“Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia bê tông, áp dụng cho bê tông công trình cảng Lạch Huyện Hải phòng” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Phạm Toàn Đức Trưởng khoa Xây dựng Đại học Hải phòng. Luận văn hoàn thành với hy vọng đóng góp một phần nhỏ trong việc ứng dụng phương trình toán học để thiết kế thành phần bê tông, thúc đẩy việc tái sử dụng phế phẩm của ngành công nghiệp nhiệt điện trong các lĩnh vực xây dựng, góp phần giải quyết các vấn đề môi trường, an sinh xã hội. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy Phạm Toàn Đức về sự giúp đỡ to lớn này. Cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại trường Đại học Thủy lợi đã hết sức tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập. Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình.. Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2016
uDaiHoc.com > LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chun ngành cơng trình thủy với tên đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phịng làm phụ gia bê tơng, áp dụng cho bê tơng cơng trình cảng Lạch Huyện - Hải phịng” hồn thành hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Phạm Tồn Đức - Trưởng khoa Xây dựng - Đại học Hải phòng Luận văn hồn thành với hy vọng đóng góp phần nhỏ việc ứng dụng phương trình tốn học để thiết kế thành phần bê tông, thúc đẩy việc tái sử dụng phế phẩm ngành công nghiệp nhiệt điện lĩnh vực xây dựng, góp phần giải vấn đề môi trường, an sinh xã hội Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy Phạm Toàn Đức giúp đỡ to lớn Cảm ơn thầy cô giáo công tác trường Đại học Thủy lợi tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân bạn bè đồng nghiệp cổ vũ, động viên tác giả suốt năm qua Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận thơng cảm, bảo đóng góp chân tình thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện công tác nghiên cứu khoa học làm tốt nhiệm vụ cơng tác mình./ Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2016 TÁC GIẢ Ngô Thị Hồng LỜI CAM ĐOAN Tôi Ngô Thị Hồng, Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa người công bố cơng trình khác Những nội dung tham khảo thích rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2016 TÁC GIẢ Ngô Thị Hồng DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BT : Bê tông BTKL : Bê tông khối lớn M, B : Mác, cấp độ bền N/CKD : Tỷ lệ nước/chất kết dính TB/CKD : Tro bay/chất kết dính N/XM : Nước/ximăng N/CKD : Nước/chất kết dính TB, TT : Tro bay, Tro tuyển SD : Siêu dẻo CKD : Chất kết dính N,XM,C,Đ : Nước, xi măng, cát, đá MKN : Mất nung PGSD : Phụ gia siêu dẻo PGHH : Phụ gia hóa học BTĐL : Bê tơng đầm lăn TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm tính chất tro bay 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông giới Việt Nam 12 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông giới 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông Việt Nam 18 1.3 Kết nghiên cứu đạt 22 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Vật liệu sử dụng nghiên cứu 31 2.1.1 Xi măng 31 2.1.2 Cát 33 2.1.3 Đá 35 2.1.4 Nước 36 2.1.5 Phụ gia 36 2.1.6 Luận chứng áp dụng Tổ hợp Tro bay + Phụ gia siêu dẻo bê tông 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Ưu nhược điểm phương pháp 39 2.2.2 Nội dung phương pháp 40 KẾT LUẬN CHƢƠNG 