Nghiên cứu sử dụng tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn trong sản xuất bê tông bọt

Bài viết Nghiên cứu sử dụng tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn trong sản xuất bê tông bọt nghiên cứu sử dụng tro bay và xỉ lò cao nghiền mịn để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông bọt. Ảnh hưởng của khối lượng thể tích khô lên các đặc tính kỹ thuật của bê tông bọt cũng được xem xét trong nghiên cứu này, từ đó các mối liên hệ tương quan giữa chúng được thành lập.

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO NGHIỀN MỊN TRONG SẢN XUẤT BÊ TƠNG BỌT Mai Thị Hồng1, Trịnh Thị Hiền1, Lưu Đình Thi1 Tóm tắt: Để xử lý phần chất thải rắn công nghiệp tạo vật liệu nhẹ có khả cách nhiệt tốt, nghiên cứu sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn sản xuất bê tông bọt Sáu hỗn hợp bê tông bọt thiết kế với tỷ lệ nước/chất kết dính 0,22, tro bay xỉ lò cao nghiện mịn sử dụng thay 20-30% xi măng, sử dụng hàm lượng bọt khác để tạo mẫu bê tơng có tỷ trọng khác Các đặc tính kỹ thuật bê tơng bọt thí nghiệm bao gồm: khối lượng thể tích, cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm, độ hút nước độ truyền nhiệt Kết thí nghiệm cho thấy khối lượng thể tích khơ có ảnh hưởng lớn đến đặc tính kỹ thuật bê tơng bọt Tương quan đặc tính kỹ thuật bê tơng bọt khối lượng thể tích khơ thành lập, giúp kỹ sư thiết kế mẫu bê tơng có trọng lượng, cường độ thông số kỹ thuật khác theo yêu cầu sử dụng Từ khóa: Bê tơng bọt, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn ĐẶT VẤN ĐỀ * Bê tơng bọt dạng bê tơng nhẹ có khối lượng thể tích nhỏ chứa lỗ rỗng khí tạo từ chất tạo bọt Bê tông bọt thường có độ chảy cao, sử dụng hàm lượng xi măng cốt liệu thấp (K Ramamurthy el al, 2009), (M.R Jones el al, 2015), có khả cách nhiệt tốt (Y.H.M Amran el al, 2015) Do đó, bê tơng bọt coi giải pháp kinh tế việc sản xuất vật liệu xây dựng nhẹ ứng dụng làm vách ngăn nhằm giảm tải trọng cho kết cấu cơng trình (N Uddin el al., 2006), (A.S Tarasov, 2010), (P.J Tikalsky, 2004) Ở Việt Nam, Huỳnh Trọng Phước cộng (Huỳnh Trọng Phước, 2019) nghiên cứu ảnh hưởng việc thay phần xi măng tro bay lên đặc tính kỹ thuật bê tông bọt Kết nghiên cứu cho thấy, sử dụng tro bay thay 20% xi măng cho kết tốt Khi mẫu bê tơng bọt có cường độ chịu nén 1,9 MPa, độ hút nước 36,4%, khối lượng thể tích khơ 622 kg/m3 hệ số hấp thụ Đại học Hồng Đức 12 nhiệt 0,148 W/mK Ngoài ra, nghiên cứu khác Việt Nam bê tơng bọt cịn hạn chế cơng bố Những năm gần đây, bê tông bọt nhiều nhà nghiên cứu giới quan tâm Abd cộng (Abd el al., 2016) nghiên cứu sản xuất bê tông bọt có khối lượng thể tích 12002000 kg/m3, cường độ chịu nén  45 MPa, độ hút nước 126%, hệ số hấp thụ nhiệt 0,1010,254 W/mK để thay gạch đất sét nung truyền thống Nghiên cứu Falliano cộng cho thấy cường độ chịu nén bê tông bọt phụ thuộc vào khối lượng thể tích khơ nó, điều kiện bảo dưỡng, phương pháp tạo mẫu, chất lượng nguyên vật liệu đầu vào (D Falliano et al., 2018) Nghiên cứu cịn khó để tạo bê tơng bọt vừa nhẹ vừa có có cường độ chịu nén cao Bên cạnh phương pháp sử dụng xi măng làm chất kết dính truyền thống, Zhang cộng sử dụng phương pháp kiềm hoạt hóa việc chế tạo bê tông bọt (Zhang el al., 2015) Trong hỗn hợp tro bay xỉ lị cao nghiền mịn kích hoạt KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) dung dịch kiềm NaOH 12M Bê tông bọt tạo có khối lượng thể tích từ 7201600 kg/m3, cường độ chịu nén tương ứng đạt 348 MPa, hệ số hấp thụ nhiệt