Một số nguồn vật liệu đã được đề xuất để thay thế một phần xi măng như xỉ lò cao, tro trấu, tro bay,…Quá trình nghiên cứu mẫu vữa được thay thế một phần xi măng bằng vật liệu khác mà khô
Tổng quan
Ngày nay, nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng phổ biến và tăng mạnh Trong năm 2018, lượng xi măng sản xuất tại nước ta ước được khoảng 80 triệu tấn Trong quá trình sản xuất xi măng, một lượng lớn khí CO2 được thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng lên toàn cầu Một số báo cáo cho rằng khoảng 5% tổng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu là do quá trình sản xuất xi măng (Shafiq và cs., 2016) Vì vậy, nhu cầu tìm kiếm vật liệu thay thế cho xi măng nhưng không làm thay đổi tính chất của nó đang là ưu tiên hàng đầu ở trong và ngoài nước Một số loại vật liệu được đã được đề xuất để thay thế một phần xi măng như tro bay, tro trấu, xỉ, cao lanh (Nguyễn Công Thắng, 2013; Ngọ Văn Toản, 2014) Bên cạnh đó, xi măng lại là một trong những thành phần chính của bê tông và góp phần tạo sự đông kết cho bê tông Do đó, trong quá trình sản xuất bê tông ta có thể thay thế một phần xi măng bằng một loại vật liệu khác nhưng không làm thay đổi khả năng chịu lực, độ nén của bê tông và không gây ảnh hưởng đến môi trường đang là xu hướng mà nhiều nhà khoa học đang quan tâm
Bã mía là một chất thải rất phổ biến, có giá trị thấp và thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên (Nguyễn Thị Thu Phương, 2018; Phương Thanh Vũ và cs., 2015) Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vô cơ Khi nung nóng từ 700 - 900 o C, bã mía chuyển thành tro với thành phần chủ yếu của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2 chiếm khoảng 75% Với thành phần như vậy, chúng khá tương đồng với thành phần của xi măng và có thể làm nguyên liệu thay thế tốt cho xi măng
Tại Việt Nam, sản lượng mía hàng năm đạt khoảng 20 triệu tấn và thải ra một lượng bã mía rất lớn Tuy nhiên vẫn còn rất ít công trình nghiên cứu về việc sử dụng tro bã mía Nguyễn Thị Thu Phương (2018) đã nghiên cứu sử dụng
Tình hình ứng dụng phụ phẩm nông nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam
Theo báo Dân Sinh (cơ quan ngôn luận của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội) ngày 04/8/2018, thực hiện các chỉ tiêu chủ yếu của Nghị quyết Trung ương 7 khóa X, Bộ NN&PTNT nhận định, đến năm 2020 các chỉ tiêu đạt và có khả năng đạt là: Nâng cao thu nhập của dân cư nông thôn gấp trên 2,5 lần so với hiện nay (năm 2017 đạt khoảng 32 triệu đồng/người, tăng 3,49 lần so với năm 2008); Lao động nông nghiệp còn khoảng 30% lao động xã hội (năm 2017 đã giảm còn 40,1% và đến tháng 6/2018 còn 38,6%); Số xã đạt tiêu chuẩn Nông thôn mới khoảng 50%
Hiện nay, lực lượng lao động nông nghiệp của nước ta đang giảm nhanh qua từng năm, nhưng tỷ lệ lao động ở nông thôn cũng còn mức cao, chiếm tỷ lệ khoảng 66,6% (theo Tổng cục Thống kê 2018)
Bảng 1.1 Cơ cấu lao động Việt Nam theo khu vực
(Nguồn: Tổng cục thống kê)
Tuy nhiên, biện pháp để nâng cao năng suất lao động chưa được áp dụng đáng kể, đặc biệt là khu vực nông thôn và miền núi Ở phía Bắc việc dồn điền đổi thửa đã được thực hiện trong nhiều năm nay, tuy vậy diện tích vẫn còn manh mún, việc áp dụng đồng bộ cơ giới hóa và các biện pháp kỹ thuật đồng bộ còn gặp nhiều khó khăn Thực trạng này ảnh hưởng rất nhiều đến việc áp dụng các biện pháp để xử lý các phụ phẩm trong nông nghiệp nói chung và trong trồng trọt nói riêng
Theo số liệu thống kê và chiến lược phát triển ngành nông nghiệp, nông thôn, hiện cả nước có khoảng 7,5 triệu ha diện tích gieo trồng lúa, 1,1 triệu ha ngô, 498 ngàn ha sắn, 210 ngàn ha lạc, 173 ngàn ha đậu tương, 269 ngàn ha mía, 150,8 ngàn ha khoai lang (Bảng 2) Diện tích gieo trồng các cây trồng chủ yếu được dự báo tiếp tục tăng trong những năm tiếp theo và duy trì ổn định đến năm 2020 Trong tất cả các loại cây trồng chính vừa nêu đều để lại nguồn phụ phẩm rất lớn sau khi thu hoạch
Bảng 1.2 Diện tích gieo trồng một số cây trồng chính tại Việt Nam
(Nguồn: Bộ NN và PTNT (2008)) Năm 2010 cả nước đã sản xuất được trên 39 triệu tấn thóc, 5,2 triệu tấn ngô, 9 triệu tấn sắn, 575 ngàn tấn lạc, 351 ngàn tấn đậu tương, 19,5 triệu tấn mía và 1,6 triệu tấn khoai lang Sản lượng các cây trồng chính đóng vai trò quan trọng đưa nước ta từ nước thiếu lương thực những thập niên 80 trở thành nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới
Bảng 1.3 Sản lượng và kế hoạch sản lượng một số cây trồng chính
(Nguồn: Bộ NN và PTNT (2008))
Theo đánh giá của Cục Trồng trọt và nhiều nghiên cứu, lượng chất thải từ lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa là cứ sản xuất ra 1 tấn thóc thì lượng phụ phẩm từ lúa cũng tương đương là 1 tấn, khoảng 10-12 tấn phụ phấm/ha; sản xuất 1 tấn ngô thì lượng phụ phẩm là 1,2 tấn thân ngô, sản xuất 1 hecta lạc phát thải 11 tấn thân cây lạc, 1 hecta sắn phát thải 7 tấn ngọn và lá sắn tươi Như vậy, với diện tích trồng trọt hiện tại, kết quả ước tính lượng phụ phẩm từ trồng trọt của
Viện Môi trường Nông nghiệp (2010) đã cho thấy cả nước ta có khoảng 61,43 triệu tấn phụ phẩm (gồm 39,9 triệu tấn rơm rạ, 7,99 triệu tấn trấu, 4,45 triệu tấn bã mía, 1,2 triệu tấn thân lá mía, 4,43 triệu tấn thân lõi ngô (Bảng 1.4)
Bảng 1.4 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp
(Nguồn: Viện Môi trường Nông nghiệp (2010))
Như vậy, có thể thấy rằng khả năng phát sinh phụ phẩm từ trồng trọt là rất sẽ có nguy cơ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường do quá trình phân hủy, sử dụng sai mục đích hoặc đốt đồng tràn lan khi vệ sinh đồng ruộng Trong thực tế cho thấy nguồn hữu cơ từ chất thải trồng trọt có thể tận dụng tái sử dụng, xử lý trở thành nguồn hữu cơ có giá trị vừa đảm bảo vệ sinh môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường cho nông dân nông thôn.
Tổng quan về bã mía
Nguồn gốc
Theo từ điển bách khoa toàn thư, mía là tên gọi chung của một số loài trong loại Saccharum, bên cạnh các loài lau, lách khác Chúng vốn là các loài cỏ, có thân cao từ 2-6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứa đường Tất cả các giống mía trồng đều là các giống mía lai nội chi hoặc nội loại phức tạp Cây mía còn được coi là một trong sáu cây nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo)
Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch có chứa khoảng 16-18% đường Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nước dịch Nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường Phần nguyên liệu còn lại sau khi chiết xuất đường được gọi là bã mía Bã mía chiếm khoảng 25-30% khối lượng mía đem ép Ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường được dùng làm thức ăn cho trâu bò hoặc phơi khô làm chất đốt đun nấu hàng ngày, hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừa mất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệu phế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả và gây ra ô nhiễm môi trường Mật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể.
Tình hình trữ lượng
Lúa là cây trồng chủ lực ở Việt Nam, tuy nhiên các loại hoa màu, cây công nghiệp ngắn ngày cũng ngày càng chiếm được ưu thế trong cơ cấu cây trồng của Việt Nam Trong số các cây công nghiệp ngắn ngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn năm 2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là một năm cả nước sẽ thải ra 163.674 tấn bã mía Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng còn chưa triệt để Khu vực thường xuyên ô nhiễm là xung quanh nhà máy đường Công suất của các nhà máy đường hiện nay từ vài chục tấn cho đến vài trăm tấn thì lượng bã mía thải ra cũng tương đương Diện tích các nhà máy đa số đều không dành chỗ cho khu vực chứa bã mía hoặc chiếm diện tích khá khiêm tốn Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênh rạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn
Bảng 1.5 Tình hình sản xuất mía đường và trữ lượng mía đường trên thế giới từ
Sản lượng mía (tấn) Trữ lượng bã mía (tấn)
(Nguồn: Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc FAO (2013))
Theo thống kê trên thế giới của FAO, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn Còn ở Việt Nam niên vụ 2013 - 2014, diện tích mía nguyên liệu vào khoảng 305.000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đường là 221.816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ khoảng 2,5 triệu tấn bã mía.
