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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI ĐỂN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG THƯƠNG PHẨM Thuộc nhóm ngành khoa học: KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Thành Phố Hồ Chí Minh, 05/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT PHÂN HIỆU TẠI TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI ĐỂN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG THƯƠNG PHẨM Thuộc nhóm ngành khoa học: KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Sinh viên thực hiện: Bùi Vĩ Lớp CDBO2 – k56 Nguyễn Xuân Phúc Lớp CDBO1 – K56 Lê Huy Minh Lớp CAHA – K56 Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thu Thủy Thành Phố Hồ Chí Minh, 05/2018 MỤC LỤC Chƣơng : TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG XI MĂNG CĨ HÀM LƢỢNG TRO BAY CAO 1.1 Bê tông sử dụng tro bay giới 1.2 Bê tông sử dụng tro bay Việt Nam Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vật liệu chế tạo .3 2.1.1 Xi măng 2.1.2 Tro bay 2.1.3 Cốt liệu nhỏ ( Cát) 2.1.4 Cốt liệu lớn 2.1.5 Phụ gia hóa dẻo .6 2.1.6 Nƣớc 2.2 Nội dung nghiên cứu 2.3 Phƣơng pháp thử nghiệm thực nghiệm 2.3.1 Tính tốn thiết kế cấp phối bê tông xi măng .7 2.3.2 Xác định độ sụt hỗn hợp bê tông 2.3.3 Xác định cƣờng độ chịu nén BTXM 10 Chƣơng 3:KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .12 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông xi măng thƣơng phẩm sử dụng tro bay 12 3.1.1 Sơ đồ thiết kế CP BTXM dùng tro bay thay phần xi măng 12 3.1.2 Tính tốn cấp phối bê tông xi măng thƣơng phẩm .13 3.1.3 Khảo sát độ sụt 13 3.1.4 Khảo sát cƣờng độ chịu nén 14 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .18 4.1.Kết luận .18 4.2 Kiến nghị 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .20 Chƣơng : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG CĨ HÀM LƢỢNG TRO BAY CAO 1.1 Bê tơng sử dụng tro bay giới Bê tông xi măng vật liệu chủ yếu sử dụng phổ biến giới Hiện theo tính tốn năm giới sản suất khoảng 1,7x109 tấn/1 năm, tƣơng đƣơng 6km3 bê tông xi măng năm 1m3 bê tông/ ngƣời khối lƣợng bê tông khổng lồ cho việc x y dựng sở hạ tầng Do yêu cầu c nguồn lƣợng lớn đ sản suất xi măng d n đến tiêu thụ lƣợng g y hiệu ứng nhà kính Hiện nay, việc sử dụng chất kết dính thay phần xi măng bê tông xu khoa học giới Các nghiên cứu bê tông thƣờng c th sử dụng tro bay đến 25 theo khối lƣợng xi măng, nghiên cứu gần đ y đ d ng đến 50 tro bay thay chất kết dính Các cơng trình tiêu bi u đ dụng tro bay thay phần xi măng nhƣ Đập Tomisato cao 111m Nhật Bản đƣợc x y dựng từ năm 1950 đ sử dụng 60 tro bay thay xi măng; Trung Quốc đƣa tro bay vào cơng trình x y dựng đập thủy điện từ năm 1980; Cơng trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn thành năm 2005 đ sử dụng 35% tro bay thay xi măng Hình 1.1 Giảng đường trường đại học California-Berkeley sử dụng tro bay 1.2 Bê tông sử dụng tro bay Việt Nam Ở Việt Nam, theo qui hoạch phát tri n ngành điện dự kiến đƣa vào sử dụng nhiều nhà máy nhiệt điện chạy than dự kiến công suất 35.090 MW, nhƣ nguồn thải phẩm tro bay từ nhà máy nhiệt điện dự tính đến năm 2020 25 triệu tấn, đếm năm 2030 38 triệu tấn, lƣợng tro bay gần lƣợng xi măng sản xuất hàng năm Đ y nguồn phụ gia khoáng chủ yếu d ng đ sản xuất bê tông nhiều tro bay c độ bền cao mà v n đảm bảo cƣờng độ Sử dụng tro bay đ thay phần xi măng bê tông xi măng truyền thống c th cải