Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng khi thay thế xi măng bằng phế thải rắn nghiền nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTBÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA VỮA XÂY DỰNG KHI THAY THẾ XI MĂNG BẰNG PHẾ THẢI RẮ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA VỮA XÂY DỰNG KHI THAY THẾ XI MĂNG BẰNG PHẾ THẢI RẮN NGHIỀN NHỎ

Mã số: T2021-06-21

Chủ nhiệm đề tài: ThS Phan Nhật Long

Đà Nẵng, tháng 11/2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA VỮA XÂY DỰNG KHI THAY THẾ XI MĂNG BẰNG PHẾ THẢI RẮN NGHIỀN NHỎ

Mã số: T2021-06-21

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

Phan Nhật Long

NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Khoa Kỹ thuật Xây dựngtrường Đại học Sư phạm

Kỹ thuậtKhoa Kỹ thuật Xây dựngtrường Đại học Sư phạm

Kỹ thuậtKhoa Kỹ thuật Xây dựngtrường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật

Nội dung nghiên cứu cụ Chữ ký thể được giao

Chủ nhiệm

Thành viên

Thành viên

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về phế thải xây dựng 4

1.2 Tổng quan về phế thải công nghiệp 6

1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7

1.3.1 Tình hình nghiên cứu thay thế chất thải rắn xây dựng 7

1.3.2 Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng tro bay, xỉ thép để sản xuất vật liệu trong ngành xây dựng 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU 10

2.1 Nguồn vật liệu và các thông số 10

2.1.1 Xi măng 10

2.1.2 Cát 10

2.1.3 Tro bay 11

2.1.4 Xỉ lò cao 11

2.1.5 Bột gạch đỏ và gạch men 12

2.2 Nguồn gốc, cơ chế, độ hoạt tính và vai trò của các loại phụ gia khoáng từ phế thải rắn xây dựng và công nghiệp 14

2.2.1 Xỉ lò cao nghiền mịn 14

2.2.2 Tro bay 15

2.2.3 Bột gạch men và gạch đỏ 16

2.3 Phương pháp tính toán cấp phối 22

2.3.1 Thành phần vữa tiêu chuẩn ASTM C109/C109M-99 22

2.3.2 Thành phần vữa tiêu chuẩn theo TCVN 6016:2011 (ISO 679:2009) 22

2.4 Phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật liệu 22

i

2.4.1 Quy trình trộn vữa 22

2.4.2 Xác định chỉ số hoạt tính cường độ của gạch men và gạch đỏ theo TCVN 6882:2011 .23

2.4.3 Chỉ tiêu vữa tươi 23

2.4.4 Chỉ tiêu vữa đóng rắn 26

2.5 Kết luận chương 28

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT 29

3.1 Đặc tính kỹ thuật của hồ xi măng sử dụng gạch men và gạch đỏ thay thế xi măng 29

3.1.1 Cấp phối thí nghiệm 29

3.1.2 Khối lượng thể tích hồ xi măng 29

3.1.3 Thời gian đông kết 30

3.1.4 Cường độ hồ xi măng 31

3.1.5 Độ hút nước, thể tích lổ rỗng và tốc độ siêu âm của mẫu hồ xi măng 36

3.2 Sử dụng phế thải rắn trong xây dựng và công nghiệp thay thế xi măng trong chế tạo vữa xây dựng 38

3.2.1 Thành phần cấp phối 38

3.2.2 Thay thế xi măng bằng gạch men 39

3.2.3 Thay thế xi măng bằng gạch đỏ 43

3.2.4 Thay thế xi măng bằng tro bay 46

3.2.5 Thay thế xi măng bằng xỉ lò cao 48

3.2.6 So sánh cường độ giữa các mẫu thử 50

3.3 Nhận xét 51

3.3.1 Đối với hồ thay thế xi măng gạch đỏ và gạch men 51

3.3.2 Đối với vữa thay thế xi măng bằng phế thải rắn 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số của xi măng Sông Gianh PCB40 10

Bảng 2.2 Thông số của cát Đại Lộc - Quảng Nam 10

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý của Tro bay 11

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ, lý của xỉ lò cao 11

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu cơ, lý của gạch men và gạch đỏ 14

Bảng 2.6 Xác định chỉ số hoạt tính cường độ của mẫu 22

Bảng 3.1 Thành phần hồ xi măng với tỷ lệ N/CKD=0,5 29

Bảng 3.2 Khối lượng thể tích hồ xi măng của gạch men và gạch đỏ (kg/m3) 29

Bảng 3.3 Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết 30

Bảng 3.4 Cường độ hồ xi măng của gạch men ở các ngày tuổi (Mpa) 31

Bảng 3.5 Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch men thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng (%) 32