Thành phần của bã mía
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía Bã mía gồm có sợi xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% là nước; 48,5% là xơ (trong đó 45 – 55% xenlulozơ); 2,5% chất hòa tan (đường) Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học có trong bã mía có thể biến đổi Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau:
Bảng 1.6 Thành phần hoá học của bã mía
STT Thành phần % khối lượng
4 Chất hoà tan khác (tro, sáp, protein…) 5 ÷3
(Nguồn: Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía, Bộ công thương (2009)) Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 –150.000
Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl
Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ
Cấu tạo bã mía: Chiều dài sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, chiều rộng khoảng :
Sử dụng bã mía trong các lĩnh vực khác
Một số ứng dụng của bã mía
Để giải quyết vấn đề bã mía tồn đọng tại các nhà máy đường hiện nay, có nhiều nghiên cứu hướng về bã mía Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử dụng bã mía đã được ứng dụng thành công
Sử dụng bã mía để xử lý ô nhiễm môi trường
Với thành phần chính là Xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở thành vật liệu tốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường
Tác giả Avinash Gupta và cs (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việc sử dụng bã mía để chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước Dung lượng hấp phụ cực đại đối với As(III) là 28,57 mg/g vật liệu, với As(V) là 34,48 mg/g vật liệu
Các tác giả Sumanjit, Walia TPS and Ravneet Kaur (2007) đã tiến hành nghiên cứu và so sánh khả năng tách loại các thuốc nhuộm axit trong dung dịch nước của các loại vật liệu như: than bã mía, than vỏ lạc, than lá chè … Kết quả thu được cho thấy các vật liệu đều có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất khá cao
Tại Việt Nam, có rất nhiều những công trình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía đã được công bố như:
Nghiên cứu của tác giả Lê Hữu Thiềng và Hứa Thị Thùy (2010) Đại học Sư Phạm, Đại học Thái Nguyên Các tác giả đã sử dụng phương pháp biến tính như sau: Bã mía sau khi rửa sạch được cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi trong 30 phút để loại bỏ đường hòa tan, sau đó sấy khô ở 80oC trong 24 giờ Bã mía khô được nghiền thành bột mịn (nguyên liệu đầu) Sau đó nguyên liệu này được trộn với axit H2SO4 đặc 98% để than hóa bã mía theo tỉ lệ 1:1 (bã mía (gam): axit H-2SO4 (ml)) rồi nung ở 150oC trong 24 giờ Nguyên liệu sau khi sấy rửa sạch bằng nước cất 2 lần rồi ngâm trong NaHCO3 1% trong 24h để loại bỏ axit dư rồi lọc và sấy ở 150oC đến khô, rây trên rây kích thước ≤0,02 mm Kết quả vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng Cu2+, Ni2+; dung lượng hấp phụ cực đại với Cu2+ là 54,054 mg/g vật liệu, với Ni2+ là 44, 834 mg/g vật liệu
Tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) cũng sử dụng phương pháp chế tạo vật liệu từ bã mía giống như phương pháp của tác giả Lê Hữu Thiềng, Hứa Thị Thùy
(2010) nhưng sử dụng đối tượng chất bị hấp phụ là dung dịch metyl đỏ Kết quả tại pH bằng 7 vật liệu hấp phụ tốt nhất, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 90 phút Khảo sát khối lượng vật liệu từ 0,2 ÷ 1,0 gam, khi tăng khối lượng vật liệu thì hiệu suất hấp phụ metyl đỏ tăng dần từ 56,9% ÷ 94,2% Khảo sát kích thước của vật liệu từ 0,02 mm ÷ 0,1 mm, hiệu suất hấp phụ giảm dần từ 91,75% ÷ 81,78% Dung lượng hấp phụ cực đại 63,00 mg/g
Một nghiên cứu khác của Lê Hữu Thiềng và cs (2011) đã sử dụng phương pháp xử lý hóa học bằng fomandehit: Bã mía sau khi thu về tách lấy phần lõi, rửa bằng nước máy nhiều lần rồi rửa lại bằng nước cất Bã mía được xử lý sơ bộ bằng đun sôi trong nước cất từ 30 – 40 phút để loại bỏ đường hòa tan, cắt nhỏ, sấy khô ở 80oC rồi nghiền nhỏ bằng máy nghiền, rây thu được nguyên liệu đầu Cân một lượng xác định nguyên liệu trộn đều với dung dịch fomandehit 1% tỉ lệ 1:5 (bã mía (gam):fomandehit (ml)) sau đó sấy ở 50 o C trong 4 giờ Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai lần để loại bỏ fomandehit dư và sấy ở 80 o C đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được vật liệu có kích thước nhỏ hơn 0,02 mm Kết quả phổ IR cho thấy đặc điểm bề mặt của vật liệu có nhiều vị trí thay đổi so với vật liệu đầu Khi khảo sát với xanh methylen thu được kết quả: pH tối ưu 7,0; thời gian cân bằng là 60 phút; trong khoảng khối lượng từ 0,2 – 1 g vật liệu /100 ml hiệu suất hấp phụ cao nhất đạt 94,4%
Như vậy, cũng giống như vỏ trấu, bã mía hoàn toàn có thể được sử dụng làm nguyên liệu để chế tạo các vật liệu hấp phụ, mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên để xử lý ô nhiễm môi trường.
Ứng dụng bã mía trong xử lý nước thải chăn nuôi
Đa phần những hộ chăn nuôi ở nông thôn thường không có các biện pháp để xử l nước thải chăn nuôi gia súc, gia cầm Phần lớn người dân đều cho nước thải chảy xuống ao, mương, gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sinh sống gần đó Người dân không phải là không muốn xử l nước thải mà vì nếu xây dựng hệ thống xử l nước thải như những trang trại chăn nuôi lớn thì không có tiền nên họ chỉ còn cách cho chảy ra ao, mương Để giải quyết vấn nạn ô nhiễm môi trường vì nước thải chăn nuôi, các em học sinh lớp 12 trường THPT An Lạc Thôn, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng đã tìm ra được các để giải quyết vấn đề này Các em dùng bã mía để lọc nước thải chăn nuôi trước khi cho thải ra ngoài ao, hồ, kênh, mương Nguồn nước sau khi lọc này có thể dùng để nuôi cá Chỉ cần tốn khoảng 150.000 đồng để xây dựng hầm chứa hai ngăn, ngăn đầu xếp lớp vật liệu lọc là bã mía, nước sau khi có thể xả thải trực tiếp ra nguồn nước, vì đạt tiêu chuẩn xả thải
Hiện nay các nhà khoa học thuộc Học Viện Nông nghiệp Việt Nam cũng đang áp dụng phương thức này để lọc tách chất thải chăn nuôi để xử lý riêng từng phần.
Sử dụng bã mía làm ván ép
Bã mía chứa nhiều cellulose nên ngoài việc dùng để đốt còn được ứng dụng làm ván ép Bã mía được dùng làm nguyên liệu thay thế gỗ dùng làm ván ép thông thường Tuy nhiên để đạt được những yêu cầu không thấm nước, không bị nứt khi phơi ra nắng, cứng, dai, rẻ,…thì nhà sản xuất còn phải trộn thêm những phụ liệu khác như vỏ cà phê, lá thông, rơm rạ, sợi tre, Tất cả những nguyên liệu trên được cắt nhỏ, xay, trộn đều theo tỷ lệ mà nhà sản xuất nghiên cứu, đem ép thành tấm, sấy Ván ép là sản phẩm làm từ phế phẩm nông nghiệp, chúng có tính hút nước thấp, độ giãn nở thấp, đạt tiêu chuẩn xây dựng Ứng dụng này không những giải quyết được đầu ra cho những phế phẩm nông nghiệp mà còn mang về thu nhập lớn cho người dân và nhà máy
(Nguồn: Nguyễn Viết Hưng, Giáo trình cây mía) Hình 1.1 Bã mía và ván ép từ bã mía
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu siêu bền là rơm, bã mía, tre, tràm Quy trình cũng gần giống với quy trình sản xuất ván ép Cắt vụn tre, tràm, bã mía, rơm Sau đó, các mảnh vụn sẽ được nghiền tiếp thành sợi, pha trộn với một số hóa chất và ép thành ván Kết quả kiểm nghiệm cho thấy, độ bền uốn của tấm xi măng từ sợi tràm đạt 15,7 N/m2, tấm xi măng sợi tre đạt 14,7 N/m2 Độ hút nước và độ giãn nở tương đối thấp
Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu những phương thức sản xuất và phối liệu hiệu quả, các quy trình phù hợp với điều kiện thực tế để đưa những sản phẩm trên vào ứng dụng rộng rãi Với kết quả này, họ cũng hy vọng sẽ hạ được giá thành vật liệu xây dựng nhà ở tại các vùng nông thôn, giảm nạn phá rừng lấy gỗ, tăng thu nhập cho nhà nông.
