Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu chế tạo gạch không nung phức hình từ hỗn hợp tro xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm vật liệu kè mái đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG PHẠM TRƯỜNG GIANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG PHỨC HÌNH TỪ HỖN HỢP TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG LÀM VẬT LIỆU KÈ MÁI ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

PHẠM TRƯỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG PHỨC HÌNH TỪ HỖN HỢP TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG LÀM VẬT LIỆU KÈ MÁI ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

HẢI PHÒNG – 2023

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH KHÔNG NUNG PHỨC HÌNH TỪ HỖN HỢP TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG LÀM VẬT LIỆU KÈ MÁI ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ: 8580201

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Toàn Đức

HẢI PHÒNG – 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chế tạo gạch không nung phức hình từ hỗn hợp tro xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm vật liệu

kè mái đất” là nội dung nghiên cứu của cá nhân tôi Các nội dung, thông tin và kết quả trong luận văn là trung thực

Hải Phòng, ngày … tháng 07 năm 2023

Học viên

Phạm Trường Giang

luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày …… tháng 7 năm 2023

Học viên

Phạm Trường Giang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG, BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIẢI PHÁP KÈ MÁI ĐẤT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 4

1.1 Giải pháp kè mái đất công trình xây dựng ở nước ngoài 4

1.2 Giải pháp kè mái đất công trình xây dựng ở Việt Nam 6

1.2.1 Thực trạng kè mái đất công trình xây dựng ở Việt Nam 6

1.2.2 Những bất cập từ các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng truyền thống và các dạng phá hủy mái đất thường gặp 8

1.3 Lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng 11

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 13

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 14

2.1 Xi măng 14

2.2 Tro bay 15

2.3 Xỉ đáy 18

2.4 Cát 20

TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 22

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ GẠCH KHÔNG NUNG PHỨC HÌNH LÀM VẬT LIỆU KÈ MÁI ĐẤT 23

3.1 Thiết kế hình dạng gạch không nung phức hình 23

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu tạo hình sản phẩm 23

3.1.2 Thiết kế hình dạng gạch không nung phức hình 25

3.2 Thiết kế cấp phối lý thuyết gạch không nung phức hình 32

3.4.2 Kết quả tính toán 47

3.5 Chỉ dẫn thi công kè mái đất bằng gạch không nung phức hình 54

TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

điện Hải Phòng

2.5 Thành phần hóa học của tro bay nhiệt điện Hải Phòng 15 2.6 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 17 2.7 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 18 2.8 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy 19 2.9 Kết quả phân tích thành phần hạt của cát sông Lô 20 2.10 Các chỉ tiêu vật lý của cát vàng sông Lô 21 3.1 Kết quả lèn chặt của hỗn hợp cốt liệu (5÷10mm và

0,14÷5mm) theo phương pháp Kirienco

3.4 Kết quả thứ nghiệm tính chất cơ lý của gạch không nung 37

3.6 Đặc trưng vật liệu của các lớp đất 47 3.7 Đặc trưng vật liệu của các lớp đất khai báo trong plaxis 48 3.8 Đặc trưng vật liệu của tấm lát khai báo trong plaxis 48

2.3 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 17 2.4 Biểu đồ phân tích Rơnghen của xỉ đáy nhiệt điện Hải

3.4 Chi tiết gạch không nung phức hình 28

3.25 Ổn định của mái đất m=1.5 khi lát mái bằng gạch không

3.32 Quy trình thi công gạch không nung phức hình kè mái

taluy kênh mương

57

3.33 Công tác đầm chặt, vỗ mái taluy 58 3.34 Phủ lớp cát đen lót hoặc vải địa kỹ thuật 58 3.35 Trải vải địa kỹ thuật gia cố taluy đường Lát gạch 59

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hàng năm các nhà máy nhiệt điện chạy than thải ra hàng trăm triệu tấn tro xỉ than Điều này làm ảnh hưởng tới môi trường sống xung quanh, bởi trong tro xỉ than có khi còn hàm chứa một lượng kim loại nặng Tại Hải Phòng, nhà máy nhiệt điện với công suất 1200 MW hàng năm thải ra hàng trăm ngàn tấn tro xỉ ra hồ chứa trên diện tích 65 ha gây ô nhiễm nặng nề [2] Trong khi đó, việc tái sử dụng hiện nay không đáng kể và không ổn định hàng năm, dao động từ 5-25% Nếu biết khai thác hiệu quả, có thể tận dụng trên 90% phế thải tro xỉ trong các lĩnh vực như sản xuất xi măng, bê tông, làm gạch không nung

