Nghiên cứu sử dụng xỉ đáy của nhà máy đốt rác thay thế cát trong thành phần vữa xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC NGUYỄN QUỐC ANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ ĐÁY CỦA NHÀ MÁY ĐỐT RÁC THAY THẾ CÁT TRONG THÀNH PHẦN VỮA XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH XÂY DỰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Ngơ Sĩ Huy THANH HĨA, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn không trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Ngƣời cam đoan Nguyễn Quốc Anh i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Trƣờng Đại học Hồng Đức tạo môi trƣờng học tập tốt thân thiện cho học viên; cảm ơn thầy cô Khoa Kỹ thuật công nghệ, đặc biệt thầy cô Bộ môn Kỹ thuật công trình tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn để tác giả hồn thành q trình học tập luận văn tốt nghiệp Qua tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Ngô Sĩ Huy, ngƣời hƣớng dẫn khoa học tận tình chu đáo, ln ln cung cấp tài liệu hữu ích kiến thức kịp thời giúp tác giả giải vấn đề khó luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp, ngƣời đồng hành động viên tác giả hồn thành q trình học tập Do thời gian thực kiến thức có hạn, cố gắng, luận văn khó tránh khỏi sai sót yếu tố khách quan chủ quan tác giả, mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy cơ, đồng nghiệp bạn bè để luận văn đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nội dung luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vữa xây dựng 1.2 Các nghiên cứu nƣớc vữa xây dựng 1.3 Các nghiên cứu nƣớc vữa xây dựng 1.4 Các nghiên cứu sử dụng xỉ đáy lò đốt rác sản xuất vữa xây dựng 10 CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 13 2.1 Vật liệu 13 2.1.1 Chất kết dính 13 2.1.2 Cốt liệu 16 iii 2.1.3 Nƣớc phụ gia 18 2.2 Thiết kế thành phần cấp phối mẫu vữa 18 2.3 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 19 2.4 Phƣơng pháp thí nghiệm 21 2.4.1 Độ lƣu động khối lƣợng thể tích ƣớt 21 2.4.2 Cƣờng độ chịu uốn 23 2.4.3 Cƣờng độ chịu nén 24 2.4.4 Độ hút nƣớc 25 2.4.5 Độ co khô 25 2.4.6 Vận tốc truyền xung siêu âm 26 2.4.7 Hình ảnh vi cấu trúc 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Các thuộc tính vữa tƣơi 29 3.2 Cƣờng độ chịu nén 29 3.3 Cƣờng độ chịu uốn 31 3.4 Độ hút nƣớc 32 3.5 Độ co khô 33 3.6 Vận tốc truyền xung siêu âm 35 3.7 Hình ảnh vi cấu trúc 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT N/CKD TCVN : Nƣớc/chất kết dính : Tiêu chuẩn Việt Nam ASTM : Tiêu chuẩn Mỹ V : Khối lƣợng thể tích vữa tƣơi (kg/m3) m1 : Khối lƣợng bình (kg) m2 : Khối lƣợng bình có vữa (kg) V : Thể tích bình đong (m3) Ru : Cƣờng độ chịu uốn (MPa) Pu : Lực uốn gẫy (N) l : Khoảng cách hai gối uốn (mm) b, h : Chiều rộng chiều cao mẫu thử (mm) H : Độ hút nƣớc (%) m3 : Khối lƣợng mẫu sau sấy khô (g) m4 : Khối lƣợng mẫu bão hòa ngâm nƣớc 24 (g)  ni : Độ co khô vữa n ngày tuổi, mẫu thứ i (%) Lni : Chỉ số so sánh chiều dài n ngày tuổi mẫu thứ i (mm) L0i : Chỉ số so sánh chiều dài tuổi ban đầu mẫu thứ i (mm) Li : Chiều dài danh nghĩa mẫu thứ i (mm) V : Vận tốc truyền xung siêu âm (m/m) L : Chiều dài mẫu (m) T : Thời gian truyền sóng siêu âm (s) v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các tiêu chất lƣợng vữa tƣơi Bảng 1.2 Mác vữa cƣờng độ chịu nén