từ 0,15  0,48 W/mK Như vậy, kết nghiên cứu rằng, cường độ chịu nén bê tông bọt tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích khơ Thêm vào đó, với phát triển ngành công nghiệp, lượng phế thải rắn từ nhà máy nhiệt điện nhà máy thép ngày tăng Hiện nay, nước hàng năm thải khoảng 28 triệu chất thải chủ yếu xỉ luyện kim, xỉ nhiệt điện, tro bay, … Một phần loại chất thải sử dụng làm vật liệu xây dựng, nhiên cịn lượng lớn chơn lấp lưu giữ bãi chứa Nguy loại chất thải rò rỉ bị phát tán môi trường xung quanh lớn, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (Lê Văn Quang, 2019) Do đó, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 08/CT-TTg việc đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao nhà máy nhiệt điện, hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng Xuất phát từ yêu cầu cấp bách xử lý chất thải rắn nhà máy nhiệt điện nhà máy thép, báo nghiên cứu sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn để thay phần xi măng sản xuất bê tông bọt Ảnh hưởng khối lượng thể tích khơ lên đặc tính kỹ thuật bê tông bọt xem xét nghiên cứu này, từ mối liên hệ tương quan chúng thành lập VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Các thành phần vật liệu thí nghiệm để chế tạo bê tơng bọt bao gồm: Xi măng, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, cát, phụ gia siêu dẻo, nước chất tạo bọt Nghiên cứu sử dụng xi măng Nghi Sơn PCB40, tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 1, xỉ lò cao nghiền mịn lấy từ nhà máy thép Hòa Phát cát lấy bãi cát Thọ Xn, Thanh Hóa Tính chất vật lý hóa học xi măng, tro bay, xỉ lị cao nghiền mịn thể Bảng Cát sử dụng có khối lượng riêng 2,68 T/m3, kích thước hạt từ 0,14 mm đến 0,63 mm, lượng tích lũy sàng 0,315 mm 59,7% Trong trình thực nghiệm, sử dụng cát có cỡ hạt từ 0,14 mm đến mm, mẫu bê tông sau đúc thường bị phân tầng hạt cát có kích thước lớn chìm xuống đáy, cỡ hạt từ 0,14 mm đến 0,63 mm lựa chọn Phụ gia siêu dẻo chất tạo bọt cung cấp Công ty Trách nhiệm hữu hạn Thương mại Đầu tư Thăng Tiến Phụ gia siêu dẻo THTSP-10 dạng bột có khối lượng riêng khoảng 1,07 T/m3, độ tinh khiết 97%, độ pH 6-8, hàm lượng Clo khoảng 0,02%, có khả giảm hàm lượng nước từ 20% đến 25%, sử dụng để đảm bảo tính công tác giảm hàm lượng nước sử dụng hỗn hợp bê tơng Chất tạo bọt EABASSOC có nguồn gốc từ vương quốc Anh, tỷ trọng 1,02 T/m3, độ pH 6,7, màu vàng nâu, không mùi Các chất kết dính (xi măng, tro bay, xỉ lị cao nghiền mịn), cát, phụ gia siêu dẻo minh họa Hình Bọt tạo cách trộn chất tạo bọt vào nước theo tỷ lệ 1/40, sau cho hỗn hợp chạy qua máy tạo bọt Hình Hình Vật liệu thí nghiệm 2.2 Thiết kế thành phần cấp phối Sáu hỗn hợp bê tông bọt thiết kế với tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) 0,22 Tỷ lệ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) 13 N/CKD hàm lượng phụ gia siêu dẻo lựa chọn nghiên cứu dựa kết thực nghiệm, để đảm bảo hỗn hợp vữa (bao gồm chất kết dính, nước phụ gia siêu dẻo) sau trộn có độ linh động phù hợp cho việc đúc mẫu, đánh giá đường kính chảy xịe vữa đạt khoảng 18±2 cm Hàm lượng tro bay sử dụng 10% tổng hàm lượng chất kết dính (xi măng, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn) Các mẫu S10 S20 sử dụng hàm lượng xỉ lò cao nghiền mịn tương ứng 10% 20% tổng hàm lượng chất kết dính Nghiên cứu Abdollahnejad cộng (Abdollahnejad et al, 2018) ră rằng, chất lượng bê tông bọt giảm tăng hàm lượng cát không nên sử dụng hàm lượng cát q 50% so với hàm lượng chất kết