48 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO TUYỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHỊNG, ÁP DỤNG CHO BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH CẢNG LẠCH HUYỆN - HẢI PHÒNG 49 3.1 Thiết kế thành phần bê tông sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải phòng dựa tảng phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm 49 3.1.1 Lựa chọn yếu tố ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm nước bê tông 49 3.1.2 Hàm mục tiêu nghiên cứu thí nghiệm 49 3.2 Lựa chọn thành phần tối ưu bê tông sử dụng tro tuyển nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng 57 3.3 Thiết kế cấp phối bê tông cho cơng trình cảng Lạch Huyện – Hải phịng 58 3.3.1 Phương pháp: 58 3.3.2 Tính tốn cụ thể: 59 3.4 Đánh giá hiệu kinh tế việc sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 63 3.4.1 Giới thiệu Cơng trình Cảng Lạch Huyện 63 3.4.2 Đánh giá hiệu kinh tế việc sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 65 KẾT LUẬN CHƢƠNG 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nhiệt thủy hóa chất kết dính có khơng có tro bay 16 Bảng 1.2 Một số cơng trình bê tơng khối lớn sử dụng tro bay giới 23 Bảng 2.1 Thành phần hóa học xi măng 31 Bảng 2.2 Thành phần khoáng Xi măng 32 Bảng 2.3: Các tiêu chuẩn xác định tính chất lý xi măng 32 Bảng 2.4 Tính chất lý xi măng 32 Bảng 2.5: Các tiêu chuẩn xác định tính chất lý cát 33 Bảng 2.6 Thành phần cỡ hạt cát 34 Bảng 2.7 Tính chất cát sông Lô 34 Bảng 2.8 Tính chất Đá Kiện Khê 36 Bảng 2.9 Thành phần hóa học Tro tuyển nhiệt điện Hải phịng 36 Bảng 2.10 Đặc tính kỹ thuật phụ gia hóa học Sikament R4 37 Bảng 2.11 Ma trận y thực nghiệm bậc 43 Bảng 2.12 Ma trận y phương án trực giao có tâm bậc 45 Bảng 3.1 Mức yếu tố khoảng biến thiên 49 Bảng 3.2 Tương quan ma trận X Z 50 Bảng 3.3 Thành phần bê tông kết nghiên cứu 51 Bảng 3.4 Ma trận trực giao bậc n=4, n0=1 kết thí nghiệm 52 Bảng 3.5 Hệ số bm 53 Bảng 3.6 Cường độ chịu nén tính tốn thực tế bê tơng 55 Bảng 3.7 Khả chống thấm tính tốn thực tế bê tơng 56 Bảng 3.8 Nghiệm phương trình y3 y3 = 4; 8; 12 59 Bảng 3.9 Thông số thành phần bê tông với độ sụt hỗn hợp cm 60 Bảng 3.10 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt hỗn hợp cm 60 Bảng 3.11 Thông số thành phần bê tông với độ sụt hỗn hợp cm 61 Bảng 3.12 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt hỗn hợp cm 62 Bảng 3.13 Thông số thành phần bê tông với độ sụt hỗn hợp 12 cm 63 Bảng 3.14 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt hỗn hợp 12 cm 63 Bảng 3.15 Kết tính tốn cấp phối cho mác bê tông 200; 250; 300 ứng với độ sụt u cầu 4; 8; 12 cm cơng trình Cảng Lạch Huyện – Hải phịng 72 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình dạnh cấu trúc hạt tro bay Hình 1.2a Cấu trúc tro tuyển Hình 1.2b Cấu trúc bê tông không sử dụng tro tuyển Hình 1.2c Cấu trúc bê tơng có sử dụng tro tuyển 10 Hình 1.3 Xưởng tách Tro cơng ty Cổ Phần Sơng Đà Cao Cường 11 Hình 1.4 Độ co khơ bê tơng có khơng có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng so với chất kết dính 25% 15 Hình 1.5 Sự phát triển nhiệt độ tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [28] 16 Hình 1.6: Đồ thị thể thay đổi 27 Hình 3.1 Quan hệ y1 x1 y3=4 59 Hình 3.2 Quan hệ y1 x1 y3=8 61 Hình 3.3 Quan hệ y1 x1 y3=12 62 Hình 3.4 Mặt quy hoạch tổng thể Cảng Lạch