Bảng 3.6 Cường độ hồ xi măng của gạch đỏ ở các ngày tuổi (Mpa) 33

Bảng 3.7 Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch đỏ thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng (%) 34

Bảng 3.8 Độ hút nước, thể tích lỗ rỗng của hồ xi măng đã đóng rắn 28 ngày của gạch men, gạch đỏ (%) 36

Bảng 3.9 Tốc độ siêu âm các ngày tuổi của gạch men (m/s) 36

Bảng 3.10 Tốc độ siêu âm các ngày tuổi của gạch đỏ (m/s) 36

Bảng 3.11 Bảng thành phần cấp phối thay thế xi măng bằng phế thải rắn 39

Bảng 3.12 Bảng giá trị độ lưu động và khối lượng thể tích vữa tươi (mẫu gạch men) 39 Bảng 3.13 Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế gạch men 41

Bảng 3.14 Giá trị độ hút nước mẫu gạch men (%) 42

Bảng 3.15 Bảng giá trị độ lưu động và khối lượng thể tích vữa tươi (mẫu gạch đỏ) 43

Bảng 3.16 Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế gạch đỏ 44

Bảng 3.17 Giá trị độ hút nước mẫu gạch đỏ (%) 45

Bảng 3.18 Giá trị độ lưu động của vữa khi sử dụng tro bay (cm) 46

Bảng 3.19 Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế Tro bay 47

iii

Bảng 3.20 Giá trị độ lưu động của vữa khi sử dụng xỉ lò cao (cm) 48 Bảng 3.21 Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế Xỉ lò cao 49

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phát sinh phế thải xây dựng tại một số thành phố [2] 4

Hình 1.2 Tỷ lệ các thành phần chất thải rắn xây dựng [1] 5

Hình 1.3 Vai trò của nhà máy nhiệt điện than trong quy hạch điện lực quốc gia [3] 6

Hình 1.4 Tình hình công bố sáng chế nguyên liệu từ phế thải/rác thải dùng sản xuất vật liệu ngành xây dựng trên cơ sở số liệu sáng chế quốc tế [4] 8

Hình 1.5 Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng tro xỉ trong sản xuất vật liệu ngành xây dựng theo thời gian [4] 8

Hình 2.1 Gạch đỏ được đập nhỏ 12

Hình 2.2 Gạch đỏ sau khi nghiền 12

Hình 2.3 Công tác chuẩn bị vật liệu 13

Hình 2.4 Gạch men sau khi nghiền 13

Hình 2.5 Phiếu kết quả thí nghiệm 13

Hình 2.6 Xỉ hạt lò cao sau khi làm nguội [3] 14

Hình 2.7 Cấu trúc bề mặt của xỉ 15

Hình 2.8 Cơ chế lấp đầy của xỉ lò cao 15

Hình 2.9 Hình dạng hạt tro bay ở trạng thái tự nhiên và qua kính hiển vi điện tử quét SEM [3] 15

Hình 2.10: Cơ chế làm việc của tro bay 16

Hình 2.11 Sơ đồ tổng thể các thí nghiệm đánh giá khả năng hoạt tính của gạch men và gạch đỏ 17

Hình 2.12 Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch đỏ 18

Hình 2.13 Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch men 18

Hình 2.14 Bản đồ phân bố nguyên tố của tro bay 18

Hình 2.15 Bản đồ phân bố nguyên tố của xỉ 19

Hình 2.16 Bản đồ phân bố nguyên tố của xi măng 19

Hình 2.17 Biểu đồ các nguyên liệu ban đầu [9] 19

Hình 2.18 Cấu trúc của gạch đỏ 20

Hình 2.19 Cấu trúc bề mặt của gạch men 21

v

Hình 2.20 Cấu trúc của xi măng 21

Hình 2.21 Quy trình trộn vữa 23

Hình 2.23 Sơ đồ cấu tạo bàn dằn 24

Hình 2.23 Thí nghiệm xác định độ lưu động 25

Hình 2.24 Mẫu thí nghiệm độ hút nước 26

Hình 2.25 Thí nghiệm nén mẫu 27

Hình 2.26 Cường độ mẫu khi nén đơn vị kN 27

Hình 2.27 Mẫu sau khi nén 28

Hình 3.1 Biểu đồ so sánh thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết mẫu chuẩn và mẫu thay thế gạch men 30