dính Vì vậy, hàm lượng cát sử dụng cho tất mẫu nghiên cứu lấy 25% tổng hàm lượng chất kết dính Lượng nước tính tốn cấp phối ban đầu cho m3 bê tông 180 kg, từ hàm lượng xi măng, tro bay, xỉ lị cao nghiền mịn cát hoàn toàn xác định Trong nhóm mẫu (nhóm mẫu S10 nhóm mẫu S20), hỗn hợp bê tơng thiết kế có tỷ lệ thành phần cấp phối tương tự nhau, khác hàm lượng bọt để tạo mẫu bê tơng có tỷ trọng khác Trong q trình thực nghiệm, hàm lượng bọt sử dụng cho mẫu khác nhau, dẫn đến thể tích thực chúng khác Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tơng bọt trình bày Bảng 2, hàm lượng sau quy đổi, tính cho m3 Thể tích hàm lượng bọt trình bày Bảng tính gần dựa thể tích mẫu (xác định từ khối lượng thể tích bê tơng tươi) trừ thể tích vật liệu thành phần Các số 1, 2, theo sau ký hiệu S10 S20 thể số thứ tự hỗn hợp bê tông, chúng thiết kế với hàm lượng bọt khác Cần lưu ý rằng, thể tích bọt sử dụng thực tế lớn so với thể tích bọt trình bày Bảng 2, phần chúng bị vỡ q trình trộn bê tơng 14 2.3 Tạo mẫu phương pháp thí nghiệm Các thí nghiệm thực Xưởng thực hành, khoa Kỹ thuật công nghệ, trường Đại học Hồng Đức Khối lượng vật liệu đầu vào chuẩn bị theo Bảng Trước tiên cho vật liệu khô bao gồm xi măng, xỉ lò cao nghiền mịn, tro bay, phụ gia siêu dẻo cát vào trộn trước thời gian khoảng phút Sau cho từ từ nước vào trộn đến đạt hỗn hợp đồng Cho bọt vừa tạo vào máy trộn trộn với tốc độ vừa phải đến hỗn hợp tương đối đồng Chú ý thời gian trộn không nên lâu tốc độ trộn không nhanh để hạn chế bọt khí bị vỡ q trình trộn Hình miêu tả q trình trộn hỗn hợp bê tơng bọt Hỗn hợp bê tơng bọt sau trộn rót vào khn thép có kích thước 10×10×10 cm Hình Trước đổ hỗn hợp bê tơng bọt vào khuôn phải quét lớp dầu mỏng lên thành khuôn để việc tháo mẫu dễ dàng Sau đúc 24 tiến hành tháo mẫu khỏi khn để khơ tự nhiên phịng thí nghiệm Hình Các đặc tính kỹ thuật bê tơng bọt thí nghiệm nghiên cứu bao gồm: Khối lượng thể tích bê tơng tươi, khối lượng thể tích bê tơng khơ, cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm, độ hút nước hệ số truyền nhiệt Khối lượng thể tích bê tơng ướt thực sau trộn mẫu, khối lượng thể tích bê tơng khơ độ hút nước thực theo TCVN 9030:2017 TCVN 3113:1993 28 ngày tuổi Cường độ chịu nén vận tốc truyền xung siêu âm mẫu bê tông bọt kiểm tra 7, 14 28 ngày tuổi theo tiêu chuẩn tương ứng TCVN 9030:2017 TCVN 9357-2012 Hệ số truyền nhiệt đo ngày tuổi 7, 14 28, sử dụng thiết bị đo cầm tay nhãn hiệu ISOMET 2114 Hình minh họa thí nghiệm xác định cường độ chịu nén độ truyền nhiệt bê tông bọt Tất giá trị ghi báo cáo lấy giá trị trung bình từ mẫu thử KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) Hình Mẫu sau đúc Hình Quá trình tạo bọt Hình Xác định cường độ chịu nén Hình Máy trộn bê tơng Hình Mẫu sau đổ vữa vào khn Hình Thí nghiệm đo độ truyền nhiệt Bảng Các tính chất vật lý hóa học xi măng, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn Vật liệu Xi măng Tro bay Xỉ lò cao nghiền mịn Khối lượng riêng (T/m3) 3,12 2,16 SiO2 22,3 55,7 2,84 36,9 Thành phần hóa học (%) Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O 6,7 4,7 55,5 2,4 1,3 0,7 21,7 6,6 1,1 2,2 2,1 12,4 - 30,7 14,8 0,4 Lượng nung (%) 0,5 6,9 0,9 1,3 Bảng Thành phần cấp phối mẫu bê tông bọt Tên mẫu N/CKD S10-1 0.22 Xi măng 632 Thành phần cấp phối (kg/m3) Xỉ lò cao Tro bay Cát Nước nghiền mịn 79 79 197 175.5 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) Phụ gia siêu dẻo 1.3 Thể tích bọt (m3) 0.48 15 Tên mẫu N/CKD S10-2 