tuổi 28 ngày đêm dƣỡng hộ điều kiện chuẩn Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chất kết dính 14 Bảng 2.2 Tính chất vật lý cát xỉ đáy lò đốt rác 17 Bảng 2.3 Hàm lƣợng kim loại nặng xỉ đáy lò đốt rác 17 Bảng 2.4 Thành phần cấp phối cho mẫu vữa 19 Bảng 3.1 Độ lƣu động khối lƣợng thể tích vữa tƣơi 29 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hình ảnh vi cấu trúc xi măng 15 Hình 2.2 Hình ảnh vi cấu trúc tro bay 15 Hình 2.3 Hình ảnh vi cấu trúc xỉ lò cao nghiền mịn 15 Hình 2.4 Xỉ đáy nhà máy đốt rác thải sinh hoạt 16 Hình 2.5 Đƣờng cong cấp phối cát xỉ đáy lò đốt rác 17 Hình 2.6 Phụ gia siêu dẻo 18 Hình 2.7 Thành phần vật liệu cho mẽ trộn 20 Hình 2.8 Quá trình trộn mẫu 20 Hình 2.9 Đo độ lƣu động đúc mẫu thí nghiệm 21 Hình 2.10 Đo độ lƣu động vữa 22 Hình 2.11 Xác định khối lƣợng thể tích vữa tƣơi 23 Hình 2.12 Xác định cƣờng độ chịu uốn 24 Hình 2.13 Xác định cƣờng độ chịu nén 25 Hình 2.14 Xác định độ co khơ vữa 26 Hình 2.15 Thí nghiệm đo vận tốc truyền xung siêu âm 27 Hình 16 Kính hiển vi điện tử quét 28 Hình 3.1 Cƣờng độ chịu nén 31 Hình 3.2 Cƣờng độ chịu uốn 32 Hình 3.3 Độ hút nƣớc 33 Hình 3.4 Độ co khơ 34 Hình 3.5 Vận tốc truyền xung siêu âm mẫu M40-FA 36 Hình 3.6 Hình ảnh vi cấu trúc mẫu vữa 38 vii MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Vữa đóng vai trị quan trọng ngành cơng nghiệp xây dựng, khơng chất kết dính mà cịn tạo thành lớp bề mặt để bảo vệ kết cấu khỏi tác nhân xâm thực từ môi trƣờng Hiện nay, nhu cầu ngƣời ngày cao, sở hạ tầng không ngừng đƣợc nâng cấp xây dựng mới, nhu cầu sử dụng vữa nhƣ loại vật liệu xây dựng khác ngày tăng Thành phần cấu tạo nên vữa xây dựng bao gồm chất kết dính, cốt liệu mịn nƣớc Trong đó, chất kết dính cốt liệu mịn phổ biến xi măng cát sơng Q trình sản xuất xi măng tiêu hao nhiều tài nguyên thiên thiên (đá vôi, than đá, …) nhƣ thải môi trƣờng lƣợng lớn khí thải gây nhiễm mơi trƣờng tƣợng hiệu ứng nhà kính Theo ƣớc tính Oh cộng [24], để sản xuất xi măng lƣợng khí CO2 thải 0,95 Lƣợng khí CO2 phát thải sản xuất xi măng tƣơng đƣơng khoảng 7% lƣợng khí CO2 phát thải tồn cầu Trong đó, việc khai thác mức cát sông tự nhiên dẫn đến ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng nƣớc, sạt sở bờ sơng, xói mịn đất Vì cần có giải pháp để hạn chế thay sử dụng xi măng cát sông sản xuất loại vật liệu xây dựng Mặt khác, hàng năm lƣợng lớn tro-xỉ đƣợc thải từ nhà máy nhiệt điện Theo ƣớc tính Việt Nam, 16,4 triệu tro-xỉ đƣợc thải môi trƣờng năm 2018, chủ yếu tro bay [23] Trên giới, khoảng 47% lƣợng tro bay đƣợc tái sử dụng, phần cịn lại đƣợc chơn lấp lƣu giữ bãi chứa [20] Các nghiên cứu trƣớc rằng, tro bay thay phần xi măng sản xuất loại vật liệu xây dựng [12, 14, 19, 30] Trong nghiên cứu tro bay đƣợc sử dụng nhƣ chất kết dính để thay cho phần xi măng sản xuất vữa Gần đây, q trình thị hóa phát triển mạnh Việt Nam nƣớc giới, kéo theo áp lực xử lý rác thải sinh hoạt thị Xu hƣớng sử dụng lị đốt để xử lý rác tận dụng nguồn lƣợng đốt để phát điện phục vụ cho mục đích cơng nghiệp khác đƣợc nhiều thành phố giới quan tâm triển khai [15, 25] Tuy nhiên vấn đề phát sinh việc quản lý xử lý chất thải phát sinh nhà máy đốt rác Bởi thành phần rác thải phát sinh có chứa nhiều thành phần hỗn tạp nhƣ kim loại, thủy tinh, gốm, sứ, tro, … đặc biệt kim loại nặng Một số nghiên