Chất lượng Tro xỉ than tại các nhà máy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: nguồn gốc than, dây chuyền công nghệ đốt than của Nhà máy nhiệt điện, dây chuyền công nghệ tách tro bay và xỉ đáy

Bên cạnh đó, các giải pháp kè mái đất công trình xây dựng như kênh mương thủy lợi, taluy đường giao thông hiện nay còn nhiều bất cập do vật liệu và biện pháp thi công chưa hợp lý

Vật liệu phổ thông và sử dụng khá rộng rãi để kè mái đất công trình xây dựng là đá hộc Đá hộc có ưu điểm là vật liệu địa phương sẵn có, cường độ cao nhưng nhược điểm kích thước hình khối không đồng đều, khó vận chuyển, khó thi công, không có khả năng tự liên kết bề mặt, nên khả năng chịu kéo của mái kè đá hộc rất kém, dễ bị phá hủy cục bộ, taluy mái đá hộc thường thoải chứ không tạo được độ dốc lớn Khi nền đất bị biến dạng, sụt lún, mái kè bằng đá hộc dễ bị biến dạng theo

Các tấm bê tông, viên gạch bê tông cốt liệu có kích thước định hình như: hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình lục lăng cũng hay được sử dụng làm vật liệu kè Ưu điểm nổi bật là dễ đúc, dễ vận chuyển, thi công nhưng vẫn

có những hạn chế về hình dạng, khả năng chịu kém theo các phương kém nên

công trình có mái đất tương đối thoải, mái kè ít chịu kéo, áp lực ngang của đất nhỏ Trong những trường hợp còn lại, mái kè rất dễ bị phá hủy

Vì vậy, đề tài nghiên cứu việc tận dụng phế thải tro xỉ than của nhà máy nhiệt điện để sản xuất gạch không nung phức hình làm vật liệu kè mái đất công trình xây dựng có ý nghĩa thực tiễn và tính khả thi Gạch không nung phức hình có kích thước và trọng lượng từng viên tương đối lớn, hình dạng tùy ý theo khuôn, có cấu tạo nhiều góc cạnh để các viên có thể tự liên kết, móc nối với nhau Một viên gạch có thể móc vào 4-6 viên xung quanh để chúng có thể tự giữ cho nhau ổn định trong mặt phẳng kè

2 Mục tiêu khoa học của đề tài

Sản xuất được gạch không nung phức hình từ hỗn hợp tro xỉ làm vật liệu kè mái đất công trình xây dựng đạt tiêu chuẩn hiện hành TCVN

6477:2011 “Gạch bê tông”

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Thành phần, tỷ lệ phối trộn nguyên liệu chế tạo gạch không nung phức hình cho kè mái đất công trình xây dựng

- Kết cấu, hình dáng, vật liệu của gạch, cấu kiện gạch trong mái kè công trình xây dựng

- Hướng dẫn thi công mái kè công trình từ sản phẩm gạch

Phạm vi nghiên cứu

Về thời gian: Thực hiện trong 06 tháng

Về nội dung: Nghiên cứu thiết kế hình dạng và cấp phối gạch không

nung phức hình từ hỗn hợp tro xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm vật liệu

kè mái đất công trình xây dựng

4 Nội dung và quy mô nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về mái đất công trình từ cách vật liệu kè khác nhau Nghiên cứu thiết kế hình dạng và thiết kế cấp phối gạch không nung phức hình

Hướng dẫn thi công mái kè công trình từ sản phẩm gạch

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương nghiên cứu như: Phương pháp thu thập tài liệu, phương pháp chuyên gia, phương pháp thực nghiệm

6 Kết cấu của luận văn

Chương 1 Giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

Chương 2 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Chương 3 Thiết kế gạch không nung phức hình làm vật liệu kè mái đất

các viên khối với nhau nên mái đất tạo thành rất vững chắc [10,11]

