay đang phát triển nhanh chóng phải kể đến như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy điện,… Tuy có nhiều ưu điểm và được khuyến khích sử dụng nhưng các nguồn cung cấp điện năng này hiện nay mới chỉ đáp ứng được một lượng rất nhỏ nhu cầu điện năng toàn cầu và chỉ tập trung ở một vài nước phát triển Nguồn cung cấp điện năng chủ yếu vẫn dựa trên các nguồn truyền thống, sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm một tỷ trọng lớn

Tro xỉ lò cao

2.3.1 Phân loại xỉ lò cao

Xỉ lò cao và xỉ thép được phân loại khá rõ ràng, sự ảnh hưởng của các loại vật liệu này đến môi trường được đánh giá thông qua nước lọc rửa qua vật liệu xây dựng xỉ Đặc điểm chung tác động đến môi trường xung quanh của xỉ gang, xỉ thép là tạo ra môi trường kiềm với PH ban đầu có thể lên đến 8 - 12, sau đó giảm dần theo thời gian Xỉ thép tạo ra môi trường kiềm cao hơn so với xỉ lò cao Do có đặc tính khác nhau nên 2 loại xỉ gang và xỉ thép lại có khả năng sử dụng trong 1 phạm vi nhất định Xỉ gang được ứng dụng trong cốt liệu cho bê tông, vật liệu hạt cho đắp, san lấp công trình, vật liệu cho đường giao thông, cọc cát đầm chặt, làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng, chất kết dính gia cố nền đất và vật liệu hạt cho thoát nước [41] , quá trình sản xuất cụ thể như sau: a Xỉ lò cao

Xỉ lò cao được tạo ra trong quá trình sản xuất gang Tùy thuộc vào quy trình làm nguội, xỉ lò cao được chia thành hai loại: xỉ lò cao làm nguội chậm – được làm nguội tự nhiên nhờ không khí hoặc nước và xỉ hạt lò cao – được làm nguội nhanh bằng nước

Sơ đồ công nghệ quá trình tạo ra xỉ lò cao thể hiện trong Hình 2.9 [42]

Hình 2.9: Phân loại xỉ lò cao, thép

+ Xỉ lò cao làm nguội chậm (xỉ ABFS)

Xỉ nóng chảy hình thành từ lò cao được tháo ra sân (bãi) làm nguội Tại đây, xỉ nóng chảy được làm nguội tự nhiên hoặc phun nước, chúng đông cứng thành dạng giống như đá với cấu trúc tinh thể Xỉ lò cao làm nguội chậm thường được nghiền và sàng thành cỡ hạt yêu cầu để làm cốt liệu cho bê tông, vật liệu hạt cho san lấp và rải đường [42]

+ Xỉ hạt lò cao (xỉ GBFS)

Xỉ nóng chảy hình thành từ lò cao được tháo chảy ra các mương dẫn và được phun nước với áp lực cao để làm lạnh nhanh tạo nên các hạt giống như hạt cát có cấu trúc xốp Các hạt xỉ này trộn với nước tạo nên hỗn hợp lỏng được bơm ra bãi khử nước, tại đó các hạt xỉ được róc nước tự nhiên [42] b Xỉ thép (Steel slag)

Hình 2.10: Sơ đồ công nghệ quá trình tạo ra xỉ lò cao

Xỉ thép được tạo ra từ quá trình sản xuất thép Tùy thuộc vào lò luyện thép mà xỉ thép được chia thành hai loại: xỉ lò thổi (Basic Oxygen Furnace slag, viết tắt là xỉ BOF) hay còn gọi là lò chuyển – converter) và xỉ lò hồ quang điện (Electric Arc Furnace slag, viết tắt là xỉ EAF) (Hình 2.10) [42]

2.3.2 Tính chất của xỉ lò cao và xỉ thép

2.3.2.1 Đặc tính của xỉ lò cao Đặc tính cơ bản của xỉ lò cao được mô tả trong Bảng 2.6 Tính chất cơ lý và thành phần hóa điển hình của xỉ lò cao của một số nhà máy gang thép ở Việt Nam và xỉ lò cao, xỉ thép của Nhật Bản (để so sánh) được thể hiện trong Bảng 2.7 và Bảng 2.8 tương ứng