cứu sử dụng xỉ đáy lò đốt rác để làm cốt liệu mịn sản xuất bê tông [22, 29, 31] Các kết nghiên cứu rằng, trình thủy hóa bê tơng giúp giữ kim loại nặng khơng gây nguy hiểm mơi trƣờng Xỉ đáy lị cịn đƣợc nghiên cứu sử dụng sản xuất gạch vỉa hè không nung [10] Tuy nhiên nghiên cứu tái sử dụng xỉ đáy lò đốt rác phạm vi nghiên cứu hạn chế Trong nghiên cứu này, xỉ đáy lò đốt rác đƣợc sử dụng để thay phần toàn cát thành phần vữa xây dựng Mục tiêu đề tài Đánh giá ảnh hƣởng hàm lƣợng xỉ đáy lị đốt rác đến đặc tính kỹ thuật vữa xây dựng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Vữa xây dựng, xỉ đáy lò đốt rác - Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng xỉ đáy lò đốt rác thay 0%, 25%, 50%, 75%, 100% cát Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế thành phần vữa sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác thay cát với hàm lƣợng 0%, 25%, 50%, 75%, 100% - Đúc mẫu, tiến hành thí nghiệm: Xác định độ lƣu động, khối lƣợng thể tích ƣớt, cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn, độ hút nƣớc, độ co khô, vận tốc truyền xung siêu âm vi cấu trúc - Tổng hợp kết thí nghiệm, phân tích, xử lý số liệu viết luận văn CHƢƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các thuộc tính vữa tƣơi Các tính vữa tƣơi đƣợc trình bày Bảng 3.1 Độ lƣu động mẫu thí nghiệm khoảng 18 cm Khi tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác, hàm lƣợng phụ gia siêu dẻo giảm nhẹ so với mẫu chuẩn, nhiên mức độ thay đổi khơng nhiều Khối lƣợng thể tích vữa tơi giảm tăng hàm lƣợng xỉ đáy, giá trị giảm từ 2346 kg/m3 xuống 1895 kg/m3 tƣơng ứng với hàm lƣợng xỉ đáy sử dụng tăng từ 0% đến 100% Điều khối lƣợng riêng xỉ đáy lò đốt rác (2268 kg/m3) nhỏ nhiều so với khối lƣợng cát nghiền (2842 kg/m3) Nếu phân loại theo khối lƣợng thể tích chúng thuộc loại vữa thƣờng (có khối lƣợng thể tích lớn 1500 kg/m3) Bảng 3.1 Độ lƣu động khối lƣợng thể tích vữa tƣơi Mẫu Hàm lƣợng xỉ đáy (%) M00 183 0.55 2346 M25 25 180 0.53 2249 M50 50 180 0.51 2129 M75 75 180 0.50 2030 M100 100 180 0.48 1895 Độ lƣu động (mm) Hàm lƣợng phụ gia siêu dẻo (kg/m3) Khối lƣợng thể tích (kg/m3) 3.2 Cƣờng độ chịu nén Cƣờng độ chịu nén vữa phản ánh khả chịu lực chống lại ngoại lực bên kết cấu Thơng thƣờng cƣờng độ chịu nén có mối liên hệ mật thiết với thông số khác Khi cƣờng độ chịu nén cao tính chất khác vữa cao ngƣợc lại Chính vậy, cƣờng độ chịu nén đƣợc coi nhƣ thông số kỹ thuật quan trọng vữa ngƣời ta thƣờng dựa vào để phân loại 29 Sự phát triển cƣờng độ chịu nén mẫu vữa đến 56 ngày tuổi đƣợc thể Hình 3.1 Quan sát hình vẽ ta thấy, cƣờng độ chiu nén mẫu vữa tăng theo thời gian, q trình thủy hóa chất kết dính liên tục xảy theo thời gian làm tăng cƣờng độ mẫu vữa Khi hàm lƣợng xỉ đáy tăng, cƣờng độ chịu nén mẫu vữa tƣơng ứng giảm Điều phần xỉ đáy có khối lƣợng riêng nhỏ cát nghiền, cấu trúc bên chúng rỗng đặc Mặt khác, thành phần hóa học xỉ đáy lị đốt rác thƣờng bao gồm số tạp chất, chí số hợp chất hữu chƣa cháy hết, ảnh hƣởng tiêu cực đến khả chịu nén vữa Tuy nhiên, thay hoàn tồn cát nghiền xỉ đáy lị đốt rác, cƣờng độ chịu nén 28 ngày tuổi vữa đạt 29,8 MPa Các mẫu cịn lại có hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác thấp đạt từ 34,8 MPa đến 39,7 MPa Có nghĩa loại mẫu vữa nghiên cứu đƣợc xếp vào mác M30, thuộc loại vữa