Sử dụng bã mía tạo ra điện
Ở thế kỷ trước, khi giá dầu lửa còn rẻ, bã mía dư thừa là nỗi ám ảnh của các nhà máy đường Vì thế, các nhà máy chỉ dùng lò hơi áp lực thấp, hiệu suất thấp và phát điện đủ dùng trong toàn bộ nhà máy Với 1.000 tấn mía cho 290 tấn bã, lò hơi công suất 24 tấn hơi/giờ, máy phát điện công suất 2MW là đủ để vận hành nhà máy Ngày nay, khi giá dầu mỏ đắt đỏ và ngày càng cạn kiệt, các nhà máy đường quan tâm nhiều hơn đến việc tiết kiệm điện bằng cách sử dụng lò hơi áp lực cao và tuabin đa tầng, hiệu suất cao hơn nhiều Với lò hơi, tuabin hiệu suất cao, sản lượng điện sẽ nhiều hơn Cụ thể với 1.000 tấn mía, lò hơi trên 33 tấn/giờ, máy phát điện sẽ có công suất 4MW
Nhận thấy được tiềm năng rất lớn từ việc sử dụng bã mía để tạo ra điện, nên hiện nay rất nhiều nhà máy mía đường đầu tư thêm hệ thống để tạo ra điện từ bã mía như : Công ty TNHH mía đường Nghệ An (NASU – một thành viên của Tập đoàn TH), Tổng Công ty Cổ phần Mía đường Lam Sơn (Lasuco), Cty Cổ phần Đường Ninh Hòa (ĐNH), Cty Cổ phần Mía đường - Nhiệt điện Gia Lai, nhà máy đường Cam Ranh (Khánh Hòa), Cty Cổ phần Mía đường Bourbon Tây Ninh Việc đầu tư thêm hệ thống sản xuất điện từ bã mía không chỉ đáp ứng được nhu cầu dùng điện của nhà máy mà còn có thể hòa vào mạng lưới quốc gia với sản lượng thật đáng nể
(Nguồn: Nguyễn Viết Hưng, Giáo trình cây mía) Hình 1.2 Hệ thống sản xuất điện từ bã mía ở nhà máy đường
Nhà máy đường Biên Hòa có tổng công suất 5,000 tấn mía/ngày Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 – 750.000 tấn, tương đương 174.000 – 217.500 tấn bã Mỗi ngày Đường Biên Hòa có thể bán ra lưới điện quốc gia tới 288 MW điện, chưa kể lượng điện tự cung cấp để vận hành nhà máy
Nhà máy đường Bourbon (Tây Ninh) có công suất 8.000 tấn mía/ngày, tương đương lượng bã mía thải ra là 2.800 tấn/ngày Với 560 MW điện/ngày được tạo ra, Bourbon chỉ tiêu thụ 210 MW/giờ để vận hành máy móc, còn lại 350 MW.giờ bán ra lưới điện quốc gia Công ty Đường Ninh Hòa (Khánh Hòa), mỗi ngày chế biến 3.000 tấn mía cây nhưng không phải dùng điện lưới Tòan bộ nhu cầu điện được đáp ứng nhờ tổ máy nhiệt điện công suất 6 MW, nhiên liệu đốt lò hơi là bã mía Công ty Mía đường Sóc Trăng cũng sử dụng bã mía để sản xuất điện với nguồn điện năng mỗi giờ được 3 MW.
Sử dụng bã mía trong hàng thủ công mỹ nghệ
- Sử dụng bã mía làm chậu cảnh
Khác hẳn với chậu sành, sứ, loại chậu này có thể thấm nước mưa nhưng không gây ngập úng Rễ cây có thể xuyên qua chậu để tiếp xúc với đất, nhưng chậu vẫn rất bền, dai và không bị vỡ khi bưng bê Loại chậu này có thể được làm để ươm cây con, đặt trong phòng thí nghiệm hoặc trồng các hoa, cây cảnh thông thường Sản phẩm được cho là thân thiện với môi trường vì chỉ cần 3 tháng sau khi chôn xuống đất, nó sẽ bị phân hủy và tạo ra một lớp mùn
- Tranh khảm làm từ bã mía
Dùng bã mía khô quét sơn, đợi cho khô và ghép từng miếng thành những hình như muốn Dòng tranh chủ yếu của loại hình này là tranh chân dung Nghệ nhân người Mỹ Jason Mecier rất thành công trong lĩnh vực này.
Giới thiệu về tro bã mía
Tro bã mía (SBA)
Bã mía là một chất thải rất phổ biến, có giá trị thấp và thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vô cơ Khi nung nóng từ 700 – 900°C, bã mía chuyển thành tro bã mía với thành phần chủ yếu của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2 chiếm tỉ lệ cao Tùy theo các điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác nhau mà thành phần tro bã mía cũng khác nhau.
Một số ứng dụng của tro bã mía
Ứng dụng của tro bã mía
+ Tro bã mía được ứng dụng để làm phân bón cho cây trồng
+ Ứng dụng làm gạch Ceramit hoặc có thể thay thế một phần xi măng ứng dụng trong xây dựng
+ Sử dụng tro bã mía để xử lý ô nhiễm môi trường: Với thành phần chính là Xenlulozo và hemixenlulozo, tro bã mía có thể biến tính để trở thành vật liệu tốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu tro bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường
+ Sử dụng tro bã mía trong các lĩnh vực khác như sử dụng để trồng nấm linh chi: Tro bã mía sau chế biến khi trồng và thu hoạch nấm trở thành nguồn phân bón hữu cơ chất lượng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng mía Qua quá trình nuôi cấy, cây nấm sẽ phân hủy bã mía thành các phân vi sinh nhờ enzyme Các chất dinh dưỡng do nấm tiết ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phục vụ ngành sản xuất đường sạch
(Nguồn: Nguyễn Viết Hưng, Giáo trình cây mía) Hình 1.3 Các mẫu chậu làm từ tro bã mía
Hiện trạng tro bã mía
Ước tính có khoảng 50 ngàn tấn tro bã mía được thải ra từ các nhà máy đường trên cả nước, chất đống ngoài tự nhiên và chưa có nhu cầu sử dụng phù hợp, gây ô nhiễm môi trường và chiếm nhiều diện tích đất chứa chất thải Giống như nhiều loại tro khác (tro bay, tro trấu), tro bã mía chứa các thành phần ô-xít quan trọng như silic, nhôm, canxi Việc nghiên cứu ứng dụng tro bã mía ở vào sản xuất vật liệu xây dựng (gạch, xi măng, bê tông) đã được một số nhà khoa học trong và ngoài nước thực hiện, mang lại một số kết quả bước đầu Khảo sát cho thấy, thành phần hóa học, tính chất vật lý của tro bã mía có sự thay đổi lớn, tùy vào điều kiện thổ nhưỡng nơi trồng mía và nhiệt độ/ điều kiện đốt Về cơ bản, tro bã mía từ các bãi thải chứa thành phần tro đã cháy hết và chưa cháy hết, đôi khi còn pha lẫn tạp chất hữu cơ khác Lượng mất khi nung (MKN) thường tìm thấy với tỷ lệ cao trong thành phần tro thô do chứa nhiều cacbon chưa cháy hết, có thể lên đến 20% Đa số tro này đều không phù hợp để sử dụng trực tiếp như một thành phần của hỗn hợp bê tông (gây phân tầng, chứa nhiều lỗ rỗng và cường độ thấp) Một số phương pháp nâng cao độ hoạt tính của tro bã mía trước khi sử dụng như xử lý nhiệt (nung), nghiền mịn, rây sàng hoặc kết hợp giữa các cách trên đã được nghiên cứu thành công Tuy nhiên, các phương pháp xử lý tro nêu trên thường làm tăng chi phí vật liệu và tiêu thụ nhiều năng lượng xử lý
Hệ chất kết dính xi măng –tro bã mía có lượng nước tiêu chuẩn cao hơn so với xi măng Vì thế, hỗn hợp bê tông chứa vật liệu SBA có nhu cầu lượng nước trộn nhiều hơn để duy trì độ lưu động cần thiết Lý do được giải thích là tro thường có tỷ diện lớn hơn xi măng và đặc tính hút nước vào các cấu trúc rỗng Một số nghiên cứu chỉ ra rằng, sử dụng với một tỷ lệ vừa phải tro bã mía thay thế xi măng (thường từ 5−10%) có thể nâng cao độ bền cơ học so với mẫu bê tông xi măng đối chứng Chẳng hạn, Amin cho rằng bê tông sử dụng hệ chất kết dính xi măng –tro bã mía đạt cường độ nén cao nhất khi lượng SBA đạt mức 10% Tương tự, một nghiên cứu của Jagadesh và cộng sự cho thấy, cấp phối bê tông chứa 10% SBA+90% xi măng có cường độ tăng 27,8% (khi nén) và 13,8% (khi kéo) so với bê tông xi măng Ngoài ra, độ bền lâu của bê tông cũng được cải thiện khi có mặt thành phần SBA trong hỗn hợp Gần đây, nghiên cứu của Bayapureddy và cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ vật liệu SBA (thay đổi từ 5−20%, mức tăng 5%) đến độ hút nước, độ xâm nhập và dịch chuyển ion clo Kết quả thu được cho thấy, mẫu bê tông chứa 15% SBA có độ bền cao nhất ở 28 và 56 ngày