CỠ SÀNG (mm) Hình 2.11: Thành phần hạt xỉ hạt lò cao của một số nhà máy gang thép tại Việt Nam 2.3.2.2 Ảnh hưởng đến môi trường Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến môi trường khi sử dụng làm vật liệu xây dựng được đánh giá thông qua nước lọc rửa qua vật liệu sử dụng xỉ Đặc điểm chung tác động đến môi trường xung quanh của xỉ lò cao là tạo ra môi trường kiềm với pH ban đầu có thể lên đến 8-12, sau đó giảm dần theo thời gian Xỉ thép tạo ra môi trường kiềm cao hơn so với xỉ lò cao Xỉ ABFS khi chưa được xử lý có thể tạo ra nước lọc rửa có màu vàng/xanh, có mùi [42]

Bảng 2.6: Tổng hợp đặc tính của xỉ lò cao Đặc tính Xỉ lò cao làm nguội chậm (ABFS) Xỉ hạt lò cao (GBFS)

Xỉ ABFS có bề mặt thô, nhiều lỗ rỗng và góc cạnh; khối lượng thể tích nhẹ hơn và độ hút nước lớn hơn so với đá dăm tự nhiên Xỉ ABFS có chất lượng thay đổi tùy thuộc vào mỗi nhà máy và lô sản xuất, do tính chất vật lý của nó thay đổi phụ thuộc vào độ dày của lớp xỉ nóng chảy và phương pháp làm nguội

Xỉ hạt lò cao có hình dạng bên ngoài giống với cát thô, hầu hết có cỡ hạt nhỏ hơn 5 mm, ít hạt mịn Xỉ hạt lò cao có thành phần chủ yếu ở dạng thủy tinh với các hạt rất góc cạnh

Do cùng nguồn gốc nên thành phần hóa của xỉ ABFS và xỉ hạt lò cao giống nhau Thành phần hóa của xỉ lò cao thông thường gồm canxi oxýt (CaO) và silic oxýt (SiO2) là các thành phần chính Chúng chứa nhiều

DUT.LRCC Đặc tính Xỉ lò cao làm nguội chậm (ABFS) Xỉ hạt lò cao (GBFS) vôi khi so sánh với đất và đá trong tự nhiên Ngoài ra chúng còn chứa nhôm oxýt (Al2O3) và magiê oxýt (MgO)

Thường được gia công cỡ hạt bằng cách nghiền và sàng thành cỡ hạt nhất định theo mục đích ứng dụng

Cỡ hạt chuẩn của xỉ hạt lò cao giống như cỡ hạt cát, hầu hết nhỏ hơn 5 mm và rất ít hạt mịn Kết quả phân tích thành phần hạt của xỉ hạt lò cao từ của một số nhà máy gang thép tại Việt Nam

Khối lượng thể tích của xỉ ABFS trong khoảng (2.45 – 2.55) g/cm 3 , thấp hơn so với đá vôi tự nhiên nhưng lớn hơn so với xỉ hạt lò cao

Khối lượng thể tích của xỉ hạt lò cao trong khoảng 2.25-2.95 g/cm 3

Khối lượng thể tích xốp

Xỉ ABFS được gia công thành vật liệu cấp phối dạng hạt cho đường giao thông chế tạo từ xỉ lò cao làm nguội chậm có cỡ hạt Dmax 20mm có khối lượng thể tích xốp khoảng 1100- 1300 kg/m 3

Khối lượng thể tích xốp của xỉ hạt lò cao trong khoảng 800-

1300 kg/m 3 , nhỏ hơn so với cát tự nhiên, với mức độ dao động cũng lớn hơn, khoảng 80-130 kg/m 3

Tính nở và ổn định thể tích

Xỉ ABFS có độ ổn định cao khi sử dụng làm cốt liệu cho bê tông xi măng và trong xây dựng

Xỉ hạt lò cao có độ ổn định cao khi sử dụng làm cốt liệu cho bê tông xi măng và trong xây dựng Độ hút nước Độ hút nước của xỉ ABFS khoảng 1,0 đến 6.0 % (phổ biến là 3 - 4 %), cao hơn so với đá dăm tự nhiên Độ hút nước của xỉ hạt lò cao khoảng 2.0 đến 6.0 % (phổ biến là 2 - 4 %), cao hơn so với đá dăm tự nhiên

Cường độ, tính chống mài mòn, va đập của cốt liệu xỉ lò cao ở mức thấp hơn so với cốt liệu tự nhiên

DUT.LRCC Đặc tính Xỉ lò cao làm nguội chậm (ABFS) Xỉ hạt lò cao (GBFS)

Do xỉ ABFS có bề mặt thô và hình dạng góc cạnh, nên góc nội ma sát của xỉ hạt lò cao lớn khoảng 40-45 o , lớn hơn của đá tự nhiên nghiền Tính chất này mang lại ưu điểm khi sử dụng xỉ lò cao làm nguội chậm làm vật liệu đắp nền

Metakaolin

Metakaolin là một loại vật liệu puzolan thu được bằng cách nung kaolinit ở nhiệt độ dao động từ 700°C đến 800°C (Hình 2.12) Theo tài liệu nghiên cứu của Trịnh Quang Minh, khi sản xuất ra 1 tấn Metakaolin bằng phương pháp đèn chớp sẽ sản sinh ra môi trường 96kg CO2, ít hơn rất nhiều so với sản xuất xi măng (xấp xỉ 1 tấn CO2/1 tấn xi măng) như trong Bảng 2.10, Metakaolin là một loại vật liệu thân thiện với môi trường.