thiện tính cơng tác làm tăng độ bền bê tông Khi ta đƣa tro bay vào thành phần bê tơng, thành phần SiO2 vơ định hình tro bay tạo phản ứng puzzolan h a, h t lƣợng vôi tự c bê tơng; ngồi ra, phần tro bay đ ng vai tr vi cốt liệu ch n lấp vào lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn hơn, làm tăng độ đ c cho bê tông, từ đ làm cƣờng độ c ng nhƣ độ bền bê tông đƣợc cải thiện Nhƣ vậy, sử dụng bê tông nhiều tro bay vào bê tông thƣơng phẩm gi p tăng độ linh động hiệu ứng bi lăn tro bay gi p bê tông linh động hơn, dễ bơm, nhào trộn, đầm rung,… Ngoài ra, tro bay c th thay lên tới 70 khối lƣợng xi măng thành phần bê tông, đ g p phần quan trọng việc giảm lƣợng xi măng, giảm đáng k lƣợng khí thải CO2 trình sản xuất xi măng Hơn nữa, thay phần xi măng tro bay làm giảm lƣợng d ng xi măng nên d n đến làm giảm nhiệt thủy h a giá vật liệu tro bay rẻ giá xi măng nên làm giảm giá thành bê tông Do vậy, chế tạo bê tông thƣơng phẩm c cấp bê tông cao khối lớn việc giảm đƣợc nhiệt độ bê tông thi công đ tránh nứt cho kết cấu bê tông c ng yếu tố đáng quan t m Hình 1.2 Dùng tro bay làm phụ gia cho bê tông đầm lăn thủy điện Sơn La Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vật liệu chế tạo 2.1.1 Xi măng Trong đề tài sử dụng xi măng PCB 40 Sài Gòn ph hợp TCVN c tiêu thí nghiệm sau: Bảng 2.1: Các tiêu lý xi măng PCB 40 Sài Gòn STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết Phƣơng pháp thử % 27,4 TCVN 6017 : 1995 phút 120 TCVN 6017 : 1995 Nƣớc tiêu chuẩn Thời gian ninh kết + Bắt đầu + Kết th c Khối lƣợng riêng Độ ổn định th tích 160 g/cm3 3,10 TCVN 4030 : 2003 mm 0,4 TCVN 6017 : 1995 MPa 27,9 TCVN 6016 : 1995 Cƣờng độ chịu nén +R3 +R28 48,2 Độ mịn +Sót sàng 0,08 +Bề m t riêng % cm2/g 0,8 TCVN 4030 : 2003 3700 Hình 2.1 Thí nghiệm tiêu XM phịng thí nghiệm BTXM 2.1.2 Tro bay Tro bay nhiệt điện Duyên Hải c kết thí nghiệm đƣợc trình bày bảng sau: Bảng 2.2: Các thông số thử nghiệm tro bay Duyên Hải Quates Tro bay c độ mịn lớn so với độ mịn xi măng Trong thành phần cấp phối hạt có 60% hạt c kích thƣớc khoảng 10 m, cỡ hạt c kích thƣớc lớn 30 m chiếm khoảng 5% Tro bay Nhiệt điện Duyên Hải tro đ qua xử lí lọc tách khử tạp chất sấy khơ có số hoạt tính cƣờng độ mức cao đạt, tiêu chất lƣợng phù hợp với quy định tiêu chuẩn tro bay loại F 2.1.3 Cốt liệu nhỏ ( Cát) Cát sử dụng đề tài loại cát xây dựng thơng thƣờng, có cỡ hạt mịn, Các thơng số đƣợc thí nghiệm nhƣ sau: Bảng 2.3: Các thơng số cốt liệu nhỏ (cát) STT Tên tiêu Phƣơng pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN7572-7:2006 4,2 Khối lƣợng riêng (g/cm3) TCVN7572-4:2006 2,63 Khối lƣợng th tích (g/cm3) TCVN7572-4:2006 2,56 -Trạng thái thơ -Trạng thái bão hào nƣớc 2,58 Khối lƣợng th tích xốp -Không lèn ch t trạng thái tự nhiên (kg/cm3) 1290 TCVN7572-6:2006 -Lèn ch t (kg/cm3) 1650 Độ h t nƣớc (%) TCVN7572-4:2006 1,03 Độ hổng (%) TCVN7572-6:2006 41,50 Hàm lƣợng tạp chất hữu ( ) TCVN7572-9:2006 Sáng màu chuẩn Hàm lƣợng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN7572-8:2006 1,3 Cỡ hạt lớn 5mm ( ) TCVN7572-8:2006 5,9 10 Modul độ lớn cát TCVN7572-2:2006 1,9 2.1.4 Cốt liệu lớn Đá sử dụng đề tài đá 1x2 c cỡ hạt đều, sạch, Các thơng số đƣợc thí nghiệm nhƣ sau: Bảng 2.4: Các thông số cốt liệu lớn (Đá) STT Tên tiêu Phƣơng pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN7572-7:2006 0,2 Khối lƣợng riêng (g/cm3) TCVN7572-5:2006 2,79 Khối lƣợng th tích (g/cm3) TCVN7572-5:2006 2,75 -Trạng