Trong các nguồn vật liệu đã được đề xuất, bã mía là nguồn vật liệu phổ biến tại Việt Nam hiện nay và thường được sử dụng làm chất đốt Sau các nghiên cứu và thí nghiệm, ta thấy khi nung bã mía ở nhiệt độ 750 0 C sẽ tạo thành tro bã mía với các thành phần chủ yếu là SiO2, Fe2O3, Al2O3, … khá tương đồng với các thành phần của xi măng Nên với bài luận văn này, học viên đã sử dụng tro bã mía để thay thế một phần của xi măng khi đúc mẫu vữa và tin rằng nó là nguồn nguyên liệu tốt để thay thế cho xi măng Đã có nhiều nghiên cứu việc sử dụng tro bã mía để thay thế thành phần của xi măng Lathamaheswari và cộng sự (2017) đã nghiên cứu để sử dụng tro bã mía thay thế một phần xi măng trong bê tông và kết quả cho thấy tỉ lệ tro bã mía thay thế cho xi măng với 7,5% cho chất lượng bê tông là tốt nhất Tuy nhiên, Otoko (2014) lại cho rằng tỉ lệ thay thế tro bã mía bằng xi măng 2% cho cường độ nén cao nhất Như vậy, tro bã mía ảnh hưởng đến sự thay đổi của độ chịu nén, chịu lực của vữa bê tông Do đó, mục đích của công trình nghiên cứu này là xem xét việc sử dụng tro bã mía thay thế xi măng theo tỉ lệ hợp lý để cho ra được chất lượng của bê tông là tốt nhất
Vậy đối với bài luận văn này, mục tiêu mà học viên muốn đề cập đến là các vấn đề chính:
+ Ảnh hưởng của tro bã mía đến cường độ của vữa khi thay thế một phần xi măng
+ Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến cường độ vữa khi thay thế một phần xi măng
+ Ảnh hưởng của xỉ lò cao và tro bã mía đến cường độ của vữa khi thay thế một phần xi măng
LÝ THUYẾT VỀ CHẤT KẾT DÍNH XI MĂNG PORTLAND
Công nghệ xi măng trong nước và thế giới
Xi măng (từ tiếng Anh: cement) là một loại khoáng chất được nghiền mịn và là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực Đá xi măng là sản phẩm của quá trình thủy hóa xi măng đã đạt tới một cường độ nhất định
Xi măng Portland là loại xi măng thông dụng, có thể gọi là xi măng thường để phân biệt với các loại xi măng đặc biệt khác như xi măng aluminat, xi măng pouzzolan, xi măng xi là cao, xi măng muội silic v.v Loại xi măng này có thành phần chủ yếu là clinke Portland (chiếm trên 90% khối lượng) ngoài ra còn có thạch cao (3-5%) và các chất phụ gia khoáng khác (xi lò cao, tro than, pouzzolan tự nhiên, v.v ) có khả năng đóng rắn và bền vững trong nước
2.1.2 Nguồn gốc của xi măng
Xi măng Portland chính thức đi vào lịch sử ngày 21 tháng 10 năm 1824 khi Joseph Aspdin được cấp bằng sáng chế cho quá trình thực hiện một xi măng mà ông gọi là xi măng Portland Cái tên được đặt như vậy là do loại đá ở đảo Portland miền Nam nước Anh có màu xám giống màu loại xi măng của ông
(Nguồn: Nguyễn Tấn Quý (2003), Giáo trình công nghệ bê tông xi măng- lý thuyết bê tông xi măng) Hình 2.1 Portland Roach và mỏ đá trên đảo Portland
2.1.3 Thành phần và tính chất của xi măng
Thành phần hóa học của clinke Portland biểu thị bằng hàm lượng % các oxit
Bảng 2.1 Hảm lượng các oxit trong clinke Portland
(Nguồn: Nguyễn Tấn Quý (2003), Giáo trình công nghệ bê tông xi măng- lý thuyết bê tông xi măng)
Thành phần % trung bình theo khối lượng của clinke Portland - Các oxit như MgO, SO3, NaO, KO, TiO, CrO, P,Os chiếm tỉ lệ rất nhỏ nhưng đều làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của xi măng
(Nguồn: Nguyễn Tấn Quý (2003), Giáo trình công nghệ bê tông xi măng- lý thuyết bê tông xi măng) Hình 2.2 Kích cỡ hạt clinke khi ra khỏi lò nung
Các công đoạn sản xuất xi măng
- Nghiền clinke với các phụ gia khác
Sản phẩm của các giai đoạn trong lò nung tạo clinke
- Giai đoạn 1: CaCO3, Al2O3.2SiO2 2H2O, Fe2O3
- Giai đoạn 2: CaCO3, Al2O3.2SiO2, Fe2O3
- Giai đoạn 3: CaO, Al2O3.2SiO2, Fe2O3
- Giai đoạn 4: CaO, Al2O3, SiO2, Fe2O3
- Giai đoạn 5: CaO +Al2O3 -> 3CaO.Al2O3 (Celit)
CaO+SiO2-> 2CaO.SiO2 (Belit)
2CaO.SiO2nc+ CaO -> 3CaO.SiO2 (Alit)
Các yếu tố sản xuất ảnh hưởng đến chất lượng xi măng
- Chất lượng nguyên liệu: Các nguyên liệu đầu vào để sản xuất xi măng là đá vôi giàu CaCO3, đất sét, quặng sắt (nếu cần), và thạch cao Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến các công đoạn sản xuất của xi măng thông qua thành phần hóa học của khoáng vật và công nghệ xử lý tạp chất, điều trộn nguyên liệu
- Chất lượng nung kết: Clinke được tạo ra chủ yếu bằng dạng lò đúng và lò quay Chất lượng sản phẩm của 2 lò này là khác nhau khi cho cùng 1 nguyên liệu tương đồng do thời gian, tác động, phối hợp giữa các giai đoạn nung là khác nhau
- Chất lượng nghiền: Clinke khi ra khỏi lò là các cục nhỏ có đường kính từ 10-
40 mm, chúng được nghiền đến độ mịn yêu cầu Khi các hạt có kích cỡ càng nhỏ thì diện tích bề mặt càng lớn làm tăng sự tiếp xúc, đẩy nhanh và triệt để phản ứng thủy hóa
- Chất lượng phụ gia: Sự khác nhau giữa các loại xi măng phụ thuộc lớn vào thành phần phụ gia, công thức điều trộn Tùy vào mục đích sử dụng mà người ta cho các phụ gia khác nhau để tạo ra các loại xi măng
Thành phần khoáng vật của clinke Portland
Thông thường, trong clinke, thành phần phần trăm theo khối lượng của các khoáng vật thay đổi như sau:
Trong hóa học xi măng, do chủ yếu làm việc với các ô xít, cho nên để thuận tiện người ta sử dụng hệ thống ký hiệu viết tắt thường bằng các chữ cái đầu của các ô-xit (xem kí hiệu trong hóa học xi măng)
Thành phần hóa học của clinke Portland
Vật liệu xi măng là dạng vật liệu sử dụng tính chất thủy hóa của xi măng làm chất kết dính liên kết tất cả các thành phần cấu thành khác Sau một thời gian bảo dưỡng trong một điều kiện nhất định vật liệu nhận được ở dạng rắn có các tính chất cơ học (cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, ) hay tính chất vật lý (tính thấm, tính khuyếch tán, ) tùy thuộc vào mong muốn của người sử dụng
Các vật liệu xi măng thường dùng:
* Hồ xi măng: Hỗn hợp của xi măng và nước Hồ xi măng ít có ứng dụng thực tiễn, chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu vật liệu xi măng do chiếm tỷ lệ phần trăm lớn và chi phối nhiều tính chất cơ lý của loại vật liệu này
* Vữa xi măng: Hỗn hợp của xi măng, cát và nước Nói một cách khác, vữa là vật liệu nhận được khi cho thêm cát vào công thức của hồ xi măng
* Bê tông: Hỗn hợp của xi măng, cát, sỏi và nước hoặc tùy trường hợp cụ thể có thể có thêm chất phụ gia hoặc các chất thêm khác
Chú thích: Từ hạt cốt liệu đại diện cho cát và/hoặc sỏi được cho thêm vào trong công thức của hồ xi măng Cát còn được gọi là hạt cốt liệu mịn, và sỏi là hạt cốt liệu thô Ứng dụng