Huyện 64 Hình 3.5 Một số hình ảnh nhiễm mơi trường từ nhà máy nhiệt điện 67 Hình 3.6 Hồ chứa phế thải nhà máy Nhiệt điện Hải phòng 70 MỞ ĐẦU Mục đích đề tài: Trước nhu cầu sử dụng điện ngày tăng Việt Nam, bên cạnh việc nâng cao hiệu khai thác nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt than hoạt động giai đoạn tới có thêm nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than khác vào hoạt động Theo số liệu thống kê, năm nhà máy nhiệt điện chạy than phía Bắc thải hàng trăm triệu tro xỉ than Phần lớn lượng tro xỉ than thải hồ chứa nằm sát khu công nghiệp khu dân cư, tiềm ẩn nguy gây ô nhiễm môi trường đất nước chúng có chứa lượng kim loại nặng Điều ảnh hưởng tới môi trường sống người sinh thái khu vực Bên cạnh đó, tro xỉ than nhà máy nhiệt điện sử dụng lĩnh vực khác sản xuất gạch không nung, gạch nhẹ, bê tông… Hiện nay, nhà máy Nhiệt điện Hải Phịng hoạt động với cơng suất 1200 MW Lượng phế thải thải hàng năm lớn nhiên chưa có nhà máy xử lý để đưa vào tái sử dụng Chúng thải hồ chứa diện tích 65 cách nhà máy nhiệt điện km Việc tận dụng tro tuyển làm phụ gia cho bê tông vừa giảm thải ô nhiễm môi trường, tiết kiệm diện tích chơn lấp, nâng cao tính chất bê tơng, đặc biệt bê tơng cơng trình thủy Hiệu kinh tế, kỹ thuật áp dụng bê tơng cơng trình cảng Lạch Huyện, cảng quốc tế nước sâu có quy mơ lớn xây dựng Hải Phòng lớn Một số hình ảnh nhà máy Nhiệt điện Hải Phịng: Mục tiêu đề tài Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia bê tơng cơng trình cảng Lạch Huyện - Hải Phịng nhằm giảm thiểu vấn đề mơi trường hoạt động nhà máy Nhiệt điện Hải phòng đồng thời tìm cấp phối mang tính hiệu cao sử dụng cho thi cơng cơng trình cảng Lạch Huyện - Hải phòng Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp lựa chọn đề tài phương pháp thực nghiệm phương pháp toán học Với nhiều thí nghiệm cho cấp phối sử dụng hàm lượng Tro tuyển khác nhau, phương pháp quy hoạch thực nghiệm phần mềm Maple tìm hàm lượng sử dụng Tro tuyển tối ưu để cải thiện tính chất cụ thể bê tông cường độ chịu nén, khả chống thấm độ linh động hỗn hợp bê tông Nội dung luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TƠNG 1 Khái niệm tính chất tro bay Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông giới Việt Nam Kết nghiên cứu đạt Kết luận chương CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu sử dụng nghiên cứu 2.1.1 Xi măng Thí nghiệm tính chất lý xi măng 2.1.2 Cát Thí nghiệm thành phần cỡ hạt, tính chất khác cát như: khối lượng thể tích, độ rỗng 2.1.3 Đá Thí nghiệm xác định tính chất đá như: khối lượng thể tích, độ rỗng, kích thước hạt nhỏ nhất, lớn 2.1.4 Nước 2.1.5 Phụ gia - Thí nghiệm phân tích thành phần hóa học tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phịng - Phân tích đặc tính kỹ thuật phụ gia hóa học (siêu dẻo) 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Các phương pháp lý thuyết xác định thành phần tối ưu sử dụng tro tuyển dùng bê tông Lựa chọn phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm để xác định thành phần tối ưu tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng sử dụng bê tơng thi cơng cơng trình cảng Lạch Huyện - Hải Phòng Kết luận chương CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO TUYỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG, ÁP DỤNG CHO BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH CẢNG LẠCH HUYỆN - HẢI PHỊNG 3.1 Thiết kế thành phần bê tông sử dụng tro tuyển dựa tảng phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm 3.2 Lựa chọn thành phần tối ưu bê tông sử dụng tro tuyển nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng 3.3.Thiết kế cấp phối cho bê tơng cơng trình cảng Lạch Huyện - Hải Phịng 3.4 Đánh giá hiệu kinh tế việc sử dụng tro tuyển nhà máy Nhiệt điện Hải phòng Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm tính chất tro bay Tro bay phế thải thu từ việc đốt than nhà máy nhiệt điện, thành phần chứa silic oxit (SiO2), canxi oxit (CaO), Magie oxit (MgO), lưu huỳnh oxit (SO2) phần hàm lượng than chưa cháy (MKN) mà thường yêu cầu không vượt 6% Hạt tro bay dạng hình cầu mịn, mịn xi măng tỷ diện đo theo phương pháp Blaine vào khoảng 250 – 600m2/kg Hình 1.1 Hình dạnh cấu trúc hạt tro bay Để có sở cho việc sử dụng TT cách hiệu bê tông, đề tài đưa sở khoa học việc sử dụng TT nói riêng Tro bay nói chung sau: + Hiệu ứng tường chắn (wall effect): Khi xi măng thủy hóa, sản phẩm thủy hóa Ca(OH)2 lắng đọng lên bề mặt hạt cốt liệu làm cho vùng giao diện chuyển tiếp (Interfacal Transition Zone –ITZ) cốt liệu đá xi măng bị rỗng xốp làm giảm bám dính chúng Cơ chế giải thích sau: bề mặt hạt xi măng có độ đậm đặc ion cao bề mặt cốt liệu, ion chuyển dịch từ bề mặt hạt xi măng lên bề mặt hạt cốt liệu theo chế khuếch tán građien nồng độ Vì vậy, sử dụng tro bay có thành phần SiO2 hoạt tính chúng nhanh chóng tác dụng với sản phẩm thuỷ hóa có bề mặt hạt cốt liệu tạo sản phẩm CSH làm tăng cường độ, tăng độ đặc vùng giao diện chuyển tiếp, làm tăng độ bám dính đá xi măng hạt cốt liệu Chính vậy, bê tơng sử dụng xi măng pc lăng, khả chống thấm bê tông thường thấp so với bê tơng có sử dụng thêm phụ gia khống hoạt tính Điều giải thích bề mặt tiếp xúc đá xi măng cốt liệu vùng tiếp xúc yếu dễ bị thấm nước Khi pha phụ gia khống hoạt tính, liên kết lớp tiếp xúc tăng lên, tăng độ đặc phần đá xi măng cốt liệu, dẫn đến tăng tính chống thấm cho bê tơng Ngồi việc tăng cường khả chống thấm, vùng giao diện chuyển tiếp làm đặc chắc, cường độ bê tông cải thiện rõ rệt bê tơng có sử dụng phụ gia khống hoạt tính Điều thể rõ cường độ bê tông tuổi dài lâu + Hiệu ứng ổ bi (Ball Bearing Effect): thay xi măng tro bay, hạt tro bay có dạng hình cầu nên chúng có tác dụng bơi trơn, làm tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông hay để đạt tính cơng tác hỗn hợp bê tơng sử dụng tro bay cần lượng nước nhào trộn hỗn hợp bê tông không sử dụng tro bay + Hiệu ứng phân tán (Dispersion Effect): hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay, hạt tro bay xâm nhập vào hạt xi măng tách hạt xi măng làm cho bề mặt hạt xi măng tiếp xúc nhiều với nước tăng nhanh q trình thủy hóa hạt xi măng + Hiệu ứng tăng độ đặc vi cấu trúc (Increased Packing Density): tro bay sử dụng bê tơng bổ xung thành phần hạt cịn thiếu xi măng làm cho dải hạt trở nên liên tục, làm giảm lỗ rỗng đá xi măng Các hạt tro bay phần tham gia phản ứng puzơlanic, tạo khống có cường độ phần tham gia điền đầy cấu trúc vi mô, làm cho đá xi măng trở nên đặc Theo kết nghiên cứu TS Phạm Toàn Đức [3], với hàm lượng xi măng độ lưu động hỗn hợp bê tơng, mẫu có sử dụng tro tuyển+siêu dẻo có cường độ cao từ 16-25 %, khả chống thấm cao 0,5 MPa Nguyên nhân sử dụng chất siêu dẻo