thái thô -Trạng thái b o hào nƣớc 2,77 Khối lƣợng th tích xốp -Khơng lèn ch t trạng thái tự nhiên (kg/cm3) TCVN7572-6:2006 1510 -Không lèn ch t trạng thái khô (kg/cm3) 1500 -Lèn ch t trạng thái khô (kg/cm3) 1720 Độ h t nƣớc (%) TCVN7572-5:2006 0,6 Độ hổng (%) TCVN7572-6:2006 45,46 TCVN7572-11:2006 9,0 Độ nén dập xilanh -Trạng thái khô (%) Hàm lƣợng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN7572-8:2006 0,5 Hàm lƣợng hạt thoi dẹt (%) TCVN7572-13:2006 15 TCVN7572-17:2006 0,7 10 Hàm lƣợng hạt mềm yếu phong hóa (%) 2.1.5 Phụ gia hóa dẻo Phụ gia sử dụng phụ gia siêu dẻo Master Ease 3018 Cơng ty Hóa chất OBasf Các đ c m nhƣ sau: Phụ gia giảm nƣớc hệ mới, có thành phần bao gồm polycarboxylate ether (PCE) đuợc liên kết với công nghệ sureTEC Sự kết hợp hồn hảo khả trì độ sụt, phát tri n cƣờng độ sớm sau cùng, có khả thỏa mãn yêu cầu khắt khe mà phụ gia siêu dẻo truyền thống không th đáp ứng đƣợc, đạt hiệu cao sử dụng tỉ lệ nƣớc/ xi măng vừa thấp Với ƣu m vƣợt trội nhƣ độ giảm nƣớc cao, cƣờng độ sớm phát tri n tốt, trì độ sụt lâu nên có th sử dụng đƣợc cho bê tông đổ chỗ bê tông cấu kiện đ c sẵn Phù hợp với tiêu chuẩn nhƣ: BS 5075 phần 3:1985, BS EN 934-2, ASTM C494 loại F, TCVN 325:2004… Hình 2.2: Tham quan xin phụ gia nhà máy phụ gia O-Basf ( Bình Dương) 2.1.6 Nƣớc Nƣớc d ng đ thí nghiệm nƣớc máy đảm bảo tiêu nƣớc theo TCVN 4506 : 1987 2.2 Nội dung nghiên cứu - Phân tích nguyên liệu ban đầu: tiêu lý xi măng, cát, đá, nƣớc; tro bay - Thiết kế cấp phối cho BTXM thƣơng phẩm, đổ mẻ bê tông thực nghiệm xem xét độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cƣờng độ bê tơng đ điều chỉnh cấp phối theo thực nghiệm - Đổ bê tông với hàm lƣợng tro bay thay xi măng tăng dần ( 0%, 10%, 20%, 30%, 40 ), đ c m u BT thử độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cƣờng độ bê tơng R3, R7, R28 ngày so sánh nhận xét đ chọn đƣợc hàm lƣợng tro bay có th thay xi măng tốt cho cƣờng độ cao độ sụt đảm bảm cho thi công bê tông thƣơng phẩm 2.3 Phƣơng pháp thử nghiệm thực nghiệm 2.3.1 Tính tốn thiết kế cấp phối bê tơng xi măng Phương pháp Bolomey – Skramtaev: Tính tốn thành phần vật liệu Cơ sở lý thuyết: BT đƣợc coi hoàn toàn đ c th tích BT tổng th tích đ c riêng rẽ VL thành phần tạo bê tông: Vab  1000  VaX  VaC  VaĐ  VaN Công thức Bolomey-Skramtaev: X/N = 1,4-2,5: Chƣơng 3:KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông xi măng thƣơng phẩm sử dụng tro bay 3.1.1 Sơ đồ thiết kế CP BTXM dùng tro bay thay phần xi măng Nguyên liệu: XM, cát, đá, tro bay, PG, nƣớc đ khảo sát Thiết kế cấp phối theo điều kiện ban đầu: - BTXM thƣơng phẩm - Độ sụt:10-14 cm, M300, không tách nƣớc, phân tầng - CĐ chịu nén > 30MPa Thiết kế thành phần theo: Chỉ d n chọn thành phần BT loại – số 778/1998/QĐ-BXD tìm đƣợc khối lƣợng nguyên liệu m3 BT Không đạt Trộn hỗn hợp Bê tông thử nghiệm Thử độ sụt, tách nƣớc, phân tầng hỗn hợp BT Đạt Đ c m u thử CĐ nén 28 ngày Đạt Chọn cấp phối đối chứng Khơng đạt 3.1.2 Tính tốn cấp phối bê tơng xi măng thƣơng phẩm Tính tốn thiết kế cấp phối theo phƣơng pháp đ trình bày điều chỉnh thực nghiệm ta đƣợc cấp phối nhƣ bảng sau: Bảng 3.1:Bảng cấp phối mẫu đối chứng theo lý thuyết XM, kg 350 Cát , kg 780 Đá , kg Phụ gia , Nƣớc, Độ sụt, lít lít cm 3.5 194 12 1050 Tách nƣớc Không 3.1.3 Khảo sát độ sụt Đ đảm bảo độ sụt thi công cho bê tông thƣơng phẩm, ban đầu ta thiết kế độ sụt 12 cm cho cấp phối đối chứng ( 0% tro bay) Tuy nhiên trình