Ở Đan Mạch thì sử dụng rộng rãi các khối bê tông có chiều dày lớn nhưng mặt cắt của khối thì nhỏ, các mái kè từ vật liệu này cho thấy độ ổn định cao theo thời gian [7]

Ở Nauy họ sản xuất các mạng lưới ô ngăn sau đó chèn lấp vật liệu vào khoảng trống, nhờ vậy mà các đặc trưng cơ lý của máy đất được tăng cường rất nhiều – hình 1.1

Hình 1.1 Áp dụng công nghệ mạng lưới tổ ong bảo vệ taluy

Một trong những giải pháp kè mái đất công trình được áp dụng phổ biến và thành công ở Anh là thảm rồng đá bằng túi lưới

Hình 1.2 Thảm rồng đá túi lưới

Ở Hàn Quốc, người ta sử dụng bê tông bọc vải địa kỹ thuật để kè mái đất, công trình ngoài đáp ứng yêu cầu kỹ thuật còn có tính thẩm mỹ cao – hình 1.3 Thảm vải địa kỹ thuật được trải lên mái công trình sau đó dùng bơm

có áp đẩy vữa bê tông vào các túi nhỏ trên thảm, thông thường thảm có chiều dày 10cm - 25cm

Hình 1.3 Bê tông bọc vải địa kỹ thuật – Hàn Quốc

Những giải pháp kỹ thuật hiện đại trên đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và

có tính thẩm mỹ, tuy nhiên chi phí rất đắt, việc đầu tư phù hợp với những nước phát triển có tiềm lực kinh tế Đối với Việt Nam chỉ áp dụng được cho các dự án lớn, trọng điểm, còn lại để áp dụng đại trà thì không nhiều khả thi

bộ Vì vậy, taluy mái đá hộc thường thoải chứ không tạo được độ dốc lớn Khi nền đất bị biến dạng, sụt lún, mái kè bằng đá hộc dễ bị biến dạng theo

Hình 1.4 Kè sông Rin – Sài Gòn bằng đá hộc

1.2.1.2 Giải pháp rọ đá

Đối với vùng sông biển, có áp lực ngang của sóng, dễ gây xói mòn mái đất, hoặc taluy đường giao thông có yêu cầu góc dốc lớn có thể sử dụng giải pháp rọ đá Đá được đổ vào rọ kín và được giữ trong rọ vì vậy không bị lăn, trượt Các rọ được xếp chồng lên nhau và có trọng lượng bản thân rất lớn vì vậy có độ ổn định cao, hình 1.5 [5,8]

Hình 1.5 Gia cố sông Tuy Hòa – tỉnh Phú Yên bằng rọ đá

1.2.1.3 Cải tiến về hình dạng gạch kè

Các tấm bê tông, viên gạch bê tông cốt liệu có kích thước định hình như: hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình lục lăng cũng hay được sử dụng làm vật liệu kè, hình 1.6 Ưu điểm nổi bật là dễ đúc, dễ vận chuyển, thi công nhưng vẫn có những hạn chế về hình dạng, khả năng chịu kém theo các phương kém nên vẫn dễ bị phá hủy cục bộ Bên cạnh đó, trong nền đất luôn xuất hiện áp lực chủ động và bị động, áp lực này có giá trị lớn dần theo độ dốc và chiều cao của mái đất Đây cũng là một trong những nguyên nhân gây phá hủy mái đất từ các dạng vật liệu này

Kè sông Tiền bằng khối bê tông lăng trụ

Kè đê Thanh Am – Cầu Đuống bằng

khối bê tông hình chữ nhật

1.2.2.1 Do hình dạng vật liệu mái kè không hợp lý

Hiện nay, đối với việc kè kênh mương, taluy đường giao thông người ta

sử dụng rất nhiều các tấm bê tông, viên gạch bê tông cốt liệu có kích thước định hình như: hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình lục lăng làm vật liệu kè

Ưu điểm nổi bật là dễ đúc, dễ vận chuyển, thi công nhưng vẫn có những hạn chế về hình dạng, khả năng chịu kém theo các phương kém nên vẫn dễ bị phá hủy cục bộ Bên cạnh đó, trong nền đất luôn xuất hiện áp lực chủ động và bị động, áp lực này có giá trị lớn dần theo độ dốc và chiều cao của mái đất Đây cũng là một trong những nguyên nhân gây phá hủy mái đất từ các dạng vật liệu này, hình 1.7