Vật liệu xi măng được ứng dụng rất rộng rãi do ưu điểm thi công đơn giản, nguyên liệu ban đầu sẵn có, có tính chất cơ học tốt và tuổi thọ cao Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng (lĩnh vực áp dụng chủ yếu), đây là vật liệu chính để xây cầu, nhà, kênh, cống,v.v Trong xử lý rác thải hạt nhân, việc xi măng hóa cho phép cố định các chất phóng xạ một cách sâu sắc trong vi cấu trúc của vật liệu xi măng
Giống như các loại đất, đá, vật liệu gốm v.v., vật liệu xi măng cũng là một môi trường rỗng với cấu trúc rỗng rất phức tạp, kích thước của lỗ rỗng phân bố rất rộng từ khoảng nanomet (kích thước rỗng của các hydrat của hồ xi măng), chạy qua khoảng micromet (lỗ rỗng mao dẫn) cho tới khoảng milimet (bọt khí, vết nứt) Cấu trúc rỗng đóng một vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các tính chất cơ học và vật lý đồng thời quyết định độ bền (tuổi thọ) của vật liệu Chẳng hạn, cường độ và tính đàn hồi (module đàn hồi E) chủ yếu phụ thuộc vào tổng thể tích lỗ rỗng, tinh thấm và tính khuyếch tán bị chi phối bởi thể tích rỗng tổng cộng, kích thước, hình dạng và sự liên thông của các lỗ rỗng, còn vấn đề co ngót của vật liệu xi măng (do phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng bề mặt tại thành lỗ rỗng) thì lại bị chỉ phối bởi diện tích bề mặt riêng của mạng lưới lỗ rỗng, độ bền chịu các chu kì đóng băng-tan băng (cửa nước lỗ rỗng) thì phụ thuộc vào thể tích và khoảng cách các bọt khí trong mạng lưới rỗng Do đó việc nghiên cứu vật liệu xi măng đòi hỏi phải hiểu biết một cách sâu sắc ở mức độ vi cấu trúc bằng cách xác định (ở một mức độ nhất định) thông số: độ rỗng tổng cộng, độ rỗng hiệu quả, kích thước lỗ rỗng, thông số về hình dạng, diện tích bề mặt riêng (mg) và nhất là sự phân bố theo kích thước của các lỗ rỗng
Vữa xây dựng
Vữa xây dựng là một loại vật liệu đá nhân tạo thành phần bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu nhỏ và phụ gia Các thành phần này được nhào trộn theo tỷ lệ thích hợp, khi mới nhào trộn hỗn hợp có tính dẻo gọi là hỗn hợp vữa, sau khi cứng rắn có khả năng chịu lực gọi là vữa Phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của hỗn hợp vữa Đặc điểm của vữa là chỉ có cốt liệu nhỏ, khi xây và trát phải trải thành lớp mỏng, diện tích tiếp xúc với nền xây, với mặt trát và với không khí khá lớn, nước dễ bị mất đi do đó lượng nước nhào trộn vữa cần lớn hơn so với bê tông Do không có cốt liệu lớn nên cường độ chịu lực của vữa thấp hơn so với bê tông khi sử dụng cùng lượng và cùng loại chất kết dính
Vữa xây dựng thường được phân loại theo loại chất kết dính, theo khối lượng thể tích và theo công dụng của vữa
Theo chất kết dính: chia ra vữa xi măng, vữa vôi, vữa thạch cao và vữa hỗn hợp (xi măng - vôi; xi măng - đất sét)
Theo khối lượng thể tích: chia ra vữa nặng P, > 1500 kg/m, vữa nhẹ p ≤ 1500 kg/m3
Theo công dụng: chia ra vữa xây, vữa trát, vữa láng, lát, ốp, vữa trang trí v.v Để hoàn thiện công trình, vữa đặc biệt như vữa giếng khoan, vữa chèn mối nối, vữa chống thấm v.v
2.2.2 Vật liệu chế tạo vữa
Chất kết dính Để chế tạo vữa thường dùng chất kết dính vô cơ như xi măng portland, xi măng portland hỗn hợp, vôi không khí, vôi thủy, thạch cao xây dựng v.v
Việc lựa chọn sử dụng loại chất kết dính phải đảm bảo cho vữa có cường độ và độ ổn định trong điều kiện cụ thể
Trong môi trường khô nên dùng vữa với mác 4 Để đảm bảo cường độ và độ dẻo nếu không có yêu cầu gì đặc biệt nên dùng vữa hỗn hợp mác 70-75 Trong môi trường ẩm ướt nên dùng vữa xi măng mác 100-150 Vôi rắn trong không khí thường được dùng ở dạng vôi nhuyễn phải lọc sạch các hạt sạn Thạch cao thường được sử dụng để chế tạo vữa trang trí vì có độ mịn và bóng cao
Cốt liệu cát là bộ xương chịu lực cho vữa đồng thời cát còn có tác dụng chống co ngót cho vữa và làm tăng sản lượng vữa
Khi thí nghiệm để kiểm tra mác xi măng bằng việc đúc mẫu vữa thì chọn cát tiêu chuẩn vì cát tiêu chuẩn có những đặc điểm sau: hàm lượng ẩm nhỏ hơn 0,2%, cát thiên nhiên giàu silic gồm tốt nhất là các hạt tròn cạnh và có hàm lượng SiO, không ít hơn 98%, cấp phối của hạt của cát mẫu ISO nằm trong giới hạn quy định sau:
Bảng 2.2 Quy định cấp phối các hạt cát mẫu ISO
(Nguồn: Nguyễn Tấn Quý (2003), Giáo trình công nghệ bê tông xi măng- lý thuyết bê tông xi măng) Để chế tạo vữa có thể sử dụng cát thiên nhiên hoặc cát nhân tạo nghiền từ các loại đá hoặc đá rỗng Chất lượng cát có ảnh hưởng nhiều đến cường độ của vữa
Khi chế tạo vữa có thể dùng các phụ gia vô cơ như đất sét dẻo, cát nghiền nhỏ, bột đá pouzzolan hoặc phụ gia hoạt tính tăng dẻo Việc sử dụng phụ gia loại nào hàm lượng bao nhiêu đều phải kiểm tra bằng thực nghiệm
Nước dùng để chế tạo vữa là nước sạch, không chứa váng dầu mỡ, lượng hợp chất hữu cơ không vượt quá 15mg/l, độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12.5
Tùy theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thỏa mãn TCVN 4506-1987.
Vật liệu sử dụng và các đặc tính của tro bã mía
Hỗn hợp chất kết dính kiềm hoạt hóa được hình thành từ các vật liệu sau: xỉ lò cao nghiền mịn (GBFS), tro bã mía đã qua xử lý sàng, dung dịch kiềm hoạt hóa (gồm dung dịch NaOH và Na2SiO3) và nước sạch
2.3.1 Tro bã mía (SBA), phân tích các đặc tính của vật liệu SBA
Tro bã mía thô được thu thập từ bãi tro phế thải của một nhà máy đường ở phía Nam Mẫu tro sau khi được sấy khô ở 110 °C trong 24h được rây qua sàng số hiệu #100 ASTM (kớch thước lỗ 149 àm) để loại bỏ tạp chất và thành phần tro thụ chưa cháy hết Phần tro mịn sau khi lọt qua rây #100 được chứa trong các túi ni lông cách ẩm để dùng cho thí nghiệm Tro thu được có tỷ diện Blaine 4449 cm 2 /g, tỷ trọng 2,165 Thành phần oxit của tro bã mía được phân tích bằng phổ nhiễu xạ huỳnh quang tia X (X-ray fluorence) Kết quả phân tích ở Bảng 2.4 cho thấy vật liệu SBA có đầy đủ các thành phần quan trọng của vật liệu pozzolan như SiO2,
Al2O3, Fe2O3,……Thành phần SiO2 chiếm tỷ lệ cao nhất (gần 75%), do đặc điểm tích lũy silic của cây mía đường; tổng hàm lượng ba oxit (SiO2 + Al2O3 + CaO) lớn hơn 70%, thỏa yêu cầu của ASTM C618 đối với vật liệu pozzolan Kết quả phân tích thành phần hóa học đối với SBA khá tương đồng với nhiều nghiên cứu trước đây, chỉ ra rằng vật liệu SBA có thể sử dụng hiệu quả trong sản xuất bê tông Điểm cần lưu ý là lượng mất khi nung (LOI) tương đối cao (9,07%), được giải thích do SBA chứa nhiều carbon chưa cháy hết Trong một nghiên cứu khác đối với vật liệu SBA thu thập từ nhà máy đường ở Thanh Hóa, lượng mất khi nung được xác định 8,91%
Bảng 2.3 Thành phần oxide và tính chất vật lý của SBA và GBFS
(Nguồn: Lê Đức Hiển, Thời gian ninh kết, cường độ chịu nén và co ngót của vật liệu kiềm hoat hóa xỉ lò cao nghiền mịn- tro bã mía)
2.3.2 Xỉ lò cao nghiền mịn
Xỉ lò cao nghiền mịn (BFS) dùng trong thí nghiệm này thuộc loại S95 (TCVN 11586:2016), dạng thương phẩm của Tập đoàn Hòa Phát Vật liệu xỉ BFS có độ mịn Blaine cỡ 4000 cm2/g khối lượng riêng 2,89 g/cm 3 Thành phần oxit của xỉ lò cao được trình bày ở Bảng 1, với thành phần chủ yếu là CaO, SiO2, Al2O3, MgO.
Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông
Xỉ lò cao là phế thải của ngành công nghiệp luyện gang thép, thải phẩm ở dạng hạt có đường kính từ 10 ÷ 200 mm Đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxit sắt thành gang Hiện nay, nó là vật liệu phổ biến được dùng trong sản xuất xi măng xỉ lò cao trên thế giới Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng đã góp phần vào việc xử lý nguồn phế thải công nghiệp vì xi măng xỉ lò cao thực sự có nhiều tính chất đặc biệt như bền trong môi trường nước biển, bền sunfat, ít toả nhiệt, phù hợp với bê tông khối lớn, chống thấm tốt…
Ta đã biết xỉ là sản phẩm cháy nhiên liệu được tích lại ở thiết bị thu gom xỉ đặt ở dưới buồng đốt Xỉ ở các thiết bị thu gom này có dạng hạt rắn, nếu được tiếp tục đốt nóng cho đến khi cháy lỏng hoàn toàn ta sẽ thu được nó ở dạng xỉ lỏng Xỉ lỏng được gia công thành hạt cỡ 1 ÷ 25 mm trước khi đưa ra bãi chứa Các hạt rắn này hoặc các hạt mới chỉ nóng chảy một phần do không được tiếp tục đốt nóng hoàn toàn sẽ sản sinh xỉ thải ra ở dạng rắn và cũng được đập nhỏ rồi chuyển ra bãi chứa;
Xỉ dạng này gọi là xỉ bãi thải Để sử dụng hiệu quả xỉ, ta phải tiến hành phân loại và đánh giá chất lượng xỉ
Ví dụ phân loại theo nguồn gốc tạo thành có xỉ luyện kim, xỉ nhiệt điện Riêng xỉ luyện kim lại có thể chia ra xỉ luyện kim đen - xỉ lò cao, xỉ luyện kim màu (xỉ luyện kẽm, xỉ luyện đồng, xỉ niken…); theo phương pháp thải xỉ có xỉ lỏng (có pha lỏng) và xỉ bãi thải (pha lỏng rất hạn chế); theo hàm lượng kiềm, theo mô-đun kiềm Mk , theo thành phần khoáng, theo thành phần pha… Như vậy, vật liệu xỉ có thể được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nhưng, để sử dụng cho xi măng hay bê tông thì phải cần được đánh giá và nghiên cứu rất kỹ và có tính khoa học
Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang
Xỉ lò cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷ 48%, SiO2 từ 35% ÷ 38%, Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng CaO + MgO thường đạt 40% ÷ 50% hay cao hơn nữa Như vậy, có thể coi xỉ lò cao như là một loại vật liệu có tính kiềm cao, mô-đun kiềm Mk từ 0,9 ÷ 1,2 và mô-đun hoạt tính Ma từ 0,16 ÷ 0,53 Chúng được coi là có hoạt tính thuỷ lực cao, có khả năng tự đóng rắn như xi măng portland Hoạt tính thuỷ lực này được tăng lên rõ nét khi xỉ lò cao được hoạt tính hoá bằng kiềm – sun phát Những loại xỉ kiềm cao có mô-đun hoạt tính Ma càng lớn và càng nhiều hàm lượng pha thuỷ tinh (pha lỏng) thì thể hiện hoạt tính thuỷ lực càng mạnh Đặc điểm quan trọng này là căn cứ chủ yếu định hướng cho việc sử dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng xỉ lò cao
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Hình 2.3 Quá trình hình thành xỉ trong lò luyện thép
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”) Hình 2.4 Ứng dụng xỉ lò cao trong ngành vật liệu xây dựng ở Nhật Bản
Sản xuất xi măng là một lĩnh vực sử dụng nhiều xỉ lò cao nhất trong các ứng dụng hiệu quả của xỉ cho ngành vật liệu xây dựng: Liên Xô cũ, hằng năm, sử dụng tới trên 30 triệu tấn xỉ lò cao tạo hạt để sản xuất các loại xi măng Còn ở Mỹ, theo số liệu thống kê năm 1975 thì sử dụng khoảng 23 triệu tấn xỉ lò cao…
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Hình 2.5 Xỉ lò cao xuất khẩu từ Nhật Bản năm 2013
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Hình 2.6 Quy trình sản xuất xi măng xỉ lò cao
Trong sản xuất xi măng xỉ lò cao thường sử dụng theo 2 hướng chính: Thứ nhất là đóng vai trò phụ gia khoáng hoạt tính đưa vào thành phần của xi măng lúc nghiền clinker; Thứ hai là đóng vai trò là cấu tử nguyên liệu ban đầu trong bài toán thành phần phối liệu nung để sản xuất clinker theo phương pháp khô
2.4.1 Tính chất xi măng xỉ lò cao
Hàm lượng xỉ trong xi măng xỉ lò cao
Kết quả nghiên cứu cho thấy, căn cứ vào hàm lượng sử dụng xỉ lò cao, có thể phân loại xi măng xỉ lò cáo theo các mức tính năng của chúng Theo tiêu chuẩn TCVN 4316:2007 – Xi măng portland xỉ lò cao - áp dụng cho xi măng portland xỉ lò cao có hàm lượng xỉ lò cao từ trên 40% - 70% xỉ hạt lò cao
Bảng 2.4 Mức yêu cầu tính năng cho phân loại xi măng xỉ lò cao
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”) Theo hàm lượng xỉ, xi măng portland xỉ lò cao được chia thành 2 loại:
+ Loại I: chứa từ trên 40% - 60% xỉ - ký hiệu là PCBBFSI;
+ Loại II: chứa từ trên 60% - 70% xỉ - ký hiệu là PCBBFSII
Nếu hàm lượng xỉ lò cao dùng ở mức 5% ÷ 30% thì chất lượng xi măng xỉ lò cao tương đương với xi măng portland
Hàm lượng xỉ trong xi măng lớn sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển cường độ của xi măng xỉ Ta hãy xem quá trình thủy hóa của hệ xi măng - xỉ - nước như sau:
Sự thủy hóa các khoáng chính trong xi măng portland: C3S, C2S, C3A
2(3CaO.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 3H2O = 3,3CaO.2SiO2.2,3H2O + 0,7Ca(OH)2
Khi có thạch cao, C3A hydrat tạo thành hydrosunphôaluminat canxi có công thức 3CaO.Al2O3.3CaSO4.(30 ÷32) H2O tên gọi là ettringit Trong điều kiện thuỷ hoá thông thường C4AF thuỷ hoá tạo thành các sản phẩm hyđrat tổng hợp chứa sun- phát tương tự như C3A.CaO.Fe2O3.3CaSO4.(30 ÷ 32)H2O;
3CaO.Fe2O3.CaSO4.12H2O; 3CaO.Fe2O3.3CaSO4.(30 ÷ 32)H2O và 3CaO.Fe2O3.CaSO4.12H2O
Sản phẩm phụ trong quá trình thuỷ hoá xi măng sẽ phản ứng với cấu tử của xỉ tạo thêm pha rắn có tính chất kết dính:
3Ca(OH)2 + 2SiO2 (vô định hình) + H2O = 3CaO.2SiO2.H2O 3Ca(OH)2 + Al2O3 (hoạt tính) + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O
3Ca(OH)2 + Fe2O3 (hoạt tính) + 6H2O = 3CaO.Fe2O3.6H2O
Bảng 2.5 Tính chất xi măng xỉ lò cao ảnh hưởng theo hàm lượng xỉ
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Các sản phẩm đó đã làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng trong hệ và tạo cho xi măng xỉ có cường độ dài ngày cao hơn xi măng OPC Đây là nguyên nhân làm tăng tính bền vững của xi măng ở tuổi dài ngày
Như độ hoạt tính của xỉ phụ thuộc vào hàm lượng xỉ, kích thước hạt xỉ sau khi nghiền mịn và điều kiện môi trường thuỷ hoá
Sự phát triển cường độ
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”) Hình 2.7 Đồ thị so sánh sự phát triển cường độ xi măng xỉ và xi măng portland
Xi măng xỉ lò cao sẽ phát triển sớm hơn xi măng portland nếu trong điều kiện nhiệt độ trên 200 o C Ở nhiệt độ dưới 200 o C, mức độ thuỷ hoá của xi măng xỉ chậm hơn xi măng portland nên cường độ tuổi ngắn ngày phát triển chậm; tuy vậy, cường độ này sẽ đạt và lớn hơn ở tuổi dài hơn sau 90 ngày
Bảng 2.6 So sánh sự phát triển cường độ tuổi một số loại xi măng
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Tính bền hoá, tính chịu xâm thực và phản ứng kiềm cốt liệu
Bảng 2.7 Đánh giá độ bền hóa bê tông xỉ khi ngâm trong môi trường nước nóng
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”) Hình 2.8 Đánh giá chiều sâu thấm muối bê tông xỉ trong nước biển trong 6 tháng Đó là do hàm lượng khoáng hydroxit canxi Ca(OH)2 còn dư tạo thành trong phản ứng thuỷ hoá của xi măng với nước dễ dàng bị hoà tan trong môi trường xâm thực Trong xi măng xỉ, hàm lượng hydroxit canxi Ca(OH)2 thường ít hơn vì các cấu tử của xỉ sẽ phản ứng triệt để hết hàm lượng còn dư này, và điều đó làm xi măng xỉ lò cao có tính bền hoá a xít cao hơn xi măng portland
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”) Hình 2.9 tương quan hàm lượng xỉ trong xi măng xỉ và độ nở thanh vữa
(Nguồn: Quỳnh Trang - 2016, “Xỉ lò cao trong sản xuất xi măng và bê tông”)
Hình 2.10 Nứt bê tông xỉ do phản ứng kiềm cốt liệu Khi xi măng xỉ được dùng cho các kết cấu thoát nước thải, kết cấu vùng ven biển với yêu cầu độ bền hoá, thì xi măng xỉ tỏ ra có độ bền tuyệt vời chống lại sự ăn mòn hoá học Hơn thế nữa, xi măng xỉ còn có hiệu quả ức chế sự phá huỷ bê tông do muối và do phản ứng kiềm cốt liệu
Theo kết quả nghiên cứu, xỉ lò cao là loại phụ gia khoáng rất tốt, thân thiện với môi trường Việc sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu xỉ lò cao vào sản xuất xi măng ở Việt Nam là rất quan trọng, không những giảm chi phí sản xuất, tăng sức cạnh tranh của sản phẩm mà còn bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đảm bảo yêu cầu phát triển dài lâu cho ngành xi măng Tuy vậy, để sử dụng hiệu quả và phổ biến xi măng xỉ lò cao cần phải được tiếp tục nghiên cứu hơn nữa để đảm bảo tính ổn định về chất lượng của xi măng xỉ lò cao cho ứng dụng của ngành xây dựng.
Tóm tắt chương 2
Bã mía là một một chất thải rất phổ biến ở Việt Nam, có giá trị thấp và chúng thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vô cơ Khi nung nóng từ 700 – 900C, bã mía chuyển thành trở với thành phần của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, KO, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2; chiếm khoảng 75% Với thành phần như vậy chúng khá tương đồng với thành phần của xi măng và có thân làm nguyên liệu thay thế tốt cho xỉ xi măng Vì vậy tro bã mía có thể thay thế xi măng trong sản xuất bô tông xi măng, các thành phần này sẽ được khảo sát thông qua thí nghiệm trong chương 3.
Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Các loại vật liệu sử dụng cho luận văn thí nghiệm gồm có:
− Xi măng: sử dụng xi măng Hà Tiên đa dụng, có mác xi măng PCB40;
− Cát: cát sông Đồng Nai;
− Nước: sử dụng nước sinh hoạt;
− Xỉ lò cao: xỉ hạt lò cao nghiền mịn S95 của Thép Hòa Phát, một phụ phẩm của ngành công nghiệp luyện gang bằng lò cao, thu được bằng cách làm lạnh nhanh xỉ gang bằng nước hay hơi nước để tạo ra xỉ hóa hạt
Hình 3.1 Xỉ lò cao nghiền mịn S95 Hòa Phát
− Tro bã mía (Sugarcane bagasse ash, SBA): bã mía sau khi được thu gom tại nhà máy đường (ở Trà Vinh), được tập kết tại phòng thí nghiệm Tro bã mía được rây qua sàng 0.015 mm trước khi nung ở 750 0 C trong thời gian 60 phút
− Khuôn đúc mẫu: có tiết diện là 4040160 (mm)
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của tro bã mía (SBA) STT Thành phần hóa học Tỉ lệ (%)
Bảng 3.2 Thành phần hóa học của xi măng PCB40
STT Thành phần hóa học Tỉ lệ (%)
Bảng 3.3 Thành phần hóa học của xỉ lò cao nghiền mịn (BFS)
STT Thành phần hóa học Tỉ lệ (%)
Bảng 3.4 Các chỉ tiêu chất lượng xi măng PCB40 theo TCVN 6206:2009
STT Các chi tiêu Xi măng PCB40
Cường độ nén, Mpa, không nhỏ
- Bát đầu, phút, không nhỏ hơn
- Kết thúc, phút, không nhỏ hơn
3 Độ nghiền mịn, xác định theo:
-Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0.04mm, % không lớn hơn
-Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine, cm 2 /g, không nhỏ hơn
4 Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp Le Chaterlier, mm, không lớn hơn 10
5 Hàm lượng Anhydric sunphuric (SO3), % không lớn hơn 3.5
6 Độ nở autoclave, % không lớn hơn 0.8
Hình 3.2 Ảnh mẫu vật liệu tro bã mía
Hình 3.3 Ảnh mẫu vật liệu tro bã mía dưới kính hiển vi điện tử có độ phóng đại
3.1.2 Quá trình thực hiện thí nghiệm
Việc xử lý vật liệu và đúc vữa được miêu tả dưới các trình tự sau:
1- Chuẩn bị vật liệu: cát, nước, xi măng, tro bã mía đã được xử lý, xỉ lò cao
+ Cát: được sấy ở nhiệt độ 100 0 C để loại bỏ bớt độ ẩm trong cát làm tăng cao độ tin tưởng đối với cấp phối
+ Nước: sử dụng nước sinh hoạt để trộn vữa
+ Tro bã mía: được xử lý theo các công đoạn sau:
(1) Đem ngâm tro bã mía đã sàn ngập trong nước trong vòng 24 tiếng
(2) Sau khi ngâm, vớt phần tro bã mía ở phân lớp trên trong thùng ngâm, loại bỏ phần đáy thùng do có lẫn nhiều tạp chất bẩn
(3) Tro sau khi rây qua sàng 0.15 mm, được đem đi sấy ở nhiệt độ 105 0 C trong vòng 24 giờ
(4) Đem tro đã rây đi nung ở nhiệt độ 750 o C trong vòng 60 phút;
(5) Mang tro đã nung đi sàn để sử dụng, loại sàn có kích thước là 0.075 mm
+ Xỉ lò cao (BFS): được bảo dưỡng trong không gian kín để tránh khỏi sự hút ẩm khi tiếp xúc với không khí bên ngoài (khu vực phòng thí nghiệm)
+ Xi măng: được cân và bảo dưỡng như xỉ lò cao
Hình 3.4 Tro bã mía trước và sau khi nung
Hình 3.5 Lò nung tro bã mía
2- Đúc mẫu, bảo dưỡng và nén mẫu vữa
Tiêu chuẩn nén mẫu vữa theo tiêu chuẩn TCVN 3121-11:2003 Phương pháp thử để xác định cường độ uốn và nén của vữa đã đóng rắn Nội dung tiêu chuẩn như sau: a Thiết bị và dụng cụ thử nén mẫu vữa
Khuôn bằng kim loại, tạo ra mẫu có hình lăng trụ (hình 3.5) Khuôn gồm 3 ngăn, có thể tháo lắp rời từng thanh, kích thước trong mỗi ngăn của khuôn là: chiều dài 160mm + 0,8mm, chiều rộng 40mm + 0,2mm, chiều cao 40mm + 0,1mm
Chày đầm mẫu, được làm từ vật liệu không hút nước có tiết diện ngang là hình vuông với cạnh bằng 12mm ± 1mm, khối lượng là 50g + 1g Bề mặt chày phẳng và vuông góc với chiều dài
Máy thử nén máy nén có khả năng tạo lực nén đến 100 (KN) b Ngày thí nghiệm:
Các mẫu vữa khi đúc vào khuôn sẽ được bảo dưỡng trong thời gian lần lượt là
7 ngày, 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày c Quá trình trộn vật liệu và đúc:
Bảng 3.5 Bảng tỉ lệ hỗn hợp vữa
(xi măng+ tro bã mía)
(xi măng+ xỉ lò cao)
(xi măng+ tro bã mía+ xỉ lò cao)
- Đối với mẫu chỉ sử dụng xi măng và xỉ lò cao hoặc xi măng và tro bã mía:
+ Cân xi măng, xỉ lò cao đã được bảo dưỡng và các nguyên vật liệu khác bằng cân điện tử
+ Trộn và kiểm tra hỗn hợp xi măng và xỉ lò cao (hoặc tro bã mía)
+ Sau khi trộn đều hỗn hợp trên thì tiếp tục đổ cát vào và trộn tiếp hỗn hợp trên
+ Cho nước vào tiếp tục và trộn đều (nếu cảm thấy hỗn hợp quá khô, không đủ độ sệt để đúc vữa thì ta cho thêm nước vào, ghi chú lại để thay đổi cấp phối của mẫu nếu cần)
+ Xử lý khung đúc: bôi nhớt vào khung để tiện cho việc tháo, gỡ, tạo hình được dễ dàng Khi lắp ráp khung cần kiểm tra kỹ lưỡng các chốt để tránh bị lỏng
+ Đổ vữa vào khuôn đúc, sử dụng công cụ, dụng cụ để đầm mẫu vữa, ta tiến hành đầm trong khoảng từ 2-3 lần để làm chặt vữa và để mẫu không bị rỗ, sử dụng búa để gõ xung quanh thành khung để tạo hình cho mẫu vữa
+ Sau đó ta dán tên các mẫu đã ghi sẵn lên khung mẫu vữa vừa đúc
+ Đem đi bão dưỡng tại các nơi quy định và dưỡng ẫm cho các mẫu để đạt cường độ tốt hơn
- Đối với mẫu chỉ sử dụng xi măng và xỉ lò cao và tro bã mía:
+ Cân xi măng, xỉ lò cao và tro bả mía đã được bảo dưỡng và các nguyên vật liệu
+ Trộn và kiểm tra hỗn hợp xi măng, xỉ lò cao và hoặc tro bã mía
+ Sau khi trộn đều hỗn hợp trên thì tiếp tục đổ cát vào và trộn tiếp hỗn hợp trên
+ Cho nước vào tiếp tục và trộn đều (nếu cảm thấy hỗn hợp quá khô, không đủ độ sệt để đúc vữa thì ta cho thêm nước vào, ghi chú lại để thay đổi cấp phối của mẫu nếu cần)
+ Xử lý khung đúc: bôi nhớt vào khung để tiện cho việc tháo, gỡ, tạo hình được dễ dàng Khi lắp ráp khung cần kiểm tra kỹ lưỡng các chốt để tránh bị lỏng
+ Đổ vữa vào khuôn đúc, sử dụng công cụ, dụng cụ để đầm mẫu vữa, ta tiến hành đầm trong khoảng từ 2-3 lần để làm chặt vữa và để mẫu không bị rỗ, sử dụng búa để gõ xung quanh thành khung để tạo hình cho mẫu vữa
Hình 3.6 Các mẫu vữa khi được cho vào khuôn đúc
Hình 3.7 Quá trình bảo dưỡng mẫu vữa + Sau đó ta dán tên các mẫu đã ghi sẵn lên khung mẫu vữa vừa đúc
+ Đem đi bảo dưỡng tại các nơi quy định và dưỡng ẩm cho các mẫu để đạt cường độ tốt hơn d Công thức tính kết quả nén mẫu vữa:
Cường độ nén của mỗi mẫu thử (Rn), tính bằng N/mm 2 , chính xác đến 0,05 (N/mm 2 ), theo công thức: n u
- Pn là lực nén phá huỷ mẫu, tính bằng Niutơn (N);
- A là diện tích tiết diện nén của mẫu, tính bằng milimét vuông ( mm 2 )
Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 6 mẫu thử, chính xác đến 0,1(N/mm 2 )
Nếu kết quả của viên mẫu nào sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình của các viên mẫu thì loại bỏ kết quả của viên mẫu đó
Khi đó kết quả thử là giá trị trung bình cộng của các viên mẫu còn lại.