trộn tro bay có kích thƣớc nhỏ xi măng nhiều tròn nên tạo hiệu ứng bi lăn làm tăng độ sụt đáng k tăng hàm lƣợng tro bay thay Hình 3.1:Thử nghiệm đo độ sụt phịng thí nghiệm BTXM nhóm Sau tăng hàm lƣợng tro bay thay cho xi măng từ độ sụt nhận xét nhƣ sau: đến 40% ta có bảng kết Bảng 3.2:Kết đo độ sụt Tro bay thay ( %) Độ sụt ( cm) 12 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ 10 13 BT linh động hơn, dễ trộn dễ đổ 20 14.5 30 16 40 18 Nhận xét BT linh động BT linh động, hàm lƣợng hạt mịn bê tông cao BT chảy x e, độ linh động cao Hình 3.2: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng tro bay Từ đồ thị ta thấy hàm lƣợng tro bay thay tăng đ n từ 10 đến 40% độ sụt tăng dần nhƣng không Cụ th hàm lƣợng tro bay thay nhƣ 10 , 20 độ sụt tăng từ 1cm 1,5 cm Còn thay hàm lƣợng tro bay liều cao 30 , 40 độ sụt tăng cao 2cm cho hàm lƣợng tăng Điều c ng phù hợp với sở lí thuyết đ giải thích đ c m kích thƣớc tro bay nhỏ xi măng tròn tạo hiệu ứng bi lăn làm tăng đáng k độ sụt cho bê tông phù hợp cho bê tông thƣơng phẩm cần độ linh động cao, dễ đổ nhƣng độ sụt cao 18cm lƣu ý tƣợng tách nƣớc phân tầng cho bê tông 3.1.4 Khảo sát cƣờng độ chịu nén Việc xác định cƣờng độ chịu nén BTXM thƣơng phẩm theo TCVN 3118:1993 cho m u vng c kích thƣớc chuẩn 15cm x 15x15 cm Ở ngày tuổi nén tổ m u (3 viên) cho hàm lƣợng % tro bay, nhƣ với hàm lƣợng % tro bay ta nén tổng cộng 45 viên m u Hình 3.3.Đúc mẫu đầm rung máy phịng thí nghiệm BTXM nhóm Hình 3.4:Nén mẫu vng phịng thí nghiệm BTXM nhóm Kết cho nhƣ bảng sau: ( Đơn vị cƣờng độ chịu nén MPa) Bảng 3.3: Bảng kết đo cường độ nén Hàm lƣợng ngày ( Mpa) ngày (Mpa) 28 ngày ( Mpa) 20.9 23.7 34.1 10 15.3 19 33.7 20 13.2 16.3 30.1 tro bay (%) 30 7.5 10.1 17.3 40 5.9 9.1 13.8 Từ kết ta c đồ thị cƣờng độ nén 3, 7, 28 ngày theo hàm lƣợng tro bay nhƣ sau: Hình 3.5:Cường độ chịu nén 3, 7, 28 ngày theo hàm lượng tro bay thay Nhận xét chung cƣờng độ nén: + Khi dùng tro bay thay cho xi măng theo hàm lƣợng (10%, 20%, 30%, 40%) cƣờng độ nén giảm dần theo hàm lƣợng tro bay tăng dần ngày tuổi tốc độ giảm không đồng hàm lƣợng tro bay thay + Khi tăng hàm lƣợng tro bay liều từ 0% lên 10%; từ 10% lên 20%; từ 30% lên 40 cƣờng độ có giảm nhƣng tốc độ giảm nhẹ tất ngày tuổi Chỉ có tăng hàm lƣợng từ 20% lên 30% tốc độ giảm cƣờng độ nén cách đột biến ( giảm 40 ) cƣờng độ Đ c biệt hàm lƣợng thay 10 , 20 tro bay cƣờng độ 28 ngày tuổi c n đạt Mác yêu cầu 30 MPa, liều thay 30%, 40% tro bay trở cƣờng độ giảm mạnh khơng đạt Mác u cầu + Khi dùng tro bay thay cƣờng cƣờng độ ngày đạt cỡ 45 với 28 ngày, cƣờng độ ngày tuổi đạt 60 cƣờng độ 28 ngày đ d ng m u đối chứng cƣờng độ nén sau ngày 60 70 cƣờng độ so cƣờng độ 28 ngày ngày đạt cƣờng độ 28 ngày Nhƣ dùng tro bay thay cƣờng độ phát tri n nhiều giai đoạn muộn ngày tuổi ( từ 14 đến 28 ngày) + Nhƣ ta thấy nên chọn hàm lƣợng tro bay thay xi măng tối ƣu hàm lƣợng 20% hàm lƣợng cƣờng độ 28 ngày có giảm nhƣng không mạnh v n c n đạt Mác yêu cầu Tại hàm lƣợng độ sụt 14.5 cm c ng phù hợp đ thi công bê tông thƣơng phẩm Tại hàm lƣợng 10% tro bay thay tính chất độ linh động cƣờng độ nén đạt nhƣng hàm lƣợng tro bay thay q khơng hiệu tính kinh tế Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1.Kết luận Mục tiêu ban đầu đề tài nghiên cứu tận dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay đ qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay hàm lƣợng xi măng hỗn hợp BT thƣơng phẩm đ giảm