Hình 3.2 Biểu đồ so sánh thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết mẫu chuẩn và mẫu thay thế gạch đỏ 31

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện cường độ phá hoại mẫu thay thế gạch men 32

Hình 3.4 Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch men thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng (%) 33

Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện cường độ phá hoại mẫu thay thế gạch đỏ 34

Hình 3.6 Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch đỏ thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng (%) 35

Hình 3.7 Tốc độ siêu âm mẫu gạch men 37

Hình 3.8 Tốc độ siêu âm mẫu gạch đỏ 37

Hình 3.9 Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu gạch men 40

Hình 3.10 Biểu đồ so sánh khối lượng thể tích mẫu gạch men 40

Hình 3.11 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu gạch men 42

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh khối lượng thể tích mẫu gạch đỏ 43

Hình 3.13 Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu gạch đỏ 44

Hình 3.14 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu gạch đỏ 45

Hình 3.15 Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu tro bay 46

Hình 3.16 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu thay thế Tro bay 47

Hình 3.17 Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu Xỉ lò cao 48

vi

Hình 3.18 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu thay thế Xỉ lò cao 49 Hình 3.19 Biểu đồ so sánh giá trị cường độ tại 28 ngày tuổi (Mpa) 50

vii

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu đặc trưng kỹ thuật của vữa xây dựng khi thay thế xi

măng bằng phế thải rắn nghiền nhỏ

- Mã số: T2021-06-21

- Chủ nhiệm: ThS Phan Nhật Long

- Thành viên tham gia: ThS Ngô Thị Mỵ; TS Võ Duy Hải

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Thời gian thực hiện: 12 tháng

3 Tính mới và sáng tạo: Tận dụng nguồn phế thải xây dựng, công nghiệp trong nước

nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đánh giá được ảnh hưởng về đặc tính kỹthuật của vữa khi thay thế xi măng bằng các phế thải rắn

4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Đánh giá các đặc tính vữa tươi và sự phát triển cường độ của hồ xi măng và vữa thân thiện môi trường được sản xuất bằng chất thải rắn xây dựng và công nghiệp nghiềnnhỏ

Các thí nghiệm chỉ tiêu đã đánh giá khả năng hoạt tính của bột gạch đỏ và gạchmen Khả năng thay thế xi măng bằng phế thải rắn phát sinh trong xây dựng và côngnghiệp

5 Tên sản phẩm: Bài báo trong danh mục hội đồng chức danh Giáo sư Nhà nước.

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Hiệu quả khoa học: Góp phần hiểu rõ hơn ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng phế thải xây dựng và công nghiệp đến các đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng

- Hiệu quả đào tạo: Góp phần nâng cao chất lượng đào tạo ngành Xây dựng tại Đạihọc Đà Nẵng

- Hiệu quả kinh tế: Góp phần giảm thiểu chi phí xử lý rác thải công nghiệp và xây dựng

- Các đơn vị tư vấn thiết kế, các phòng thí nghiệm và chủ đầu tư quan tâm đến việc tái chế nguồn phế thải rắn trong xây dựng và công nghiệp

7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Hình 1 Bản đồ phân bố nguyên tố của xi măng

Hình 2 Cấu trúc của xi măng

Hình 3 Cấu trúc của gạch đỏ Hình 4 Cấu trúc bề mặt của gạch men

Hình 5 Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch đỏ

Hình 6 Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch men

Hình7 Biểu đồ so sánh giá trị cường độ tại 28 ngày tuổi (Mpa)

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Research on technical characteristics of construction mortar when replacing cement with crushed solid waste

Code number: T2021-06-21

Coordinator: MS Phan Nhat Long

Implementing institution: University of Technology and Education

3 Creativeness and innovativeness:

Utilizing domestic industrial and construction waste sources to solve the problem

of environmental pollution, assessing the impact on technical characteristics of mortar when replacing cement with wastes solid waste

4 Research results:

Evaluation of fresh mortar properties and strength development ofenvironmentally friendly cement pastes and mortars produced using crushed industrialand construction solid waste

The criterion experiments have evaluated the activity ability of red brick powder and a ceramic brick The possibility of replacing cement with solid waste generated in construction and industry

5 Products: Articles in the list of councils for the title of State Professor.

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

Scientific effect: Contribute to a better understanding of the effect of replacingcement with construction and industrial waste on the technical characteristics ofconstruction mortar

Training effectiveness: Contributing to improving the quality of construction training at the University of Danang

Economic efficiency: Contribute to reducing the cost of industrial and construction waste treatment.

55

1