Hình 2.12: Cấu tạo chất Kaolin Bảng 2.10: Kết quả đánh giá ảnh đến môi trường khi sản xuất Metakaolin theo phương pháp đèn chớp và sản xuất xi măng Quá trình Metakaolin Flash Xi măng (95% clinker)

Phát thải khí CO2 (kg/t) 96 913.6

Nhiệt lượng tỏa ra (MJ/t) 2211 7954

Phản ứng nung Kaolinit tạo thành Metakaolin:

Al2Si2O5(OH)4  Al2Si2O7 + 2H2O (1)

Kaolinit Metakaolin Khi có mặt portlandite (vôi), tùy theo tỷ lệ khác nhau mà các sản phẩm tạo ra do phản ứng puzolan giữa vôi và Metakaolin cũng khác nhau

- Phản ứng của Metakaolin với Ca(OH)2 theo Murat:

CH/AS2 = 1 AS2 + 3CH + 6H  C2ASH8 + C-S-H (2)

CH/AS2 = 1,67 AS2 + 5CH + 3H  C3AH6 + 2C-S-H (3)

CH/AS2 = 2 AS2 + 6CH + 9H  C4AH13 + 2C-S-H (4)

2.4.2 Thành phần hóa học của chất Metakaolin

Metakaolin có màu trắng hoặc gần trắng (độ sáng từ 79 – 82/100), dạng bột với khối lượng riêng vào khoảng 2.5 g/cm 3 (Hình 23)

- Kớch thước hạt rất nhỏ với 99% hạt nhỏ hơn 16 àm, kớch thước hạt trung bỡnh khoảng 2.23 - 3 àm, diện tớch bề mặt của Metakaolin vào khoảng 12 - 15.5 m 2 /g

- Công thức hóa học của Metakaolin là Al2Si2O7, thành phần hóa học của Metakaolin chủ yếu là SiO2 và Al2O3 và các thành phần hóa học chiếm khối lượng nhỏ khác Cụ thể theo Ambroise và đồng nghiệp (1994) đã xác định thành phần hóa học của vật liệu Metakaolin như ở Bảng 2.11

Bảng 2.11: Thành phần hóa học của Metakaolin

Thành phần hóa học của

Thành phần hóa học của

Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng lớn về kaolin, phân bố khá rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi trên lãnh thổ với các loại hình nguồn gốc khác nhau, trong đó tập trung chủ yếu trong 3 kiểu nguồn gốc, là phong hoá, trầm tích và nhiệt dịch [44]

- Kaolin nguồn gốc phong hóa: Theo tài liệu hiện có, kaolin nguồn gốc phong hoá tập trung chủ yếu ở Đông Bắc Bộ và ít hơn, có ở Trung Bộ và Tây Nguyên, bao gồm [44] :

+ Kaolin trong vỏ phong hóa các thân pegmatit: Các thân pegmatit có kích thước khác nhau phân bố trong các thành tạo biến chất có tuổi Proterozoi đến Paleozoi hạ dọc sông Hồng từ Lào Cai đến Phú Thọ Ở Phú Thọ, có các mỏ Hữu Khánh, Đồi Đao, Ba

Bò, Mỏ Ngọt; ở Yên Bái có các mỏ Trực Bình, Tân Thịnh; ở Lào Cai có mỏ Sơn Mãn; ở Đắk Lắk có mỏ Ia Knop; ở Quảng Nam có mỏ Đại Lộc Hàng trăm thân pegmatit có kích thước khác nhau bị phong hóa thành kaolin có giá trị công nghiệp Chất lượng kaolin phong hóa trên các thân pegmatit phụ thuộc rất lớn vào bề mặt địa hình và thành phần của pegmatit Tại các mỏ nêu trên, kaolin thường có chất lượng tốt, đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất sứ, sứ cách điện, chất độn trong các ngành công nghiệp, vật liệu chịu lửa samốt A và B Các mỏ thường có quy mô trung bình hoặc nhỏ