lƣợng dùng XM, giảm giá thành cho BT - Đánh giá đƣợc khả áp dụng loại BT d ng tro bay đ giảm phế thải cho môi trƣờng, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lƣợng khí CO2 thải sản xuất XM Trong trình nghiên cứu đạt đƣợc số kết nhƣ sau: - Có th sử dụng tro bay thay phần xi măng đ chế tạo BTXM thƣơng phẩm - Hàm lƣợng tro bay tối ƣu chiếm 20% nguyên liệu cấp phối, đ y tỉ lệ phần trăm tro bay cao mà m u BTXM v n đạt cƣờng độ nén 30MPa, độ sụt 14,5 cm đảm bảo thi cơng tốt - Các kết thí nghiệm quan trọng cho BTXM thƣơng phẩm m u đối chứng m u tro bay hầu nhƣ m u đối chứng cho kết tốt m u tro bay cƣờng độ thấp độ sụt Tuy nhiên chênh lệch kết c ng không nhiều liều thay thấp ( 10%-20%) chênh lệch kết cao liều thay tro bay cao ( 30-40%), nên ứng dụng tro bay vào BT thƣơng phẩm bƣớc đầu c ng thu đƣợc kết định - Mở hƣớng chế tạo BTXM thƣơng phẩm khả thi tận dụng đƣợc đƣợc nguồn nguyên liệu phế thải tro bay với giá rẻ giảm ô nhiễm môi trƣờng 4.2 Kiến nghị - Khi dùng tiêu chuẩn đ xác định tiêu BT thƣơng phẩm hầu nhƣ tiêu chuẩn áp dụng phịng thí nghiệm Cho nên kết luận đ ng điều kiện PTN - Nếu c điều kiện nghiên cứu cao nên tiến hành thí nghiệm tiêu BTXM thƣơng phẩm có tro bay trạm trộn Bê tơng thực tế kết có tính thực tiễn khả ứng dụng cao - C điều kiện nên nghiên cứu ảnh hƣởng loại BTXM thƣơng phẩm dùng tro bay thay phần xi măng đến sức khỏe ngƣời, bong tróc, nhiễm mơi trƣờng dƣới tác động khí hậu theo thời gian TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Ngơ Xn 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 ơtơ: Giải pháp kinh tế mơi trường’’, Tạp chí KHGTVT- Trƣờng 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 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 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUN HẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG 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 TPHCM e-Mail: buivi1111@gmail.com Tóm tắt - Hàng năm giới Việt Nam sử dụng lượng lớn bê tông chiếm 80% khối lượng cơng trình xây dựng Trong cấp phối BT 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 phần xi măng - Các nhà máy nhiệt điện nước ta ngày nhiều thải phế phẩm tro xỉ nhiệt điện gây ô nhiễm môi trường (16 triệu tro xỉ/năm) - Sự ảnh hưởng việc thay xi măng pooc lăng tro bay đến tính chất của bê tơng xi măng trình bày báo Có năm hỗn hợp bê tơng khảo sát với tỷ lệ thay tro bay 0, 10, 20, 30,và 40% Các hỗn hợp thiết kế với cường độ mẫu lập phương 30MPa độ sụt từ 10-12cm Nghiên cứu thực nghiệm ban đầu đưa lợi ích bê tơng 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 tơng thương phẩm, nhà máy nhiệt điện Keywords: Fly ash, Fresh Concrete Product, Thermal Power Plant Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa R MPa Cường độ V m3 Thể tích kg/m3 khối lượng riêng α A, A1 hệ số trượt hệ số chất lượng cốt liệu Mở đầu Mục tiêu đề tài: - Sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay hàm lượng xi măng hỗn hợp BT thương phẩm để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho BT - Đánh giá khả áp dụng loại BT dùng tro bay để giảm phế thải cho mơi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải sản xuất XM Tính sáng tạo: - Đánh giá ảnh hưởng tro bay thay phần xi măng đến bê tông thương phẩm, sử dụng hàm lượng tro bay thay cao tới 40% xi măng, sử dụng phụ gia hãng O-Basf (Master Ease 3018) Kết nghiên cứu: - Có thể thay lượng lớn XM tro bay để chế tạo