S10-3 S20-1 S20-2 S20-3 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 Xi măng 422 399 775 571 521 Thành phần cấp phối (kg/m3) Xỉ lò cao Tro bay Cát nghiền mịn 53 53 132 50 50 125 111 221 277 82 163 204 74 149 186 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích bê tơng tươi khối lượng thể tích bê tơng khơ trình bày Bảng Có thể thấy khối thể tích ướt dao động từ 7361631 kg/m3 , cịn khối lượng thể tích khơ tương ứng dao động từ 6291521 kg/m3 , sau khơ khối lượng thể tích giảm khoảng 914% Sự giảm khối lượng lượng nước tồn bê tơng tươi bị bay q trình bảo dưỡng trình sấy mẫu để xác định khối lượng thể tích bê tơng khơ Theo TCVN 9029-2017, mẫu bê tông bọt nghiên cứu phân loại từ D600 đến D1500 dựa theo khối lượng thể tích khơ Khối lượng thể tích khơ bê tông bọt nghiên cứu nhỏ nhiều so với bê tông nặng thông thường thị trường (khối lượng đơn vị thể tích khoảng 2500 kg/m ) Bảng Khối lượng thể tích (kg/m3) Tên mẫu Khối thể tích ướt Khối lượng thể tích khơ Phân loại S10-1 1164 1033 D1000 S10-2 777 708 D700 S10-3 736 629 D600 S20-1 1631 1521 D1500 S20-2 1201 1088 D1100 S20-3 1097 1000 D1000 Mẫu S10-3 có khối lượng thể tích khơ nhỏ (629 kg/cm3 ), cịn mẫu S20-1 có khối lượng 16 Nước 117.1 110.9 245.9 181.1 165.4 Phụ gia siêu dẻo 0.9 0.8 1.8 1.3 1.2 Thể tích bọt (m3) 0.66 0.67 0.27 0.46 0.51 thể tích khơ lớn (1521 kg/m3), tương ứng với hàm lượng bọt sử dụng 0,67 m3 0,27 m3 Dễ dàng nhận thấy, hàm lượng bọt sử dụng nhiều khối lượng thể tích mẫu giảm Sự giảm khối lượng giải thích bong bóng bọt chiếm chỗ thể tích bên bê tơng, làm cho kết cấu bên bê tơng có nhiều lỗ rỗng Như vậy, khối lượng thể tích mẫu bê tơng bọt phụ thuộc lớn vào hàm lượng bọt Các kết nghiên cứu tương đồng với kết nghiên cứu trước khối lượng thể tích bê tơng bọt (K.Ramamurthy el al., 2009), (M.R Jones el al., 2005) 3.2 Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén thông số đánh giá khả chịu lực bê tông, thơng số phản ánh chất lượng phạm vi ứng dụng sản phẩm bê tông bọt Cường độ chịu nén mẫu bê tông bọt đo ngày tuổi 7, 14 28, thể Bảng Dễ dàng nhận thấy cường độ chịu nén mẫu bê tông bọt tăng theo thời gian phụ thuộc nhiều vào khối lượng thể tích khơ Khi khối lượng thể tích khơ bê tơng bọt giảm, cường độ chịu nén chúng giảm theo Các mẫu S10-1, S10-2, S10-3 có khối lượng thể tích giảm dần từ 1033 kg/m3 xuống 629 kg/m3 tương ứng với hàm lượng bọt sử dụng tăng dần từ 0,48 m3 đến 0,67 m3 Tương ứng, cường độ chịu nén chúng 28 ngày tuổi giảm từ 7,5 MPa xuống 0,7 MPa Tương tự với mẫu S20, khối lượng thể tích giảm dần cường độ chịu nén KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - S 78 (3/2022) 20 Cường độ chịu nén (MPa) giảm từ 18,2 MPa (mẫu S20-1) xuống MPa (mẫu S20-3) Các mẫu S20 có cường độ chịu nén lớn mẫu S10 tương ứng, có khối lượng thể tích khơ lớn Kết nghiên cứu rằng, cường độ chịu nén bê tơng bọt có liên quan mật thiết đến khối lượng thể tích khơ Kết nghiên cứu tương đồng với kết nghiên cứu trước (M.R Jones el al., 2005), (D Falliano et al., 2018) 16 12 y=0,0198x-13,3 R2=0,95 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Khèi l­ỵng thĨ tÝch kh« (kg/m3) Bảng Cường độ chịu nén (MPa) Hình Quan hệ cường độ chịu nén khối lượng thể tích khơ Cường độ chịu nén Tên mẫu ngày 14 ngày 28 ngày S10-1 6.0 7.0 7.5 S10-2 0.6 0.7 1.0 S10-3 0.4 0.5 0.7 S20-1 12.6 16.6 18.2 S20-2 6.5 7.0 7.3 S20-3 2.5 2.7 4.0 Hình thể mối quan hệ cường độ chịu nén khối lượng thể tích khơ mẫu bê tông bọt, mối quan hệ thể