Nhìn chung, đối với các trường hợp hình dạng vật liệu kè không hợp lý, không có khả năng liên kết với nhau tạo thành tấm để chịu lực kéo của mái,

áp lực ngang của đất (áp lực chủ động, bị động) thì chỉ phù hợp với những công trình có mái đất tương đối thoải, mái kè ít chịu kéo, áp lực ngang của đất nhỏ Trong những trường hợp còn lại, mái kè rất dễ bị phá hủy

Hình 1.7 Trường hợp hư hỏng mái kè do liên kết bề mặt của vật liệu kè kèm

1.2.2.2 Các dạng phá hủy mái đất thường gặp

Qua khảo sát cho thấy, có rất nhiều dạng phá hủy mái đất công trình do những nguyên nhân khác nhau Mức độ hư hỏng cũng như thời gian phá hủy cũng khác nhau Một số dạng phá hủy mái đất có thể kế đến như: Hiện tượng trượt lở của đất đá, hiện tượng đá đổ, hiện tượng xỏi lở phá hoại bờ sông… Dưới đây là hình ảnh minh họa cho một số dạng phá hủy mái đất thường gặp – hình 1.8 đến hình 1.9

Hình 1.8 Sạt lở mái đất đèo Hòn Giao, Hải Vân

Sạt bờ sông Châu Phú–tỉnh An Giang Sạt bờ sông Hồng

Hình 1.9 Hiện trạng sạt lở bờ sông

1.3 Lựa chọn giải pháp kè mái đất công trình xây dựng

Gạch phức hình là gạch có hình dạng phức tạp, cấu tạo nhiều góc cạnh Liên kết bề mặt rất tốt, một viên có thể liên kết móc xích với nhiều viên xung quanh, các viên có thể chuyển lực kéo cho nhau rất hữu hiệu

Gạch phức hình sau khi ép hoặc rung hoặc cả ép lẫn rung thì khi đóng rắn đạt các chỉ số về cơ học như cường độ nén, độ hút nước, độ thấm nước…

mà không cần qua nhiệt độ

Về mặt môi trường, gạch phức hình sử dụng các nguồn tài nguyên vật liệu chính trong tự nhiên như: đá mạt, xi măng, xỉ đáy, phế thải xây dựng … Các nguồn tài nguyên vật liệu này có mặt ở khắp nơi, việc khai thác và sử dụng chúng không gây tác động đến môi trường Quá trình sản xuất gạch phức hình không sinh ra chất gây ô nhiễm, không tạo ra chất phế thải hoặc chất thải độc hại

Gạch phức hình được thiết kế với hình dạng phức tạp hơn so với gạch thông thường Với mục đích khắc phục các nhược điểm của gạch dạng thông thường là khả năng liên kết bề mặt kém, gạch phức hình có hình dạng linh hoạt hơn, được thiết kế với nhiều góc cạnh, liên kết móc nối với nhau một cách hợp lý và vẫn tạo được bề mặt kín khín trên toàn bộ mái kè

Hình dạng gạch phức hình càng phức tạp thì khả năng liên kết bề mặt càng tốt, mái kè làm việc càng ổn định, tuy nhiên việc tạo hình, vận chuyển, thi công sẽ khó khăn hơn và ngược lại Đó là 02 mặt mâu thuẫn của một vấn

đề Vì vậy tiêu chí để đề xuất giải pháp gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng phải đảm bảo tính dung hòa giữa việc thiết kế hình dạng hợp lý nhưng cũng có công nghệ tạo hình phù hợp đi cùng

Có 03 phương pháp tạo hình cho gạch phức hình: phương pháp rung, phương pháp ép và phương pháp ép – rung kết hợp

Phương pháp rung là một phương pháp tạo hình sản phẩm gạch không nung Nguyên tắc của phương pháp này là cốt liệu ở trong khuôn và được rung trên máy rung có biên độ, tần số xác định trong một thời gian nhất định

Vì vậy việc lựa chọn hình dạng viên gạch phức hình hợp lý cùng với công nghệ rung - ép trong chế tạo sẽ tạo ra sản phẩm gạch kè mái đất có chất lượng cao, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1