BT thương phẩm hàm lượng thay tốt 20% tro bay - Khi dùng tro bay nhiệt điện thay XM cải thiện lớn tính cơng tác BT - Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày BT có dùng tro bay thay XM giảm tùy theo hàm lượng dùng tro bay Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Có thể chế tạo BT dùng tro bay thay phần xi măng để giảm phế thải cho mơi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải - Do giá thành tro bay rẻ nhiều so với xi măng nên đề tài nghiên cứu mở hướng cho việc sử dụng tro bay thay phần xi măng giúp giảm giá thành bê tông lớn Kết cấu đề tài Đề tài gồm chương: Chương : Tổng quan bê tơng xi măng có hàm lượng tro bay cao Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Kết biện luận Chương 4: Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Nội dung 2.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG XI MĂNG CĨ HÀM LƯỢNG TRO BAY CAO 2.1.1 Bê tông sử dụng tro bay giới Bê tông xi măng vật liệu chủ yếu sử dụng phổ biến giới Hiện theo tính tốn năm giới sản suất khoảng 1,7x109 tấn/1 năm, tương đương 6km3 bê tông xi măng năm 1m3 bê tông/ người khối lượng bê tông khổng lồ cho việc xây dựng sở hạ tầng Các cơng trình tiêu biểu dụng tro bay thay phần xi măng Đập Tomisato cao 111m Nhật Bản xây dựng từ năm 1950 sử dụng 60% tro bay thay xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào cơng trình xây dựng đập thủy điện từ năm 1980; Cơng trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn thành năm 2005 sử dụng 35% tro bay thay xi măng Ở Việt Nam, theo qui hoạch phát triển ngành điện dự kiến đưa vào sử dụng nhiều nhà máy nhiệt điện chạy than dự kiến công suất 35.090 MW, nguồn thải phẩm tro bay từ nhà máy nhiệt điện dự tính đến năm 2020 25 triệu tấn, đếm năm 2030 38 triệu tấn, lượng tro bay gần ½ lượng xi măng sản xuất hàng năm tro bay thay lên tới 70% khối lượng xi măng thành phần bê tơng, góp phần quan trọng việc giảm lượng xi măng, giảm đáng kể lượng khí thải CO2 q 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 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Vật liệu chế tạo 2.2.1.1 Xi măng Trong đề tài sử dụng xi măng PCB 40 Sài Gịn phù hợp TCVN có tiêu thí nghiệm sau: 1chir ti Bảng 2.1: Các tiêu lý xi măng PCB 40 Sài Gịn STT Hình 1.1 Giảng đường trường đại học CaliforniaBerkeley sử dụng tro bay 2.1.2 Bê tông sử dụng tro bay Việt Nam Chỉ tiêu kiểm tra Nước tiêu chuẩn Thời gian ninh kết + Bắt đầu + Kết thúc Đơn vị Khối lượng riêng Độ ổn định thể tích Cường độ chịu nén +R3 +R28 Độ mịn +Sót sàng 0,08 +Bề mặt riêng Kết 27,4 Phương pháp thử TCVN 6017 : 1995 phút 120 160 TCVN 6017 : 1995 g/cm 3,10 TCVN 4030 : 2003 TCVN 6017 : 1995 % mm MPa % cm2/ g 0,4 27,9 48,2 0,8 3700 TCVN 6016 : 1995 TCVN 4030 : 2003 chuẩn Hàm lượng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN7572-8:2006 1,3 2.2.1.3 Cốt liệu nhỏ ( Cát) TCVN7572-8:2006 5,9 Cát sử dụng đề tài loại cát xây dựng thơng thường, có cỡ hạt mịn, Các thơng số thí nghiệm sau: Cỡ hạt lớn 5mm (%) 10 Modul độ lớn cát TCVN7572-2:2006 1,9 2.2.1.2Tro bay Tro bay Nhiệt điện Duyên Hải tro qua xử lí lọc tách khử tạp chất sấy khơ có số hoạt tính cường độ mức cao đạt, tiêu chất lượng phù hợp với quy định tiêu chuẩn tro bay loại F Bảng 2.2: Các thông số cốt liệu nhỏ (cát) STT Tên tiêu Phương pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN7572-7:2006 4,2 Khối lượng riêng (g/cm3) 2.2.1.4 Cốt liệu lớn Đá sử dụng đề tài đá 1x2 có cỡ hạt