thơng qua phương trình hồi quy tuyến tính (1) với hệ số tương quan R2 =0,95 Cường độ chịu nén mẫu bê tông bọt tăng tương ứng với khối lượng thể tích khơ tăng Khi khối lượng thể tích khơ tăng từ 6291521 kg/m3 , tương ứng cường độ chịu nén 28 ngày tuổi tăng từ 0,7  18,2 Mpa Như cường độ chịu nén mẫu có mối quan hệ tuyến tính với khối lượng thể tích khơ mẫu Dựa biểu đồ Hình phương trình (1) lựa chọn khối lượng thể tích khơ thiết kế để bê tông bọt đạt cường độ phù hợp với yêu cầu sử dụng Các mẫu có cường độ tốt (mẫu S20-1 có cường độ 18,2 MPa) sử dụng kết cấu chịu lực, mẫu có cường độ  7,5 Mpa sử dụng gạch không nung y  0,0198 x  13,3 (1) 3.3 Vận tốc truyền xung siêu âm Giá trị vận tốc truyền xung siêu âm sử dụng để đánh giá đồng có mặt lỗ rỗng vết nứt bê tơng Nghiên cứu trước sử dụng vận tốc truyền xung siêu âm để đánh giá chất lượng tương đối bê tơng (Carco R.S el al., 2008) Vận tốc truyền xung siêu âm mẫu bê tông bọt xác định ngày tuổi 7, 14 28, thể Bảng Giá trị vận tốc truyền xung siêu âm tăng dần theo thời gian Nghiên cứu trước rằng, vận tốc truyền xung siêu âm độ đặc bê tơng có mối liên hệ thiết với (Carcaño R.S el al., 2008) Theo thời gian, sản phẩm thủy hóa xi măng chất kết dính liên tục tạo ra, bê tơng ngày đặc chắc, cường độ vận tốc truyền xung siêu âm tăng theo thời gian Tại 28 ngày tuổi, giá trị vận tốc truyền xung siêu âm mẫu bê tông bọt nghiên cứu nằm khoảng 16223322 m/s Có thể thấy rằng, vận tốc truyền xung siêu âm cường độ chịu nén có mối quan hệ với Mẫu S20-1 có giá trị vận tốc truyền xung siêu âm lớn (3322 m/s), cường độ chịu nén lớn (18,2 MPa) Trong đó, mẫu S10-3 có giá trị vận tốc truyền xung siêu âm bé (1622 m/s), cường độ chịu nén thấp so với mẫu lại (0,7 MPa) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) 17 Bảng Vận tốc truyền xung siêu âm (m/s) Tên mẫu Vận tốc truyền xung siêu âm ngày 14 ngày 28 ngày S10-1 2386 2740 2764 S10-2 1503 1650 1681 S10-3 1466 1586 1622 S20-1 2994 3165 3322 S20-2 2546 2632 2784 S20-3 2299 2423 2537 y  2,0394 x  419 (2) 18 VËn tèc trun xung siªu ©m (m/s) Nhận định tương đồng với kết nghiên cứu trước (Castellanos G, 1985) Ngoài ra, mẫu gạch bê tông nghiên cứu Turgut (Paki Turgut, 2010), Shakir (Alaa A.Shakir el al, 2013) có vận tốc truyền xung siêu âm khoảng 1700 m/s đến 2900 m/s Như vậy, mẫu bê tơng bọt nghiên cứu có giá trị vận tốc truyền xung siêu âm tương đồng với mẫu gạch không nung Xét mặt cường độ vận tốc truyền xung siêu âm, chúng hồn tồn sử dụng để thay gạch không nung, khối lượng đơn vị thể tích chúng nhỏ nhiều so với gạch không khung (khoảng 18002200 kg/m3) Như đề cập trên, vận tốc truyền xung siêu âm khối lượng thể tích khơ bê tơng có mối quan hệ mật thiết với (Carco R.S el al., 2008) Hình thể tương quan vận tốc truyền xung siêu âm khối lượng thể tích khơ mẫu bê tơng bọt nghiên cứu Giá trị vận tốc truyền xung siêu âm tăng tăng khối lượng thể tích khơ mẫu Khi khối lượng thể tích khơ 629 kg/m3, vận tốc truyền xung siêu âm có giá trị 1622 m/s Khi khối lượng thể tích khơ đạt giá trị 1521 kg/m3, vận tốc truyền xung siêu âm có giá trị 3322 m/s Như vậy, vận tốc truyền xung siêu âm tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích khơ thể thơng qua phương trình tốn học (2) 4000 3500 3000 y=2,0394x+419 R2=0,93 2500 2000 1500 1000 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Khèi lượng thể tích khô (kg/m ) Hỡnh Quan hệ vận tốc truyền xung siêu âm khối lượng thể tích khơ 3.4 Độ hút nước Hình 10 thể độ hút nước