có mác cao, hồn tồn sử dụng đƣợc thực tế Cƣờng độ chiu nén vữa 56 ngày tuổi tƣơng ứng với tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác lần lƣợt 62,3 MPa, 42,8 MPa, 40,5 MPa, 37,3 MPa, 32,5 MPa Có nghĩa cƣờng độ chịu nén mẫu vữa giảm 31%, 35%, 40% 48% thay lần lƣợt 25%, 50%, 75% 100% cát nghiền xỉ đáy lò đốt rác Kết tƣơng đồng với nghiên cứu trƣớc nhƣ trình bày phần Tổng quan [13-28] Cần lƣu ý rằng, xỉ đáy lò đốt rác chƣa qua xử lý để giảm chi phí sản xuất, nhiên chất lƣợng chúng nhƣ trình bày tốt, chí cao loại vữa xây dựng đƣợc sử dụng phổ biến ngồi thực tế Điều đƣợc giải thích kết hợp nhiều chất kết dính nhƣ xi măng, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn cộng với việc sử dụng thuật toán thiết kế hỗn hợp lèn chặt để thiết kế mẫu vữa đạt hiệu sut ti u nht 30 C-ờng độ chịu nén (MPa) 70 60 M00 M75 M25 M100 M50 50 40 30 20 10 0 14 21 28 35 42 Ngµy ti (ngµy) 49 56 Hình 3.1 Cƣờng độ chịu nén 3.3 Cƣờng độ chịu uốn Cƣờng độ chịu uốn mẫu vữa 28 56 ngày tuổi đƣợc vẽ Hình 3.2 Từ hình vẽ thấy rằng, tƣơng tự nhƣ cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn mẫu vữa phát triển theo thời gian Khi tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác, cƣờng độ chịu uốn mẫu vữa giảm Những kết đƣợc giải thích tƣơng tự nhƣ trên, q trình thủy hóa chất tiếp tục phát triển theo thời gian, chất lƣợng nhƣ thành phần chất xỉ đáy lò đốt rác làm ảnh hƣởng tiêu cực đến khả chịu uốn vữa Tại 28 ngày tuổi, cƣờng độ chịu uốn mẫu vữa giảm từ 11,6 MPa xuống 6,1 MPa thay dần 0%, 25%, 50%, 75% 100% cát nghiền xỉ đáy lò đốt rác Tƣơng tự, 28 ngày tuổi cƣờng độ chịu uốn mẫu vữa tƣơng ứng đạt đƣợc 15,7 MPa, 12,5 MPa, 11,8 MPa, 8,7 MPa 8,0 MPa Cƣờng độ đạt đƣợc tƣơng tự nhƣ cƣờng độ chịu uốn vữa xây dựng mác cao dùng cơng trình thủy lợi Huỳnh Trọng Phƣớc cộng [16] Kết tƣơng đồng với cƣờng độ chịu nén trình bày Điều lần khẳng định chất học mẫu vữa đạt đƣợc nghiên cứu khả quan, hồn tồn sử dụng xỉ đáy lò đốt rác để thay cát sản xuất vữa xây dựng 31 C-ờng độ chịu uốn (MPa) 20 28 ngày 18 56 ngµy 15,7 16 14 12 12,5 11,6 10 11,8 9,2 8,7 8,0 7,6 6,6 6,1 0 50 75 25 Hàm l-ợng xỉ đáy (%) 100 Hình 3.2 Cƣờng độ chịu uốn 3.4 Độ hút nƣớc Độ hút nƣớc vữa thƣờng liên quan đến khả chống thấm khả chống lại xâm nhập tác nhân ăn mịn hóa học nhƣ muối clo, muối sun phát Về khía cạnh thi công, độ hút nƣớc thấp, vữa lâu khô khó bám dính Nếu độ hút nƣớc cao, vữa nhanh khô cứng, nhiên dễ phát sinh vết nứt Tuy nhiên, tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam hành khơng có quy định u cầu độ hút nƣớc vữa Độ hút nƣớc mẫu vữa 28 56 ngày tuổi đƣợc thể Hình 3.3 Theo thời gian độ hút nƣớc mẫu vữa giảm, phản ứng thủy hóa chất kết dính liên tục phát triển làm lấp đầy làm đặc cấu trúc bên vữa, giảm thiểu đƣợc lỗ rỗng, dẫn đến độ hút nƣớc giảm Có thể thấy độ hút nƣớc có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với cƣờng độ chịu nén cƣờng độ chịu uốn nhƣ trình bày Quan sát Hình 3.3 ta thấy, tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác, độ hút nƣớc Độ hút nƣớc tăng từ 4,1% đến 12,3% ứng với 28 ngày tuổi 3,8% đến 11,8% ứng với 56 ngày tuổi Nhƣ đề cập trên, khối lƣợng riêng xỉ đáy lò đốt rác nhỏ nhiều so với cát nghiền cấu trúc bên rỗng nƣớc dễ thâm nhập Hơn nữa, thành phần hợp chất 32 có rác thải sinh hoạt phức