Nội dung chương 1 đã đề cập đến các giải pháp kè mái đất công trình ở nước ngoài, ở Việt Nam, những bất cập từ các giải pháp kè mái đất dẫn đến các dạng hư hỏng, phá hoại khác nhau Từ đó em đề xuất giải pháp kè mái đất công trình xây dựng bằng gạch không nung phức hình

- Chỉ thị số 10/CT-TTg ngày 16/4/2012 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường sử dụng vật liệu xây không nung và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung;

- Thông tư số 13/2017/TT-BXD ngày 08/12/2017 của Bộ Xây dựng Quy định sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây dựng;

- Chỉ thị số 01/CT-UBND ngày 02/01/2018 của Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Hải Phòng về việc tăng cường sử dụng vật liệu không nung và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung trên địa bàn thành phố Hải Phòng;

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6477 : 2011 “Gạch bê tông”

2.1 Xi măng

Xi măng sử dụng trong nghiên cứu của đề tài luận văn được đánh giá tính chất theo tiêu chuẩn hiện hành Một số tính chất của xi măng được thể hiện ở các bảng dưới đây

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng PC40

Nhà máy sản

xuất

Thành phần hóa học của Klinke, %

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3

K2O+ 0,658Na2O Chinfon 22,45 5,42 3,60 61,75 1,15 2,18 1,10

Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng PC40

Nhà máy sản xuất Thành phần khoáng của xi măng, %

C3S C2S C3A C4AF khác

Bảng 2.3 Tính chất cơ lý của xi măng PC40

Nhà máy

sản xuất

Mật độ trung bình

Diện tích bể mặt riêng (cm2/g)

Thời gian đông

kết (giờ-phút)

Giới hạn cường

độ Mpa (tuổi 28 ngày) Bắt

đầu

Kết thúc

Chịu nén

Chịu uốn Chifon 26,6 3125 1-40 7-00 43,7 9,2

2.2 Tro bay

Tro bay là sản phẩm phế thải của quá trình đốt than tạo năng lượng điện của các nhà máy nhiệt điện Việc sử dụng tro bay làm phụ gia cho bê tông thì đòi hỏi khắt khe hơn so với việc sử dụng cho vật liệu làm gạch

Nguyên lý làm việc của lò hơi tầng sôi nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng như sau: Khi khởi động lò hơi, hai vòi dầu khởi động được đưa vào làm việc Dầu sau khi được phun vào buồng lửa sẽ cháy trong lớp sàn liệu để nâng dần nhiệt độ sàn liệu lên Khi nhiệt độ sàn liệu đạt 6000oC thì hai vòi dầu khởi động sẽ được đưa vào làm việc để nâng nhiệt độ sàn liệu lên đạt 7600oC Khi nhiệt độ sàn liệu đạt 7600oC hệ thống cấp than sẽ được đưa vào làm việc Than cấp vào buồng lửa sẽ được lưu hoá và đốt cháy cùng lớp sàn liệu để nâng nhiệt độ sàn liệu lên dải làm việc bình thường (850~900)oC Khi nhiệt

độ sàn đã đạt dải làm việc bình thường (850~900)oC, các vòi dầu sẽ được dừng hoàn toàn (nghĩa là quá trình cháy trong buồng lửa lúc này hoàn toàn là than) Trong quá trình cháy và chuyển động lên trên buồng lửa kích thước và động năng của hạt than sẽ bị giảm dần Những hạt có kích thước lớn bị mất động năng sẽ bị rơi xuống dưới theo vách giàn ống sinh hơi xung quanh và tạo thành xỉ đáy

Xỉ được thải ra khỏi buồng lửa tới bộ làm mát xỉ đáy qua van côn ở đáy

lò Còn các hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ tiếp tục chuyển động lên trên, rồi sang bộ phân ly (cyclon) Vào bộ phân ly các hạt có kích thước > 50m sẽ được tách và rơi xuống dưới đáy của bộ phân ly và hồi trở lại buồng lửa thông

Tại Hải Phòng, nhà máy nhiệt điện với công suất 1200 MW hàng năm thải ra hàng trăm ngàn tấn tro xỉ ra hồ chứa trên diện tích 65 ha gây ô nhiễm nặng nề [4] Trong khi đó, việc tái sử dụng hiện nay không đáng kể và không