đều, sạch, Các thơng số thí nghiệm sau: Bảng 2.3: Các thơng số cốt liệu lớn (Đá) TCVN7572-4:2006 -Trạng thái thô TCVN7572-4:2006 Tên tiêu Phương pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN75727:2006 0,2 Khối lượng riêng (g/cm3) TCVN75725:2006 2,79 TCVN75725:2006 2,75 2,63 Khối lượng thể tích (g/cm3) STT 2,56 Khối lượng thể tích (g/cm3) 2,58 -Trạng thái bão hào nước Khối lượng thể tích xốp -Khơng lèn chặt trạng thái tự nhiên (kg/cm3) Độ hút nước (%) Độ (%) hổng Hàm lượng tạp chất hữu (%) 2,77 -Trạng thái bão hào nước 1290 Khối lượng thể tích xốp TCVN7572-6:2006 1650 -Lèn chặt (kg/cm3) -Trạng thái thô TCVN7572-4:2006 1,03 TCVN7572-6:2006 41,50 TCVN7572-9:2006 Sáng màu -Không lèn chặt trạng thái tự nhiên (kg/cm3) -Không lèn chặt trạng thái khô (kg/cm3) -Lèn chặt trạng thái 1510 TCVN75726:2006 1500 1720 Hình 2.1: Tham quan xin phụ gia nhà máy phụ gia O-Basf ( Bình Dương) khơ (kg/cm3) Độ hút nước (%) TCVN75725:2006 0,6 Độ (%) TCVN75726:2006 45,46 hổng Độ nén dập xilanh - Phân tích nguyên liệu ban đầu: tiêu lý xi măng, cát, đá, nước; tro bay TCVN757211:2006 9,0 -Trạng thái khô (%) Hàm lượng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN75728:2006 0,5 Hàm lượng hạt thoi dẹt (%) TCVN757213:2006 15 10 Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa (%) TCVN757217:2006 0,7 10 Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa (%) TCVN757217:2006 2.2.1.6 Nước Nước dùng để thí nghiệm nước máy đảm bảo tiêu nước theo TCVN 4506 : 1987 2.2.2 Nội dung nghiên cứu - Thiết kế cấp phối cho BTXM thương phẩm, đổ mẻ bê tông thực nghiệm xem xét độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cường độ bê tông để điều chỉnh cấp phối theo thực nghiệm - Đổ bê tông với hàm lượng tro bay thay xi măng tăng dần ( 0%, 10%, 20%, 30%, 40%), đúc mẫu BT thử độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cường độ bê tơng R3, R7, R28 ngày so sánh nhận xét để chọn hàm lượng tro bay thay xi măng tốt cho cường độ cao 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 tốn thiết kế cấp phối bê tơng xi măng Phương pháp Bolomey – Skramtaev: Tính tốn thành phần vật liệu Cơ sở lý thuyết: BT coi hoàn toàn đặc thể tích BT tổng thể tích đặc riêng rẽ VL thành phần tạo bê tông: Vab  1000  VaX  VaC  VaĐ  VaN 0,7 2.2.1.5 Phụ gia hóa dẻo Phụ gia sử dụng phụ gia siêu dẻo Master Ease 3018 Cơng ty Hóa chất O-Basf Các đặc điểm sau: Phụ gia giảm nước hệ mới, có thành phầnbao gồm polycarboxylate ether (PCE) đuợc liên kết với công nghệ sureTEC Sự kết hợp hồn hảo khả trì độ sụt, phát triển cường độ sớm sau cùng, có khả thỏa mãn yêu cầu khắt khe mà phụ gia siêu dẻo truyền thống đáp ứng được, đạt hiệu cao sử dụng tỉ lệ nước/ xi măng vừa thấp 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 vật liệu cho m3 bê tông biểu thị tỷ lệ khối lượng vật liệu so với lượng xi măng: X N C Đ N C Đ : : :  1: : : X X X X X X X Sau thiết kế cấp phối theo phương pháp ta đổ bê tông thực nghiệm điều chỉnh để cấp phối đối chứng dùng chung cho toàn trình thử nghiệm hàm lượng tro bay thay 2.2.3.2 Xác định độ sụt hỗn hợp bê tơng Hình 2.2: Thử nghiệm độ sụt hỗn hợp Bê tông 2.2.3.3 Xác định cường độ chịu nén BTXM - Tiêu chuẩn thử nghiệm cường độ nén BTXM TCVN 3118-93 - Đổ bê tông vào khuôn hình lập phương thử cường độ chịu nén 15x15x15(cm), đổ dần vào khuôn làm lần, lần đổ dày =2/3 chiều cao khuôn, lần đầy khuôn Ở lần đem mẫu đầm rung máy rung thấy hết khí bề mặt phẳng nhấc mẫu