tạp, không đồng nhất, ảnh hƣởng tiêu cực đến chất lƣợng vƣa xây dựng nhƣ làm giảm cƣờng độ chịu nén chịu uốn, tăng độ hút nƣớc Tuy nhiên giá trị đạt đƣợc độ hút nƣớc nghiên cứu tƣơng tự nhƣ nghiên cứu Huỳnh Trọng Phƣớc cộng [16] cho vữa thủy lực mác cao, độ hút nƣớc nghiên cứu có cao chút Có đƣợc kết nhờ phƣơng pháp thiết kế nhƣ việc sử dụng tro bay xỉ lò cao nghiền mịn thành phần cấp phối vữa nhƣ giải thích phía trờn 14 28 ngày Độ hút n-ớc (%) 12 12,3 11,8 56 ngµy 10,2 10 9,2 9,6 8,5 6,5 6,2 4,1 3,8 0 50 75 25 Hàm l-ợng xỉ đáy (%) 100 Hỡnh 3.3 hút nƣớc 3.5 Độ co khô Các phản ứng thủy hóa xi măng thƣờng tỏa nhiều nhiệt làm lƣợng nƣớc thành phần mẫu, thƣờng gây tƣợng co ngót mẫu Nếu độ co ngót lớn dẫn đến mẫu bị nứt giảm khả chịu lực Do việc hạn chế độ co khô vữa xây dựng cần thiết Độ co khô đƣợc thể thông qua thay đổi chiều dài mẫu theo thời gian so với mẫu ban đầu Hình 3.4 minh họa thay đổi chiều dày mẫu theo thời gian tƣơng ứng với hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác đƣợc sử dụng để thay cát Độ co khô mẫu tăng dần theo thời gian, nhiên chúng có xu hƣớng ổn định ngày tuổi tăng lên Độ co khô trƣớc 14 ngày tuổi tăng mạnh, giảm dần mẫu 56 ngày 33 tuổi Ở ngày tuổi cao, thủy hóa chất kết dính gần nhƣ đạt 90%, sản phẩm hủy hóa giúp ngăn cản độ co khô vữa, độ co khô giảm Độ co khô vữa tăng lên hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác tăng Nhƣ giải thích trên, độ co khơ tính chất khác vữa có liên quan mật thiết đến bị ảnh hƣởng trực tiếp chất lƣợng thành phần cấu tạo nên chúng Do chất lƣợng xỉ đáy lị đốt rác khơng ổn định so với cát, dẫn đến cƣờng độ chịu nén chịu uốn vữa giảm, tăng độ hút nƣớc làm tăng độ co kho Cƣờng độ chịu nén chịu uốn thấp, nghĩa sản phẩm thủy hóa ít, vữa đặc chắc, tồn nhiều lỗ rỗng nhƣ tồn nhiều bọt nƣớc vữa Khi bọt nƣớc bay làm tăng độ co khô vữa Độ co khô mẫu vữa nghiên cứu từ -0,059% đến -0,099% 28 ngày tuổi, từ -0,062% đến -0,104% 56 ngày tuổi Các giá trị cao chút so với độ co khô vữa thủy lực cƣờng độ cao nghiên cu trc [16] Độ co khô (%) -0.02 M75 M00 M100 M25 M50 -0.04 -0.06 -0.08 -0.1 -0.12 14 21 28 35 42 Ngµy ti (ngµy) Hình 3.4 Độ co khô 34 49 56 3.6 Vận tốc truyền xung siêu âm Để đánh giá độ đồng nhất, đặc nhƣ khuyết tật vữa, thí nghiệm đo vận tốc truyền xung siêu âm đƣợc tiến hành Đây loại thí nghiệm thuộc loại khơng phá hủy, vận tốc truyền xung siêu âm cao mẫu đặc chắc, chất lƣợng vữa cao ngƣợc lại Do giá trị vận tốc truyền xung siêu âm thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá gián tiếp chất lƣợng sản phẩm vữa nhƣ bê tơng điều kiện thí nghiệm phá hoại mẫu khơng cho phép Hình 3.5 thể giá trị đo vận tốc siêu âm mẫu vữa 28 56 ngày tuổi Nhìn chung vận tốc truyền xung siêu âm qua mẫu tăng theo thời gian, phản ứng thủy hóa tiếp tục tăng làm cho mẫu vữa đặc Các mẫu vữa có hàm lƣợng xỉ đáy lị đốt rác cao có giá trị vận tốc truyền xung siêu âm thấp Lý nhƣ trình bày trên, chất lƣợng xỉ đáy lò đốt rác thấp, khối lƣợng riêng thấp nhiều so với khối lƣợng riêng cát Tại 28 ngày tuổi, giá trị vận tốc truyền xung siêu âm mẫu vữa nghiên cứu đạt từ 3433 m/s đến 4297 m/s, tƣơng ứng 56 ngày tuổi đạt 3483 m/s đến 4416 m/s Chú ý rằng, ngoại trừ mẫu sử dụng 100% xỉ đáy lò đốt rác thay cát, mẫu vữa khác có vận tốc truyền xung siêu âm lớn 3600 m/s Theo nghiên cứu