ổn định hàng năm, dao động từ 5-25%, bảng 2.4 Kết quả phân tích thành phần hóa học của tro bay nhiệt điện Hải Phòng được chỉ ra ở bảng 2.5

Bảng 2.4 Thống kê lượng tro xỉ thải và tái sử dụng tại Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

STT Năm

Lượng tro xỉ thải (ngàn

tấn/năm) Tổng lượng tái sử dụng tro + xỉ

(ngàn tấn/năm) Tro bay Xỉ đáy Tổng

Bảng 2.5 Thành phần hóa học của tro bay nhiệt điện Hải Phòng

TP

hóa CaO MgO Fe2O3 Al2O3 MnO P2O5 TiO2 SiO2 Na2O+K2O MKN

% 1,08 1,29 5,43 23,04 0,1 0,2 0,1 46,56 7,44 14,41

Theo ASTM C618, tro bay Hải Phòng có MKN = 14,41%, ∑ SiO2 +

Al2O3 + Fe2O3 = 75,43 > 70, khối lượng riêng 2,15 g/cm3, lượng sót trên sàng 75µm là 6,4% thuộc loại F

Biểu đồ phân tích Rơnghen – hình 2.9 cho thấy trong thành phần tro bay nhiệt điện Hải Phòng xuất hiện các khoáng chủ yếu là Quartz, Magnnetile

Kết quả phân tích bằng Laze trên hình 2.10 cho thấy, đường kính trung bình của tro khoảng 15µm-60 µm, tỷ diện tích của tro là 2500-3500 cm2/g

Hình 2.1 Biểu đồ phân tích Rơnghen của tro bay nhiệt điện Hải Phòng

Hình 2.2 Biểu đồ hành phần hạt tro bay

Hình 2.3 Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 2.3 Xỉ đáy

Mẫu xỉ đáy phục vụ thí nghiệm được lấy tại silo riêng trong nhà máy nhiệt điện Hải Phòng, gồm 05 mẫu thử nghiệm các tính chất hóa học, khoáng học, thành phần hạt

Biểu đồ phân tích Rơnghen – hình 2.12 cho thấy trong thành phần xỉ đáy nhiệt điện Hải Phòng cũng xuất hiện các khoáng chủ yếu là Quartz, Magnnetile tương tự như trong tro bay

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Các

ôxit SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 TiO2 MKN

Tỷ

lệ % 55,74 7,51 18,51 3,50 0,20 0,26 3,90 0,37 0,10 9,22

Bảng 2.7 Thành phần hạt của xỉ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Lượng sót tích lũy (%)

Hình 2.5 Xỉ đáy nhà máy nhiệt điện Hải Phòng

Sau khi sàng, các hạt xỉ có kích thước lớn hơn 10 mm được gia đập nhỏ

và cùng phối trộn theo từng loại cùng kích thước của xỉ đáy Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ chế tạo từ xỉ được nêu trong bảng 2.8

Bảng 2.8 Kết quả phân tích thành phần hạt của cốt liệu nhỏ từ xỉ đáy

Kích thước

cỡ hạt 0 ÷ 0.14

0.14 ÷ 0.315

0.315 ÷ 0.63

0.63 ÷ 1.25

1.25 ÷ 2.5 2.5 ÷ 5 Lượng sót

riêng ai (%) 11.79 9.33 11.04 18.46 14.69 34.51 Lượng sót

Bảng 2.9 Kết quả phân tích thành phần hạt của cát sông Lô

STT Đường kính

sàng (mm)

Lượng sót riêng biệt (g)

Lượng sót tích lũy

(g)

Lượng sót tích lũy (%)

Bảng 2.10 Các chỉ tiêu vật lý của cát vàng sông Lô

Khối lượng riêng g/cm3 2,68 Hàm lượng bùn đất (%) 1,82

KL thể tích xốp Kg/m3 1410 Lượng chứa mi ca (%) 0,58

Mô đun độ lớn 3,1 Lượng ngậm chất hữu

cơ (%)

Ngang màu chuẩn

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ GẠCH KHÔNG NUNG PHỨC HÌNH TỪ HỖN HỢP TRO XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG LÀM VẬT LIỆU KÈ MÁI ĐẤT