Kết quả và đánh giá
Học viên tiến hành nghiên cứu đúc vữa theo tỉ lệ thay tro bả mía và xỉ lò cao thay thế xi măng lần lượt là 0%, 10%, 15%, 20% Hỗn hợp xi măng, cát, xỉ lò cao, tro bã mía và nước được trộn đều trước khi đưa vào khuôn có kích thước 40x40x160 mm Các mẫu vữa khi đúc vào khuôn sẽ được bảo dưỡng trong thời gian lần lượt là 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày Sau khi các mẫu vữa được bảo dưỡng qua các mốc thời gian quy định sẽ được mang đi kiểm tra độ nén và độ chịu lực
Hình 3.8 Dụng cụ nén đối với mẫu vữa
Kết quả độ nén của các mẫu vữa sau khi bão dưỡng và mang đi nén được trình bày dưới các bảng và các sơ đồ sau:
Bảng 3.6 Số lượng mẫu và lực nén trung bình 3 mẫu sử dụng tro bã mía với mẫu tiêu chuẩn
Bảng 3.7 Bảng kết quả cường đồ nén sử dụng tro bã mía với mẫu tiêu chuẩn
Hình 3.9 Giá trị cường độ các mẫu vữa theo thời gian
Cư ờn g độ ch ịu n én (MPa )
Bảng 3.8 Số lượng mẫu và lực nén trung bình 3 mẫu sử dụng xỉ lò cao với mẫu tiêu chuẩn
Bảng 3.9 Bảng kết quả cường đồ nén sử dụng xỉ lò cao với mẫu tiêu chuẩn
Hình 3.10 Giá trị cường độ các mẫu vữa theo thời gian
Cư ờn g độ ch ịu n én (MPa )
Bảng 3.10 Số lượng mẫu và lực nén trung bình 3 mẫu sử dụng xỉ lò cao và tro bã mía với mẫu tiêu chuẩn
Lực nén trung bình 3 mẫu (kN)
Bảng 3.11 Bảng kết quả cường đồ nén của sử dụng xỉ lò cao và tro bã mía với mẫu tiêu chuẩn
Hình 3.11 Giá trị cường độ các mẫu vữa theo thời gian
7 14 28 56 Đối với Hình 3.9 ta thấy được tỉ lệ tro bã mía càng nhiều thì cường độ nén của mẫu vữa càng giảm Cụ thể mẫu ở 7 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 19.78% đến 55.11%, mẫu ở 14 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 24.13% đến 50.94%, mẫu ở 28 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 14.53% đến 43.42% và mẫu ở 56 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 7.90% đến 35.24% Đối với Hình 3.10, kết quả cho ra khá tương đồng với mẫu tiểu chuẩn, thậm chí còn lớn hơn Cụ thể mẫu ở 7 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa chênh lệch từ 1.13% đến 14.55%, mẫu ở 14 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa chênh lệch từ 2.70% đến 15.94%, mẫu ở 28 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa chênh lệch từ 1.20% đến 4.81%, mẫu ở 56 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa chênh lệch từ 2.10% đến 6.84% Đối với Hình 3.11 chưa thật sự thể hiện rõ cường độ nén của mẫu vữa do chưa đủ số liệu và cần thêm thời gian để đầy đủ số liệu để tiếp tục đánh giá Tuy nhiên chênh lệch giá trị mẫu tại thời điểm khảo sát cho giá trị chênh lệch ở 7 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 12.55% đến 36.41%, mẫu ở 14 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 19.74% đến 57.49%, mẫu ở 28 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 1.03% đến 12.15% và mẫu ở 56 ngày tuổi thì cường độ nén của mẫu vữa giảm từ 18.25% đến 19.83%
Nhìn chung, ta thấy được cường độ chịu nén của mẫu vữa tiêu chuẩn ở những ngày đầu là cao hơn so với các mẫu vữa mã hiệu có SBA (tro bã mía) và BFS (xỉ lò cao) Chỉ có các mẫu vữa sử dụng xỉ lò cao là có kết quả có cường độ nén tương đương với mẫu tiêu chuẩn, các mẫu vữa còn lại có tỉ lệ tăng dần theo thời gian
Các mẫu vữa có một phần xi măng được thay thế bằng xỉ lò cao có cường độ nén ban đầu rất cao, nhưng trong quá trình bảo dưỡng qua 7, 14, 28 ngày thì tốc độ gia tăng của cường độ nén khá thấp Gía trị chênh lệch từ 2.10% đến 14.55% đối với mẫu được thay thế bằng xỉ lò cao BFS10, từ 1.13% đến 15.94% đối với mẫu được thay thế bằng xỉ lò cao BFS15 và từ 2.70% đến 10.43% đối với mẫu được thay thế bằng xỉ lò cao BFS20
Các mẫu vữa có một phần xi măng được thay thế bằng tro bã mía và xỉ lò cao có cường độ nén ban tương đồng với, nhưng trong quá trình bảo dưỡng qua 7, 14,
28 ngày thì tốc độ gia tăng của cường độ nén khá cao Tốc độ gia tăng cường độ nén của mẫu đến ngày thứ 28 cũng đã gần bằng cường độ nén của mẫu tiêu chuẩn dù cường độ nén ở này thứ 7 không cao hơn mẫu tiêu chuẩn Gía trị chênh lệch từ 5.66% đến 36.41% đối với mẫu được thay thế bằng tro bã mía và xỉ lò cao S10B10, từ 12.15% đến 57.49% đối với mẫu được thay thế bằng tro bã mía và xỉ lò cao S15B5 và từ 1.30% đến 19.74% đối với mẫu được thay thế bằng tro bã mía và xỉ lò cao S5B15.
Kết luận chương 3 65 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
Sử dụng tro bã mía và xỉ lò cao thay thế một phần xi măng trong sản xuất vữa với tỉ lệ tro bã mía thay thế cho xi măng lần lượt là 0%, 10%, 15%, 20% và nhận thấy rằng tỉ lệ tro bã mía càng nhiều thì cường độ nén của mẫu vữa càng giảm, đối với mẫu thay xỉ lò cao cho xi măng kết quả cho ra khá tương đồng với mẫu tiểu chuẩn, thậm chí còn lớn hơn Cường độ chịu nén của mẫu vữa tiêu chuẩn ở những ngày đầu là cao hơn so với các mẫu vữa có chứa thành phần tro bã mía
- Mẫu tro bã mía thu thập sau khi sàng qua rây có độ mịn cao, chứa nhiều thành phần SiO2 (∼75%), Al2O3 (∼6,5%), Fe2O3 (2,14%), CaO (1,42%), và một lượng nhỏ các oxit khác; nghiên cứu cho thấy mẫu tro bã mía có hình dạng nhiều góc cạnh, bề mặt xốp, nhiều lỗ rỗng; vật liệu tro bã mía tồn tại ở dạng cấu trúc tinh thể vô định hình
- Tro bã mía thay thế xi măng với tỉ lệ 10% cho ra kết quả cường độ chịu nén tốt nhất
- Xỉ lò cao thay thế xi măng với tỉ lệ 20% cho ra kết quả cường độ chịu nén tốt nhất
- Tro bã mía và xỉ lò cao thay thế xi măng với tỉ lệ 5% tro và 15% xỉ lò cao cho ra kết quả cường độ chịu nén tốt nhất
- Khi thay thế một phần xi măng được thay thế bằng xỉ lò cao có cường độ nén ban đầu rất cao, nhưng trong quá trình bảo dưỡng qua 7, 14, 28 ngày thì tốc độ gia tăng của cường độ nén khá thấp Gía trị chênh lệch từ 1.13% đến 15.94%
- Khi thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía và xỉ lò cao có cường độ nén ban tương đồng với, nhưng trong quá trình bảo dưỡng qua 7, 14, 28 ngày thì tốc độ gia tăng của cường độ nén khá cao Tốc độ gia tăng cường độ nén của mẫu đến ngày thứ
28 cũng đã gần bằng cường độ nén của mẫu tiêu chuẩn dù cường độ nén ở này thứ 7 không cao hơn mẫu tiêu chuẩn Gía trị chênh lệch từ 1.3% đến 57.49%
Dựa trên nghiên cứu hiện tại, có thể đưa ra các kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo về phép tính kỹ thuật của vữa chứa thành phần tro bã mía xử lý nung ở nhiệt độ cao: Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ tro bã mía: Xác định các tỷ lệ khác nhau của tro bã mía trong vữa và điều chỉnh tỷ lệ này để xem sự ảnh hưởng của nó đến tính chất cơ học và tính năng cách nhiệt của vật liệu Điều này giúp xác định tỷ lệ tối ưu để đạt được hiệu quả tốt nhất
Khảo sát tính chất vật liệu phụ thuộc vào nguồn tro bã mía: Nghiên cứu các loại tro bã mía khác nhau từ các nguồn khác nhau để đánh giá sự ảnh hưởng của nguồn tro bã mía đến tính chất cơ học và tính năng cách nhiệt của vữa Điều này giúp xác định nguồn tro bã mía tối ưu cho ứng dụng cụ thể
Nghiên cứu về tính chất môi trường: Đánh giá tác động của vữa chứa tro bã mía đến môi trường, bao gồm khả năng tái chế, phân hủy sinh học.