trƣớc Malhotra [21] mẫu bê tông, vận tốc truyền xung siêu âm lớn 3660 m/s đƣợc xếp vào loại bê tơng có chất lƣợng tốt Nhƣ vậy, mẫu vữa nghiên cứu đƣợc xem nhƣ có chất lƣợng tốt vận tốc truyền xung siêu âm xấp xỉ lớn 3660 m/s 35 Vận tốc truyền xung siêu âm (m/s) 5000 28 ngày 4500 56 ngµy 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 50 75 25 Hàm l-ợng xỉ đáy (%) 100 Hình 3.5 Vận tốc truyền xung siêu âm mẫu M40-FA 3.7 Hình ảnh vi cấu trúc Để giải thích tốt kết thí nghiệm trình bày trên, hình ảnh vi cấu trúc mẫu vữa đƣợc chụp với độ phóng đại 1.000 lần đƣợc trình bày nhƣ Hình 3.6 Quan sát hình ảnh chụp vi cấu trúc cho thấy với mẫu sử dụng không 50% xỉ đáy lị đốt rác cho kết cấu đặc khơng quan sát thấy vết nứt vết nứt nhỏ Trong đó, Hình 3.6d e hình ảnh vi cấu trúc tƣơng ứng mẫu M75 M100, vết nứt bề mặt đƣợc quan sát rõ ràng với kích thƣớc tƣơng đối lớn Chính vết nứt cấu trúc bên vữa làm giảm chất lƣợng vữa nhƣ: giảm cƣờng độ chịu nén cƣờng độ chịu uốn, tăng độ hút nƣớc độ co khô, giảm vận tốc truyền xung siêu âm 36 (a) M00 (b) M25 (c) M50 37 (d) M75 (e) M100 Hình 3.6 Hình ảnh vi cấu trúc mẫu vữa 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các nhà máy đốt rác nhằm xử lý lƣợng lớn rác thải sinh hoạt đô thị tận dụng nguồn lƣợng để phát điện Tuy nhiên chúng tạo lƣợng lớn xỉ đáy lị, khơng có biện pháp xử lý tái sử dụng chúng tiềm ẩn nhiều nguy gây nhiễm mơi trƣờng có chứa nhiều kim loại nặng Nghiên cứu sử dụng xỉ đáy lò đốt rác để thay phần toàn cát nghiền sản xuất vữa xây dựng Các thơng số kỹ thuật vữa nghiên cứu đƣợc trình bày nhƣ bảng sau: Các thông số kỹ thuật 28 ngày tuổi Khối lƣợng thể tích (kg/m3) Cƣờng độ chịu nén (MPa) Cƣờng độ chịu uốn (MPa) Độ hút nƣớc (%) Độ co khô (%) M00 2346 M25 2249 M50 2129 M75 2030 M100 1895 48,5 39,7 37,4 34,8 29,8 11,6 9,2 7,6 6,6 6,1 4,1 6,5 9,2 10,2 12,3 -0,059 -0,066 -0,083 -0,094 -0,099 Mẫu Vận tốc truyền xung siêu âm (m/s) 4297 4078 3857 3593 3433 Một số kết đƣợc rút nhƣ sau: 1) Khối lƣợng đơn vị thể tích vữa tƣơi, cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn vận tốc truyền xung siêu âm mẫu vữa tăng tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác thay cát, độ hút nƣớc độ co khô tăng Các kết tìm đƣợc liên quan đến khối lƣợng riêng xỉ đáy lò đốt rác nhỏ nhiều so với cát nghiền, dẫn đến chúng có độ đặc hơn, ảnh hƣởng tiêu cực đến chất lƣợng vữa 2) Tuy nhiên cƣờng độ chịu nén chịu uốn mẫu vữa sử dụng xỉ đáy lò đốt rác 28 ngày tuổi lần lƣợt cao 30 MPa 8,0 MPa, vận tốc truyền xung siêu âm lớn 3400 m/s, chứng tỏ chúng có chất lƣợng tƣơng đƣơng, chí lớn vữa xi măng sử dụng cơng trình thực tế 39 3) Sử dụng kết hợp tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn kết hợp với thuật toán thiết kế hỗn hợp giúp giảm thiểu tác động tiêu cực xỉ đáy lò đốt rác lên đặc tính kỹ thuật vữa Nó góp phần xử lý lƣợng lớn chất thải công nghiệp nhà máy nhiệt điện nhà máy thép 4) Các mẫu vữa có hàm lƣợng xỉ đáy lị khơng q 50% cho hình ảnh vi cấu trúc tƣơng đối đặc với vết nứt nhỏ khơng nhìn thấy, mẫu sử dụng 75% 100% xỉ đáy lò đốt rác làm cốt liệu nhỏ có vết nứt lớn rộng đƣợc quan sát thấy kính hiển vi điện tử quét Điều chứng minh cho giảm chất lƣợng mẫu vữa tăng hàm lƣợng xỉ đáy lò đốt rác Các vết nứt làm giảm cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn, vận