làm giảm lượng nước cần hỗn hợp bê tông làm giảm lượng lỗ rỗng cấu trúc bê tông đồng nghĩa với việc tăng độ chặt bê tơng đóng rắn Trong đó, tro tuyển ngồi vai trị chất độn nghiền mịn lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu cịn tham gia vào q trình thủy hóa xi măng nên cường độ khả chống thấm bê tông nâng cao rõ rệt Kết nghiên cứu rằng, độ tuổi ngắn ngày tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng có tác dụng việc cải thiện cường độ bê tông Sự gia tăng cường độ bê tông chủ yếu chất siêu dẻo giảm nước Tác dụng tro tuyển thấy rõ tuổi 28, 60, 90 120 ngày [3] Việc sử dụng tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng giúp cải thiện đáng kể độ chống thấm bê tông cấu trúc tro tuyển hạt hình cầu nằm khơng gian hạt cốt liệu lỗ rỗng cấu trúc tinh thể hydro silicat, hydro aluminat… Có thể thấy rõ tác dụng tro tuyển cấu trúc bê tơng hình 1.2: [3] Hình 1.2a Cấu trúc tro tuyển Hình 1.2b Cấu trúc bê tơng khơng sử dụng tro tuyển 10 Hình 1.2c Cấu trúc bê tơng có sử dụng tro tuyển Hình 1.2a : cho thấy tro tuyển có cấu trúc hình cầu Hình 1.2b: cho thấy cấu trúc bê tơng khơng có tro tuyển có cấu trúc rỗng rõ ràng, khơng đặc Hình 1.2c: cho thấy cấu trúc bê tơng có tro tuyển đặc nên có khả chống thấm tốt Tro tuyển (TT) nghiên cứu sử dụng từ cuối năm 80 kỷ trước Ứng dụng TT cho bê tông trở nên phổ biến bắt đầu sử dụng bê tông xây dựng đập thủy lợi, thủy điện Trong thời gian tới, hàng loạt nhà máy nhiệt điện đốt than vào hoạt động cho lượng tro xỉ lớn, không sử dụng gây ô nhiễm môi trường Đặc điểm hầu hết sản phẩm tro xỉ có tính chất tương tự tro xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Do việc nghiên cứu sử dụng TT sở giúp cho việc sử dụng sản phẩm tro xỉ nhà máy nhiệt điện khác 11 Hình 1.3 giới thiệu xưởng tách Tro tuyển công ty cổ phần Sông Đà Cao Cường sử dụng để tách Tro xỉ than nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Tro tuyển sử dụng cơng trình thủy điện Sơn La, Sơng Tranh 2, Bản Chát… Hình 1.3 Xƣởng tách Tro cơng ty Cổ Phần Sông Đà Cao Cƣờng Hiện nay, Việt Nam tro bay nhiệt điện loại phụ gia khống mịn phổ biến có nhiều nguồn cung cấp, hạt tro bay có hình dạng cầu kích thước tương tự hạt xi măng Trong tro bay có thành phần SiO2 dạng vơ định hình tác dụng với vơi dư xi măng tạo thành hợp chất CSH có cường độ Nó có tác dụng chủ yếu hỗn hợp bê tơng tươi bê tơng đóng rắn sau: - Giảm khả tách nước, phân tầng hỗn hợp bê tông - Làm chậm thời gian đóng rắn hỗn hợp bê tơng 12 - Giảm nhiệt thủy hóa bê tơng - Tăng cường độ, tăng khả chống xâm thực bê tông Một số đặc điểm khác biệt bê tông truyền thống bê tông hàm lượng tro bay cao đưa sau: - Dễ dàng đạt độ chảy khả bơm, khả lèn chặt - Có bề mặt sau thi công tốt hơn, thời gian thi công nhanh - Thời gian đông kết chậm - Cường độ bê tông đạt sau tuổi 28-90 ngày muộn - Có độ ổn định kích thước tốt Ngăn cản vết nứt nhiệt, co tự nhiên, co khô - Sau tháng bảo dưỡng có khả chống lại xâm nhập ion Clcao (thí nghiệm theo ASTM C1202) - Có độ bền chống mài mịn, phản ứng kiềm – silic, ăn mịn sunphát - Có hiệu kinh tế giá thành vật liệu đầu vào thấp - Thân thiện với mơi trường, giảm khí thải cácbon, tăng nguồn nguyên vật liệu đầu vào cho ngành xây dựng 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tơng giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông giới