+ Kaolin trong vỏ phong hóa các đá magma xâm nhập: Kaolin được thành tạo trong vỏ phong hóa đá magma xâm nhập axit của các phức hệ Sông Chảy, Đại Lộc, Ngân Sơn, Phu Sa Phìn, Cà Ná có tuổi khác nhau từ Paleozoi đến Kainozoi, tạo thành các mỏ có giá trị công nghiệp đang được khai thác như Định Trung (Vĩnh Phúc), Trại Mát (Lâm Đồng), Đèo Le (Quảng Nam) Hầu hết các mỏ thường có quy mô nhỏ, trong số các tụ khoáng đã xác nhận chỉ có tụ khoáng Trại Mát thuộc loại quy mô tương đối lớn Một số nơi ở Đại Từ (Thái Nguyên), đã ghi nhận sự có mặt của các tụ khoáng và điểm kaolin được thành tạo do quá trình phong hoá đá gabbro

+ Kaolin trong vỏ phong hóa các đá phun trào axit: Kaolin thành tạo trong vỏ phong hóa các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr ở các hệ tầng Đồng Trầu, Khôn Làng, Văn Chấn, Mang Yang và Đơn Dương Loại hình này có quy mô nhỏ, chất lượng đáp ứng yêu cầu cho sản xuất sứ, gốm nhẹ, gạch chịu lửa

+ Kaolin trong vỏ phong hóa các trầm tích lục nguyên: Các tập cát bột kết, đá phiến, cuội kết giàu felspat thuộc các hệ tầng Sông Chảy, Hà Giang, Long Đại, Bản

Nguồn, Nà Quảng, Hòn Gai, Đồng Đỏ, Đồng Hới trong điều kiện phong hóa thuận lợi, cũng tạo thành các thân kaolin Chúng thường phân bố trong địa hình đồi thoải, các dải ruộng trũng và dưới các đụn cát ven biển Quy mô thường nhỏ, chỉ có ý nghĩa công nghiệp địa phương

- Kaolin nguồn gốc trầm tích: Kaolin nguồn gốc trầm tích phân bố trong các trầm tích Đệ tứ không phân chia, hình thành trong các thung lũng giữa núi, các bậc thềm sông và thềm ven bờ biển Kaolin trầm tích có trong các thành tạo Pleistocen trung-thượng, Pliocen-Pleistocen ở các thềm tướng sông, sông-biển, biển-sông, phân bố ở các địa hình đồng bằng có độ cao từ 15 đến 30 m, tập trung chủ yếu ở Đông Nam Bộ, điển hình là mỏ Đất Cuốc (Bình Dương)

- Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi trong các đá phun trào axit: Các thân kaolin-pyrophyllit được thành tạo do sự tiếp xúc trao đổi giữa các dung dịch nhiệt dịch với các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr, felsit, tuf của hệ tầng Khôn Làng Thành phần khoáng vật gồm kaolinit, pyrophyllit, sericit, alunit, thạch anh Các hoạt động đứt gãy khu vực phương ĐB đã tạo nên các thân quặng lớn có giá trị công nghiệp Điển hình là mỏ Tấn Mài (Quảng Ninh)

2.4.4 Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng

Sự phát triển trong hoạt động xây dựng ở các khu vực khác nhau trên thế giới là yếu tố thúc đẩy chính Kaolin Kaolin sở hữu các đặc tính như độ mờ tuyệt vời, hình dạng hạt phẳng, tính trơ hóa học và kết cấu không mài mòn, và do đó được sử dụng chủ yếu như một chất độn trong sản xuất sơn và giấy Trong khi Kaolin được sử dụng trong đồ gạch men, gốm sứ và thiết bị vệ sinh

Kết luận chương 2

Qua các nội dung trên, tác giả nhận thấy một số loại rác thải công nghiệp có thể được dùng làm cốt liệu cho gạch không nung, cấu kiện bê tông như tro bay, xỉ lò cao, metakaolin Các rác thải này nếu được dùng làm chất độn để giảm thiểu lượng xi măng sử dụng, tăng tính bôi trơn và làm tăng tuổi thọ khuôn Ngoài ra, giá thành sản phẩm đầu ra có thể cạnh tranh với nguyên liệu tự nhiên ở địa phương như cát san lấp, đá nghiền… và hoàn toàn có thể trộn vào các nguyên liệu này hoặc sử dụng độc lập vì sản phẩm đều đạt tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông và vữa theo TCVN 7570:2006 Bên cạnh đó, việc tiêu thụ sản phẩm giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường, gây hại cho sức khoẻ của con người, vật nuôi Góp phần làm sạch và xanh môi trường một cách hiệu quả

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXIT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ TRO XỈ LÒ CAO