xuống, dán tem kí hiệu mẫu nén ngày tuổi - Bảo dưỡng ẩm ngày ngâm nước 27 ngày đêm Đo cường độ nén độ tuổi 3,7, 28 ngày đêm - Đánh giá kết + tổ thường gồm mẫu thí nghiệm, ta thu trị số cường độ chịu nén Rni (i= 1, 2, 3) Nếu trị số cường độ lớn nhỏ không lệch 15% so với cường độ viên mẫu cịn lại giá trị cường độ BT xác định trị số cường độ nén trung bình mẫu thử: Hình 3.1: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng tro bay 2.3.1.4 Khảo sát cường độ chịu nén Rn1  Rn2  Rn3 Rn  ( MPa) + Nếu trị số cường độ lớn nhỏ lệch 15% so với cường độ mẫu lại bỏ giá trị lớn nhỏ cường độ bê tơng lấy trị số cường độ cịn lại Nếu có điều kiện thí nghiệm lại ta nên loại bỏ tổ mẫu 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 phần xi măng 2.3.1.2 Tính tốn cấp phối bê tơng xi măng thương phẩm X M, kg Cát , kg Đá , kg Phụ gia , lít Nướ c, lít Độ sụt, cm Tách nước 35 78 105 3.5 194 12 Khôn g 2.3.1.3 Khảo sát độ sụt Tro bay Độ sụt thay Nhận xét ( cm) ( %) 12 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ BT linh động hơn, dễ trộn dễ 10 13 đổ 20 14.5 BT linh động BT linh động, hàm 30 16 lượng hạt mịn bê tông cao 40 18 BT chảy xịe, khơng tách nước Hình 3.2Đúc mẫu đầm rung máy phịng thí nghiệm BTXM nhóm Hình 3.3:Nén mẫu vng phịng thí nghiệm BTXM nhóm Hàm 28 ngày ( lượng ( (Mpa) Mpa) tro bay Mpa) (%) 20.9 23.7 34.1 10 15.3 19 33.7 20 13.2 16.3 30.1 30 7.5 10.1 17.3 40 5.9 9.1 13.8 Bảng 3.3: Bảng kết đo cường độ nén 2.4.2 Kiến nghị - Khi dùng tiêu chuẩn để xác định cáchỉ tiêu BT thương phẩm tiêu chuẩn áp dụng phịng thí nghiệm Cho nên kết luận điều kiện PTN - Nếu có điều kiện nghiên cứu cao nên tiến hành thí nghiệm tiêu BTXM thương phẩm có tro bay trạm trộn Bê tơng thực tế kết có tính thực tiễn khả ứng dụng cao - Có điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng loại BTXM thương phẩm dùng tro bay thay phần xi măng đến sức khỏe người, bong tróc, nhiễm mơi trường tác động khí hậu theo thời gian TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Ngơ Xn Quảng – Mai Đình Lộc – Vật liệu xây dựng– Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải - 2011 Hình 3.4:Cường độ chịu nén 3, 7, 28 ngày theo hàm lượng tro bay thay 2.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2.4.1 Kết luận Mục tiêu ban đầu đề tài nghiên cứu tận dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay hàm lượng xi măng hỗn hợp BT thương phẩm để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho BT - Đánh giá khả áp dụng loại BT dùng tro bay để giảm phế thải cho mơi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải Trong trình nghiên cứu đạt số kết sau: - Có thể sử dụng tro bay thay phần xi măng để chế tạo BTXM thương phẩm - Hàm lượng tro bay tối ưu chiếm 20% nguyên liệu cấp phối, tỉ lệ phần trăm tro bay cao mà mẫu BTXM đạt cường độ nén 30MPa, độ sụt 14,5 cm đảm bảo thi cơng tốt - Các kết thí nghiệm quan trọng cho BTXM thương phẩm mẫu đối chứng mẫu tro bay mẫu đối chứng cho kết tốt mẫu tro bay cường độ thấp độ sụt Tuy nhiên chênh lệch kết không nhiều liều thay thấp ( 10%-20%) chênh lệch kết cao liều thay tro bay cao ( 30-40%), nên ứng dụng tro bay vào BT thương phẩm bước đầu thu kết định [2] Nguyễn Thanh Sang, Trần Lê Thắng, Nguyễn Quang Ngọc (2010), “Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường ơtơ: Giải pháp kinh tế mơi 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 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