Việc nghiên cứu bê tơng có hàm lượng tro bay cao thực từ đầu năm 80 kỷ 20 Trải qua nhiều năm nghiên cứu phát 13 triển, đạt kết quan trọng như: chế tạo bê tông có hàm lượng tro bay cao (High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC), bê tơng chất lượng cao có hàm lượng tro bay cao (High Performance, High Volume Fly Ash Concrete – HPVFAC) Trong nghiên cứu bê tông hàm lượng tro bay có số nghiên cứu đáng ý sau: Tro bay có ảnh hưởng đến số tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng đóng rắn như: cường độ nén phát triển cường độ, môđun đàn hồi, từ biến, khả dính kết bê tơng với cốt thép, khả kháng va đập, khả chịu mài mòn, chống thấm bảo vệ chống ăn mòn, giảm khả nở phản ứng kiềm- silic, bền sunphát, co khô,v.v…Tro bay ứng dụng hầu hết loại bê tông như: bê tông thương phẩm, bê tông làm đường, bê tông khối lớn, bê tông bơm, bê tông ứng lực trước căng trước ứng lực trước căng sau, vữa xây, vữa rót,v.v [20] N Bouzoubau B Fourier, [23], sử dụng tro bay loại F để nghiên cứu phát triển cường độ bê tông với tỷ lệ thay xi măng từ 30-50% theo khối lượng, hàm lượng chất kết dính từ 300-400 kg/m3, cường độ nén xác định tuổi 1, 7, 28, 56 ngày, kết luận: - Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng tro bay đạt đến 50% khối lượng chất kết dính cho cường độ nén tuổi 28 ngày lớn 40MPa - Khi thay xi măng 30% tro bay cường độ tuổi ngày thấp hơn, nhiên sau 28 ngày cường độ đạt cao so với bê tơng khơng có tro bay (loại tro bay Sundance) Với tro bay Point Tupper, cường độ tuổi 28 ngày bê tông tương đương với bê tông đối chứng (tỷ lệ thay tro bay 40%, tổng hàm lượng chất kết dính - 350 kg/m3) 14 Rafat Siddique, [26], nghiên cứu thay xi măng tro bay với tỷ lệ 40%, 45%, 50% theo khối lượng tổng hàm lượng chất kết dính 400 kg/m3 Qua kết nghiên cứu đưa số kết luận sau: - Việc thay xi măng tro bay với tỷ lệ làm giảm cường độ nén, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, môđun đàn hồi bê tông tuổi 28 ngày Tuy nhiên, sau 28 ngày tình hình cải thiện - Cường độ thiết kế tuổi 28 ngày bê tông thỏa mãn yêu cầu chịu lực kết cấu chịu lực - Khả chịu mài mòn bê tông phụ thuộc vào cường độ nén hàm lượng tro bay sử dụng Khả chịu mài mòn bê tông tăng tuổi bê tông tăng tất tỷ lệ tro bay sử dụng Ông nghiên cứu thay phần cốt liệu mịn bê tông tro bay loại F, [25] Các tỷ lệ thay tro bay so với cốt liệu mịn theo khối lượng 0%; 10%; 20%; 30%; 40%; 50% Qua kết nghiên cứu rút kết luận sau: - Cường độ nén, cường độ ép chẻ, cường độ uốn, môđun đàn hồi bê tông thay cát tro bay cho kết cao so với mẫu đối chứng tất ngày tuổi Sự phát triển cường độ bê tơng có tro bay bê tơng đối chứng có khác biệt rõ rệt từ tuổi 28 ngày L.H Jiang, V.M Malhotra, [22], nghiên cứu thay đổi lượng nước yêu cầu bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao, nghiên cứu tác giả sử dụng loại tro bay Tỷ lệ TB/CKD = 55% giữ cố định Mẫu đối chứng có tỷ lệ N/XM = 0,43; lượng xi măng 396 kg/m3 Độ sụt hỗn hợp bê tơng trì 60±10 mm, cường độ nén xác định tuổi 1, 3, 7, 28, 56 91 ngày Qua kết nghiên cứu rút kết luận sau: 15 - Khi sử dụng tro bay bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm 8,8-19,4 % lượng dùng nước Somnuk Tangtermsirikul, [29], nghiên cứu sử dụng tro bay Thái Lan chế tạo bê tông, năm 2004 lượng tro bay sử dụng Thái Lan 2,7 triệu Các nghiên cứu ảnh hưởng