mẫu bê tông bọt 28 ngày tuổi Độ hút nước mẫu bê tông S10 S20 dao động tương ứng khoảng 18,1  37% 4,1  16,5% Các mẫu nhóm S10 có độ hút nước cao mẫu tương ứng nhóm S20 Độ hút nước độ rỗng bê tơng có liên quan trực tiếp đến nhau, độ rỗng lớn độ hút nước cao Trong đó, độ rỗng bê tông phản ánh gián tiếp thông qua khối lượng thể tích khơ hàm lượng bọt sử dụng Giá trị khối lượng thể tích khơ thấp, tương ứng với hàm lượng bọt sử dụng nhiều, bê tông có độ rỗng lớn ngược lại Chính vậy, mẫu nhóm S10 có khối lượng thể tích khơ thấp mẫu tương ứng nhóm S20, chúng có độ hút nước cao Hiện tượng giải thích bong bóng khí tạo từ bọt chiếm chỗ bên bê tơng, làm cho bê tơng có độ rỗng cao Các lỗ rỗng nơi nước lưu lại bê tông ngâm nước, dẫn đến độ hút nước bê tơng tăng lên Ngồi ra, kết thí nghiệm cho thấy, độ hút nước tăng cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm bê tông giảm Tất tượng liên quan đến độ rỗng bên bê tơng mà khối lượng thể tích khơ trực tiếp phản ánh độ rỗng Mẫu đặc độ rỗng nhỏ, khối lượng thể tích cao ngược lại KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) 40 35,5 35 37,0 §é hót n­íc (%) 30 25 20 18,1 16,5 15 10,2 10 4,1 S10-1 S10-2 S10-3 S20-1 S20-2 S20-3 Tªn mÉu Hình 10 Độ hút nước Hình 11 thể mối quan hệ độ hút nước khối lượng thể tích khơ mẫu bê tơng bọt Độ hút nước mẫu bê tông bọt dao động từ 4,137,0%, tương ứng với khối lượng thể tích khơ giảm dần từ 1521629 kg/m3 Nhận thấy, độ hút nước bê tông bọt giảm tăng khối lượng thể tích khơ mẫu Mối quan hệ độ hút nước khối lượng thể tích khơ biểu thị thơng qua phương trình hồi quy tuyến tính cơng thức (3) Hệ số góc phương trình có giá trị âm, chứng tỏ độ hút nước khối lượng thể tích khơ có tương quan theo tỷ lệ nghịch Có thể thấy rằng, việc tăng hay giảm khối lượng thể tích khơ ảnh hưởng trực tiếp đến độ hút nước mẫu bê tông bọt y  0,0398x  59,9 (3) 3.5 Hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt đại lượng vật lý đặc trưng cho khả dẫn nhiệt vật liệu Vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp thường sử dụng kết cấu cách nhiệt Kết thí nghiệm hệ số truyền nhiệt xác định ngày tuổi 7, 14 28, thể Bảng Hệ số truyền nhiệt mẫu tăng nhẹ theo thời gian, sản phẩm thủy hóa chất kết dính liên tục tạo theo thời gian, làm tăng độ đặc bê tông, hệ số truyền nhiệt tăng Giá trị hệ số truyền nhiệt 28 ngày tuổi mẫu bê tông bọt nghiên cứu dao động khoảng từ 0,246 W/m.K đến 0,770 W/m.K tương ứng với khối lượng đơn vị thể tích khơ giảm từ 1521 kg/m3 xuống 629 kg/m3 Kết nghiên cứu tương đồng với kết nghiên cứu trước (Papa el al., 2016), (Jeong el al 2017), nghĩa hệ số truyền nhiệt bê tông phụ thuộc lớn vào tỷ trọng Bảng Hệ số truyền nhiệt (W/m.K) Tên mẫu S10-1 S10-2 S10-3 S20-1 S20-2 S20-3 Hệ số truyền nhiệt (W/m.K) ngày 14 ngày 28 ngày 0,435 0,445 0,481 0,247 0,282 0,296 0,225 0,231 0,246 0,696 0,749 0,770 0,379 0,384 0,386 0,345 0,353 0,369 40 §é hót n­íc (%) 35 30 y=-0,0398x+59,9 R2=0,89 25 20 15 10 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Khối lượng thể tích khô (kg/m3) Hỡnh 11 Quan hệ độ hút nước khối lượng thể tích khơ 1800 Hình 12 thể tương quan hệ số truyền nhiệt khối lượng thể tích khô bê tông bọt, mô tả thông qua phương trình tốn học (4) Dễ dàng nhận thấy, hệ số truyền nhiệt tăng khối lượng thể tích khơ mẫu tăng Hệ số truyền nhiệt mẫu tăng từ 0,246  0,770 W/m.K tương ứng với khối lượng thể tích khơ tăng dần từ 629  1521 kg/m3 Các mẫu bê tông bọt nghiên cứu có hệ số truyền nhiệt thấp nhiều so