3.1 Thiết kế hình dạng gạch không nung phức hình

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu tạo hình sản phẩm

Phương pháp được sử dụng ở đây là phương pháp tạo hình ép bán khô

Ép bán khô sản phẩm có nhiều ưu điểm so với các phương pháp tạo hình khác: loại trừ được một số quá trình trong quá trình sản xuất gạch, giảm thời gian của chu trình sản xuất, sản phẩm có hình dạng, kích thước chính xác hơn… Các tính chất cơ lý – cấu trúc của sản phẩm được hình thành trong quá trình nén chặt bột ép và tăng dần cường độ theo thời gian Sự nén chặt bột phối liệu khi ép gắn liền với sự khắc phục nội ma sát giữa các hạt và với sự cần thiết phải tách không khí ra ngoài vì lượng không khí này sẽ cản trở sự nén chặt và sự liên kết giữa các hạt khi độ ẩm của phối liệu tương đối thấp Chính vì vậy, để có thể hiểu rõ và nghiên cứu các quy luật xác định tính chất của sản phẩm ép phụ thuộc vào các tính chất của bột ép cũng như điều kiện ép

và chế độ ép, cần phải nắm vững những cơ sở lý thuyết ép bán khô sản phẩm

Sự làm chặt bột liệu gắn liền với quá trình lý hóa xảy ra trong đó có sự tham gia của pha rắn, pha lỏng, pha khí Ở giai đoạn đầu của quá trình ép các phần rắn chuyển dịch ở các hướng khác nhau, phá hủy các lỗ rỗng lớn được tạo thành từ các hạt trong quá trình khi đổ hỗn hợp cốt liệu vào khuôn, một phần không khí được tách ra Bề mặt tiếp xúc giữa các hạt được tăng lên Ở giai đoạn cuối của quá trình ép, sản phẩm bị ép chặt nhất, các bề mặt tiếp xúc tiếp tục phát triển Khi tăng lực ép thì quá trình này xảy ra nhanh hơn, các hạt chèn

ép lẫn nhau, điều này gây ra khó khăn cho việc điều chỉnh chúng Chất lượng sản phẩm ép phụ thuộc vào tính chất hỗn hợp phối liệu, vào chế độ ép, vào những điều kiện đặt lực ép và trị số lực ép Nếu lựa chọn thành phần hạt thích hợp thì đảm bảo lượng không khí trong bột sẽ là nhỏ nhất, khối lượng thể tích

được nén chặt đồng đều hơn nhưng đòi hỏi cần có lực ép lớn Nhưng không phải tất cả các cỡ hạt đều có sự linh động như nhau, các hạt bụi làm giảm độ linh động của bột, gây khó khăn cho quá trình ép, vì không khí thoát ra chậm làm cho nén không đồng đều, làm tăng sự không đồng đều về mật độ, khối lượng thể tích cũng như làm tăng khả năng gây ra phân lớp trong sản phẩm và xuất hiện vết nứt Hình dạng hạt cũng ảnh hưởng nhiều đến sự linh động của phối liệu, những hạt tròn, nhẵn linh động hơn những hạt góc cạnh Độ ẩm tăng cũng làm giảm tính linh động của phối liệu Khi tăng mật độ các hạt thì tính linh động của hỗn hợp cũng tăng lên

Có 03 phương pháp tạo hình cho gạch không nung là: phương pháp rung, phương pháp ép và phương pháp ép – rung kết hợp

Phương pháp rung là một phương pháp tạo hình sản phẩm gạch không nung Nguyên tắc của phương pháp này là cốt liệu ở trong khuôn và được rung trên máy rung có biên độ, tần số xác định trong một thời gian nhất định Phối liệu trong khuôn được lèn chặt một cách tự nhiên theo trọng lượng của từng loại vật liệu Phương pháp rung thích hợp tạo cho hỗn hợp phối liệu có độ ẩm lớn, khi đó vật liệu dễ dàng tự lèn chặt Trong 03 phương pháp trên thì phương pháp rung cho hiệu quả kém nhất khi cường độ sản phẩm không cao do phối liệu không được lèn chặt thích hợp và khi rung thì phối liệu sẽ không được điền đầy vào nhau do có nhiều lỗ rỗng của không khí và nước