tro bay đến số tính chất chất kết dính, vữa, bê tơng giảm nhiệt thủy hóa chất kết dính, giảm độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông, giảm độ co khô, giảm vết nứt nhiệt, giảm khả thẩm thấu Ion Cl, giảm phản ứng kiềm silic, bền mơi trường sunphát, tăng khả chống mài mịn Trong nghiên cứu nghiên cứu độ co khô bê tông sử dụng tro bay cho kết hình 1.4 Hình 1.4 Độ co khơ bê tơng có khơng có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng so với chất kết dính 25% Kết nghiên cứu cho thấy bê tơng sử dụng tro bay loại F có tác dụng giảm co ngót khơ so với bê tơng đối chứng không sử dụng tro bay 16 Việc nghiên cứu giảm nhiệt thủy hóa bê tơng sử dụng tro bay nghiên cứu từ đầu năm 80 kỷ trước, nghiên cứu sử dụng hàm lượng tro bay lớn 50% theo khối lượng chất kết dính, kết nghiên cứu chứng minh việc sử dụng tro bay bê tơng có tác dụng giảm nhiệt tỏa khối bê tơng, kết thể hình 1.5 bảng 1.1, [21] Hình 1.5 Sự phát triển nhiệt độ tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [28] Bảng 1.1 Nhiệt thủy hóa chất kết dính có khơng có tro bay Nhiệt thủy hóa tuổi, Cal/g TB/CKD, % 28 ngày 61 75 91 52 31 42 61 57 37 43 56 65 35 42 53 68 31 40 49 71 29 36 48 17 Christine A.Langton, N.Raiendran Stanley E.Smith, [24], nghiên cứu sử dụng tro thải hồ chứa làm chất kết dính bê tơng cường độ thấp Mỹ để thay tro bay loại F Yêu cầu chất lượng loại tro sử dụng cho bê tông cường độ thấp cường độ nén tuổi 28 ngày từ 0,2 MPa đến 1,0 MPa thời gian đông kết sớm 24 giờ, khả bơm tính cơng tác tốt Tác giả nghiên cứu loại tro bay có lượng nung lớn 6% Mỗi loại tro thí nghiệm với cấp phối bê tông khác Tuy nhiên, loại tro không sử dụng bê tông kết cấu, khơng thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM C618 Trên giới có nghiên cứu đánh giá tác dụng bê tông sử dụng tro bay tới môi trường Rawat Bhatta, [27], nghiên cứu sử dụng bê tơng có hàm lượng tro bay cao để xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ấn Độ, mác bê tông thiết kế M25, M45, hàm lượng tro bay sử dụng 25, 40 50% so với khối lượng chất kết dính Trong nghiên cứu đánh giá việc giảm thiểu khí CO2 sử dụng tro bay bê tơng Ví dụ, mác M25 xi măng pc lăng sử dụng khoảng 320 kg/m3, bê tông với hàm lượng tro bay cao lượng xi măng sử dụng khoảng 204 kg/m3, giảm lượng dùng xi măng 116kg/m3 bê tông, đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải CO2 sản xuất xi măng tạo Qua kết thí nghiệm rút số kết luận sau: - Các tính chất loại bê tông vượt yêu cầu hỗn hợp bê tông thông thường, dễ bơm, dễ thi cơng, giảm tổn thất độ sụt, giảm nhiệt thủy hóa, giảm rủi ro vết nứt nhiệt gây - Có thể đạt cường độ lớn 50 MPa tuổi 56 91 ngày TaiLieuDaiHoc.com ... hỗn hợp bê tơng sử dụng tro bay cần lượng nước nhào trộn hỗn hợp bê tông không sử dụng tro bay + Hiệu ứng phân tán (Dispersion Effect): hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay, hạt tro bay xâm nhập vào... CỨU, SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG 1.1 Khái niệm tính chất tro bay 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay bê tông giới Việt Nam 12 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng. .. cho thấy bê tơng sử dụng tro bay loại F có tác dụng giảm co ngót khơ so với bê tơng đối chứng không sử dụng tro bay 16 Việc nghiên cứu giảm nhiệt thủy hóa bê tơng sử dụng tro bay nghiên cứu từ