tốc truyền xung siêu âm, làm tăng độ hút nƣớc nhƣ độ co khô vữa Kiến nghị Thời gian thự đề tài hạn chế (trong vòng tháng), lại trãi qua gia đoạn dịch bệnh Covid-19 bùng phát nên đề tài giới hạn phạm vi thí nghiệm với mẫu có tỷ lệ N/CKD 0,4 Nếu có thời gian, đặc tính khác vữa cần đƣợc nghiên cứu thêm sử dụng với nhiều tỷ lệ N/CKD khác để có nhìn tổng qt Cần có thêm sách nhƣ tiêu chuẩn quy chuẩn quy định việc sử dụng xỉ đáy lò đốt rác làm thành phần vật liệu xây dựng Xỉ đáy lò đốt rác khác có chất lƣợng tƣơng đối khác nhau, chí giai đoạn đốt rác có chất lƣợng khác Vì sử dụng chúng thực tế cần đƣợc kiểm định với quy mô thí nghiệm lớn đầy đủ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Trần Vũ An, Phan Thanh Duy, Đỗ Ngọc Duy, Võ Duy Hải, Nguyễn Hoàng Anh (2019), “Ảnh hƣởng tro bay đến tính chất lý vữa xây dựng”, Tạp chí Khoa học Công Nghệ, Đại học Đà Nẵng, 17(6), tr 35-38 [2] Bộ Khoa học Công nghệ (2003), TCVN 3121: Vữa xây dựng – phương pháp thử [3] Bộ Khoa học Công nghệ (2003), TCVN 4314: Vữa xây dựng- yêu cầu kỹ thuật [4] Bộ Khoa học Công nghệ (2011), TCVN 8824: Xi măng – phương pháp xác định độ co khô vữa [5] Bộ Khoa học Công nghệ (2009), QCVN 07: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại, Bộ Tài nguyên Môi trường [6] Vũ Minh Đức (2018), “Nghiên cứu vữa chịu nhiệt (chống cháy) sử dụng cho cơng trình xây dựng”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, 2(1) [7] Nguyễn Duy Hiếu, Trƣơng Thị Kim Xuân (2017), “Ảnh hƣởng mô đun độ lớn cát thành phần vật liệu đến tính chất vữa xây dựng”, Tạp chí Khoa học Kiến Trúc-Xây dựng, (28), tr 17-20 [8] Tống Tôn Kiên, Nguyễn Mạnh Phát, Phạm Hữu Hanh, Lƣu Văn Sáng (2017), “Nghiên cứu chế tạo gạch không nung vữa từ phế thải công nghiệp, phục vụ phát triển bền vững”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 11(1), tr 3-10 [9] Ngô Kim Tuân, Vũ Đình Đấu (2015), “Nghiên cứu chế tạo vữa khô cƣờng độ cao rắn nhanh sử dụng cho mối nối công tác sửa chữa kết cấu bê tơng cốt thép”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, 9(2), tr 59-66 [10] Nguyễn Văn Tuyến, Huỳnh Trọng Phƣớc (2020), “Nghiên cứu tận dụng tro bay xỉ đáy từ nhà máy đốt rác phát điện sản xuất gạch lót vỉa hè khơng nung”, Tạp chí Xây dựng, (1), trang 37-40 Tiếng Anh: [11] ASTM C597 (2016), Standard test method for pulse velocity through concrete, American Society of Testing Materials 41 [12] Chen, C., Li, Q., Shen, L., Zhai, J (2012), “Feasibility of manufacturing geopolymer bricks using circulating fluidized bed combustion bottom ash,” Environmental Technology, Vol 33 (11), pp 1313–1321 [13] Cheng, A (2012), “Effect of incinerator bottom ash properties on mechanical and pore size of blended cement mortar”, Material Design, 36, 859-864 [14] Freidin, C (2007), “Cementless pressed blocks from waste products of coal-firing power station,” Construction and BuildingMaterials, vol 21, no 1, pp 12–18, 2007 [15] Hossain, H.M.Z., Hossain, Q.H., Monir, M.M.U., Ahmed, M.T (2014), “Municipal solid waste (MSW) as a source of renewable energy in Bangladesh: revisited”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 39, pp 35–41 [16] Huynh Trong Phuoc, Nguyen Chi Trung, Ngo Si Huy (2019), “Development of high-strength hydraulic mortar using ternary mixture fly ash, slag, and rice