Phương pháp rung-ép kết hợp là phương pháp tạo hình chất lượng sản phẩm gạch tốt nhất Phương pháp này kết hợp cả 2 quá trình rung và ép phối

liệu đồng thời Phương pháp này thích hợp cho các hỗn hợp phối liệu có độ đồng đều cao, độ ẩm phối liệu thấp và tạo hình sản phẩm bằng phương pháp khô

3.1.2 Thiết kế hình dạng gạch không nung phức hình

Hướng tới việc đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật, công trình có tính thẩm

mỹ nhưng chi phí đầu tư không cao Giải pháp lựa chọn trong luận văn là sử dụng gạch phức hình kè mái đất công trình xây dựng Việc lựa chọn này xuất phát từ phân tích ưu điểm nổi bật so với vật liệu kè truyền thống là đá hộc:

+ Các viên đá hộc không có khả năng tự liên kết bề mặt nên kém bền vững Gạch phức hình được liên kết với nhau bằng vữa giống như đối với đá hộc, ngoài ra chúng còn liên kết móc xích với nhau trong mặt phẳng làm việc

do đặc trưng hình học

+ Khi mái đất được kè từ đá hộc bị phá hủy sẽ rất nguy hiểm do các viên đá hộc dễ bị rơi và lăn trong phạm vị rộng, lớn Trong khi gạch phức hình có dạng to và dẹt nên không bị lăn khi mái đất bị phá hủy

+ Thi công đá hộc tốn nhiều công sức hơn do trọng lượng đá nặng, hình dạng không đều nhau Trong khi các viên gạch phức hình có kích thước đều nhau, môđun hợp lý do được đúc bằng khuôn định hình

Các mẫu gạch không nung tự chèn phổ biến hiện nay được thể hiện ở hình 3.1 Phương án hình dạng gạch không nung phức hình kè mái đất công trình xây dựng được lựa chọn từ những phương án được nêu ở hình 3.2

Hình 3.1 Các mẫu gạch không nung tự chèn phổ biến hiện nay

Phương án 3

Hình 3.2 Phương án hình dạng gạch phức hình kè mái đất

Phương án 1 và 2 có đặc điểm là dễ tạo khuôn, dễ thi công, tuy nhiên việc liên kết móc xích với nhau trong mặt phẳng kém Các viên dễ dàng trượt lên nhau theo các phương nên khả năng chịu kéo theo các phương sẽ kém Bên cạnh đó, khi mái kè chịu uốn, các viên gạch ở phương án 1 và 2 có thể dễ dàng quy quanh nhau tại các vị trí tiếp xúc (liên kết khớp) nên mái kè kém bền vững, dễ bị phá huỷ cục bộ Ngược lại, phương án 3 có ưu điểm là liên kết bề mặt rất tốt, một viên có thể liên kết móc xích với 06 viên xung quanh, xem hình 3.3 Với các liên kết như vậy, các viên có thể chuyển lực kéo cho nhau rất hữu hiệu, hơn nữa các viên gạch cũng khó có thể quay tự do tại các

vị trí tiếp xúc khi mái kè chịu uốn Liên kết giữa các viên gạch trong trường hợp này có thể coi tương tự như liên kết ngàm (rất bền) Đối với khả năng chịu nén của mái kè với các phương án hình dạng gạch khác nhau được đánh giá là tương đồng

Hình 3.3 Cách liên kết gạch phức hình

Tuy nhiên việc chế tạo làm chặt viên gạch phức hình theo phương án 3 sẽ khó hơn do viên gạch có nhiều góc cạnh Giải pháp tạo hình trong trường hợp này

là giải pháp ép rung (vừa ép vừa rung) Sản phẩm sau đó được dưỡng hộ ẩm nhiệt

Trong phạm vi của luận văn, phương án thứ 3 được lựa chọn Từ đây

em đi thiết kế chi tiết hình dạng gạch gạch không nung phức hình Kích thước viên gạch và khuôn được thể hiện từ hình 3.4 đến hình 3.8 Viên gạch có kích thước bao mặt ngoài là 300x400 và có chiều dày 100 Và với cách liên kết móc xích giữa các viên theo như hình 3.3 thì có thể thấy các viên gạch không