với bê tông thông thường (khoảng 1,5 W/m.K) y  0,0006 x  0,1338 (4) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) 19 HƯ sè trun nhiƯt (W/m.K) 0.9 0.8 0.7 0.6 y=0,0006-0,1338 R2=0,90 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Khối lượng thể tích khô (kg/m3) Hỡnh 12 Quan hệ hệ số truyền nhiệt khối lượng thể tích khơ KẾT LUẬN Nghiên cứu sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn thay 2030% xi măng sản xuất bê tông bọt Một số kết luận rút từ kết thực nghiệm sau: - Hàm lượng bọt sử dụng cao khối lượng thể tích khơ bê tông bọt thấp, dẫn đến cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm hệ số truyền nhiệt bê tông giảm, nhiên độ hút nước tăng - Mối liên hệ cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm, độ hút nước hệ số truyền nhiệt với khối lượng thể tích khơ bê tơng bọt nghiên cứu thiết lập thơng qua phương trình hồi quy tuyến tính Trong cường độ chịu nén, vận tốc truyền xung siêu âm hệ số truyền nhiệt tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích khơ độ hút nước có tỷ lệ nghịch với khối lượng thể tích khơ Dựa mối quan hệ thiết kế mẫu bê tơng nhẹ có khối lượng đặc tính kỹ thuật theo yêu cầu sử dụng - Tùy vào yêu cầu sử dụng, mẫu bê tơng bọt nghiên cứu sử dụng kết cấu chịu lực (mẫu S20-1 với cường độ 18,2 MPa) sử dụng gạch không nung (mẫu S10-1, S20-2 với cường độ 7,3-7,5 MPa, khối lượng nhẹ khả cách nhiệt tốt) TÀI LIỆU THAM KHẢO Huỳnh Trọng Phước, Phạm Văn Hiền, Lê Thị Thanh Tâm, Ngô Sĩ Huy, Nguyễn Trọng Chức (2019), "Ảnh hưởng việc thay phần xi măng tro bay đến đặc tính kỹ thuật bê tơng bọt siêu nhẹ", Tạp chí Xây dựng, Tháng 10/2019, tr 67-71 Lê Văn Quang (2019), "Tình hình phát thải, nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhiệt điện Việt Nam", Viện vật liệu xây dựng, 03/2019 Abd A.M., Jarullah D.D (2016), "Producing lightweight foam concrete building units using local resources", Civil and Environmental Research, 8(10), pp 54-63 Abdollahnejad Z., Zhang Z., Wang H., Mastali M (2018), "Comparative study on the drying shrinkage and mechanical properties of geopolymer foam concrete incorporating different dosage of fiber, sand and foam agents", High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet, pp 42-48 Amran Y.H.M., Farzadnia N., Ali A.A.A (2015), "Properties and applications of foamed concrete: a review", Construction and Building Materials, 101, pp 990-1005 Carcaño R.S and Moreno E.I (2008), “Evaluation of concrete made with crushed limestone aggregate based on ultrasonic pulse velocity”, Construction and Building Materials, 22, pp 1225-1231 Castellanos G (1985), "Applications of the ultrasonic pulse velocity method correlated with the compressive strength to evaluate the quality of hydraulic concrete (in Spanish)" MS thesis, Universidad Auto´noma de Yucata´n Falliano D., Domenico D.D., Ricciardi G., Gugliandolo E (2016), "Experimental investigation on the compressive strength of foamed concrete: Effect of curing conditions, cement type, foaming agent and dry density", Construction and Building Materials, 165, pp 735-749 20 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) Jeong Y.W., Koh T.H., Youm K.S., Moon J., (2017), "Experimental evaluation of thermal performance and durability of thermally-enhanced concretes", Applied Sciences, 7(8) Jones M.R., McCarthy A (2005), "Preliminary views on the potential of foamed concrete as a structural material", Mag Concr Res., 57(1), pp 21-31 Papa