husk ash”, Vietnam Journal of Construction, 59(4), pp 177-181 [17] Huynh Trong Phuoc, Phung The Vinh, Ngo Si Huy (2020), “The effect of glass fiber addition on engineering properties of hydraulic cement-based motar”, Vietnam Journal of Construction, 59(5), 278-282 [18] Hwang, C.L., Hung, M.F (2005), “Durability design and performance of self-consolidating lightweight concrete”, Construction and Building Materials, 19, 619-626 [19] Kumar, A., Kumar, S (2013), “Development of paving blocks from synergistic useof redmudandfly ashusing geopolymerization,” Construction and Building Materials, Vol 38, pp 865–871 [20] Kurama, H., Kaya, M (2008), “Usage of coal combustion bottom ash in concrete mixture”, Construction and Building Materials, Vol 22(9), pp 1922-1928 [21] Malhotra V.M (1976), Testing hardened concrete: Nondestructure methods, American Concrete Institute Monograph Series [22] Muller, U., Rubner, K (2006), “The microstructure of concrete made with municipal waste incinerator bottom ash as an aggregate component”, Cement and Concrete Research, Vol 36(8), pp 1434–1443 42 [23] Ngo, S.H., Le, T.T.T., Huynh, T.P (2020), “Effect of NaOH concentrations on properties of the thermal power plant ashes-bricks by alkaline activation”, Journal of Wuhan University of Technology – Materials Science Edition, Vol 35(1), pp 131-139 [24] Oh, D.Y., Noguchi, T., Kitagaki, R., Park, W.J (2014), “CO2 emission reduction by reuse of building material waste in the Japanese cement industry”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 38, pp 796-810 [25] Ouda, O K M., Raza, S A., Nizami, A S., Rehan, M., Al-Waked, R., Korres, N.E (2016), “Waste to energy potential: a case study of Saudi Arabia”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 61, pp 328–340 [26] Saikia, N., Mertens, G., Balen K.V., Elsen J., Gerven, T.V., Vandercasteele, C (2015), “Pre-treatment of municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash for utilization in cement mortar”, Construction and Building Materials, 95, 76-85 [27] Srivastava, A., Singh, S.K (2020), “Ultilization of alternative sand for preparation of sustainable mortar: a review”, Journal of Cleaner production, 253, 119706 [28] Tang, P., Florea, M.V.A., Spiesz, P., Brouwers, H.J.H (2015), “Characteristics and application potential of municipal solid waste incrineration (MSWI) bottom ashes from two waste-to-energy plants”, Construction and Building Materials, 83, 77-94 [29] Tang, P., Florea, M.V.A., Spiesz, P., Brouwers, H.J.H (2016), “Application of thermally activated municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash fines as binder substitute”, Cement and Concrete Composites, Vol 70, pp 194–205 [30] Turgut, P (2012), “Manufacturing of building bricks without Portland cement,” Journal of Cleaner Production, Vol 37, pp 361–367 [31] Verbinnen, B., Billen, P., Van Caneghem, J., Vandecasteele, C (2017), “Recycling of MSWI bottom ash: a review of chemical barriers, engineering applications and treatment technologies”, Waste Biomass Valorization, Vol 8, pp 1453-1466 [32] Xuan, D., Tang, P., Poon, C.S (2018), “Effect of casting methods and SCMs on properties of mortars prepared with fine MSW incineration bottom ash”, Construction and Building Materials, 167, 890-898 43