E., Medri V., Kpogbemabou D., Morinière V., Laumonier J., Vaccari A., Rossignol S (2016), "Porosity and insulating properties of silica-fume based foams", Energy and Buildings,131, pp 223-232 Ramamurthy K., Nambiar E.K., Ranjani G.I.S (2009), "A classification of studies on properties of foam concrete", Cement and Concrete Composites, 31(6), pp 388-396 Shakir A.A., Naganathan S., Mustapha K.N (2013), "Properties of bricks made using fly ash, quarry dust and billet scale", Construction and Building Materials, 41, pp 131–138 Tarasov A.S., Kearsley E.P., Kolomatskiy A.S., Mostert H.F (2010), "Heat evolution due to cement hydration in foamed concrete", Mag Concr Res., 62(12), pp 895-906 Tikalsky P.J., Pospisil J., MacDonald W (2004), "A method for assessment of the freeze–thaw resistance of preformed foam cellular concrete", Cement and Concrete Research, 34(5), pp 889-893 Turgut P (2010), "Masonry composite material made of limestone powder and fly ash", Powder Technology, 204(1), pp 42-47 Uddin N., Fouad F., Vaidya U.K., Khotpal A., Serrano-Perez J.C (2006), "Structural characterization of hybrid fiber reinforced polymer (FRP)-autoclave aerated concrete (AAC) panels", J Reinf Plast Compos., 25(9), pp 981-999 Zhang Z., Provis J.L., Reid A., Wang H (2015), "Mechanical, thermal insulation, thermal resistance and acoustic absorption properties of geopolymer foam concrete (GFC)", Cement & Concrete Composites, 62, pp 97-105 Abstract: STUDY ON THE USE OF FLY ASH AND GROUND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG IN PRODUCING FOAMED CONCRETE To treat a part of industrial wastes and create a lightweight material with good thermal insulation, the objective of this study is to investigate the use of fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) in producing foamed concrete Six foamed concrete mixtures were designed with a water-tobinder ratio of 0.22, fly ash and GGBFS were used to replace 20-30% cement The various foam content was used to produce foamed concrete with different densities Engineering properties of foamed concrete including unit weight, compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), thermal conductivity, and water absorption were investigated Test results indicated that dry unit weight has a strong effect on the engineering properties of foamed concrete The correlations between the engineering properties of foamed concrete and its dry unit weight were established to help engineers for designing a foamed concrete with unit weight, compressive strength, and other properties according to practice requirements Keywords: Foamed concrete, Fly ash, Ground granulated blast furnace slag Ngày nhận bài: 08/01/2022 Ngày chấp nhận đăng: 12/02/2022 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 78 (3/2022) 21 ... LUẬN Nghiên cứu sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn thay 2030% xi măng sản xuất bê tông bọt Một số kết luận rút từ kết thực nghiệm sau: - Hàm lượng bọt sử dụng cao khối lượng thể tích khơ bê tông. .. thép, báo nghiên cứu sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn để thay phần xi măng sản xuất bê tông bọt Ảnh hưởng khối lượng thể tích khơ lên đặc tính kỹ thuật bê tông bọt xem xét nghiên cứu này,... khoảng 18±2 cm Hàm lượng tro bay sử dụng 10% tổng hàm lượng chất kết dính (xi măng, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn) Các mẫu S10 S20 sử dụng hàm lượng xỉ lò cao nghiền mịn tương ứng 10% 20% tổng