TÁI SỬ DỤNG NGUỒN PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP (RƠM, RẠ) ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH BLOCK BÊ TÔNG THAY THẾ GẠCH NUNG TRUYỀN THỐNG

Ngày trước, khi chưa có những nguồn năng lượng như: điện, bếp ga…để phục vụ cho cuộc sống hằng ngày, chưa có gạch để xây nhà thì người dân còn lấy rơm rạ để đun nấu trong bếp, làm vách đất để có nhà ở cho nên gần như không có rơm rạ ứ thừa ngoài đồng ruộng sau mỗi vụ thu hoạch. Nhưng ngày nay, khi mọi thứ đã phát triển thì lại khác. Năng lượng điện, năng lượng được sinh ra thừ bấp ga bếp từ, năng lượng sinh học đã thế chỗ rơm rạ nên người nông dân không sử dụng tới chúng nữa. Điều đó làm cho bây giờ khi ta đi ra ngoài ruộng, ta sẽ gặp ngay vài đống rơm to lù lù đập vào mắt mình vứt chỏng trơ đấy để chuẩn bị đốt. Nhưng việc đó lại gây ra cho xã hội và môi trường những tác động tiêu cực. Vậy nên đã có rất nhiều những ý tưởng, sáng kiến của các nhà khoa học Việt Nam về việc tận dụng rơm rạ để tạo ra những thứ có ích trong thực tiễn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG XUÂN ĐỈNH

***********

ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT

DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).

Tên đề tài: TÁI SỬ DỤNG NGUỒN PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP

(RƠM, RẠ) ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH BLOCK BÊ TÔNG THAY

THẾ GẠCH NUNG TRUYỀN THỐNG.

Lĩnh vực: KỸ THUẬT VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN

- KS Đặng Văn Phi

- Đơn vị công tác: Khoa Xây dựng Đại học Mỏ - Địa Chất.

TÁC GIẢ:

1 Cao Hồng Vân, Lớp 11A2, Trường trung học phổ thông Xuân Đỉnh.

2 Lê Việt Hoàng, Lớp 11A2, Trường trung học phổ thông Xuân Đỉnh.

Hà Nội, Tháng 12 năm 2013

MỤC LỤC

I Lý do chọn đề tài 4

II Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4

III Quá trình nghiên cứu và kết quả 6

1 Nội dung đã nghiên cứu 6

1.1 Cơ sở lí thuyết 6

1.2 Chế tạo mẫu và thí nghiệm 6

1.3 Một số kết quả đạt được 13

2 Nội dung sẽ nghiên cứu tiếp đến tháng 3/2015 16

IV Kết luận 16

V Tài liệu tham khảo 16

I Lý do chọn đề tài.

Ngày trước, khi chưa có những nguồn năng lượng như: điện, bếp ga…để phục vụ cho cuộc sống hằng ngày, chưa có gạch để xây nhà thì người dân còn lấy rơm rạ để đun nấu trong bếp, làm vách đất để có nhà ở cho nên gần như không có rơm rạ ứ thừa ngoài đồng ruộng sau mỗi vụ thu hoạch Nhưng ngày nay, khi mọi thứ đã phát triển thì lại khác Năng lượng điện, năng lượng được sinh ra thừ bấp ga bếp từ, năng lượng sinh học đã thế chỗ rơm rạ nên người nông dân không sử dụng tới chúng nữa Điều đó làm cho bây giờ khi ta đi ra ngoài ruộng, ta sẽ gặp ngay vài đống rơm to lù lù đập vào mắt mình- vứt chỏng trơ đấy

để chuẩn bị đốt Nhưng việc đó lại gây ra cho xã hội và môi trường những tác động tiêu cực Vậy nên đã có rất nhiều những ý tưởng, sáng kiến của các nhà khoa học Việt Nam về việc tận dụng rơm rạ để tạo ra những thứ có ích trong thực tiễn Và chúng em cũng biết rằng, một trong những vấn đề của các tòa nhà cao tầng hiện nay là bị lún Trong những nguyên nhân gây ra vấn đề trên, ảnh hưởng của chất tải trọng (vật liệu xây dựng, đối trọng để ép cọc hoặc để nén tĩnh…) tới công trình cũng góp một phần không nhỏ Từ đó, ta có thể thấy việc tìm ra một loại vật liệu xây dựng mới nhẹ hơn, bền hơn so với gạch nung truyền thống là rất cần thiết Và qua tìm hiểu các bài báo, các phương tiện thông tin đại chúng, chúng em biết xu hướng của xã hội hiện nay là chế tạo các vật liệu xanh, vật liệu thân thiện với môi trường và vật liệu tái chế từ những loại phế thải công

và nông nghiệp Từ đó chúng em đã hình thành một ý tưởng với một cái tên là:

‘‘Tái sử dụng nguồn phế thải nông nghiệp (rạ, rơm) để chế tạo block bê tông thay thế gạch nung truyền thống”.

II Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Hiện nay, ở hầu hết các nước đang phát triển thì nền kinh tế chủ yếu phụ thuộc vào nền nông nghiệp nên lượng rơm, rạ thải ra sau mỗi vụ mùa là rất lớn

Và người nông dân đã chọn cách đốt để xử lí chỗ rơm, rạ đó từ đấy phát sinh ra rất nhiều vấn đề, đặc biệt là về môi trường Đó là thực trạng đã và đang diễn ra ở Việt Nam, đặc biệt vào những mùa, vụ thu hoạch lúa của bà con nông dân Ở nước Việt Nam ta có vựa lúa rất lớn ở Đồng Bằng sông Hồng Diện tích gieo cấy lúa chiếm tới 94,07% diện tích cây lương thực có hạt trong vùng (Tổng cục thống kê, 2010) Lúa gạo cung cấp nguồn lương thực chính phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng của người dân trong vùng.Tuy nhiên ngoài sản phẩm chính là thóc thì sản xuất lúa còn tạo ra lượng rơm rạ khổng lồ Trước đây sau khi thu hoạch, rơm

rạ thường được các hộ nông dân mang về nhà đánh đống để đun nấu, làm thức

ăn cho gia súc, lợp nhà, ủ chuồng làm phân bón v.v Tuy nhiên trong những năm gần đây do những biến đổi trong đời sống kinh tế xã hội, một tỷ lệ đáng kể

hộ nông dân đã không còn sử dụng rơm rạ vào những mục đích như trước đây

mà thay vào đó họ đốt rơm rạ ngay ở ngoài đồng ruộng Sản lượng rơm rạ đốt ngoài đồng ruộng ngày càng tăng nhanh đã tạo ra lượng khí thải khổng lồ gây ô nhiễm môi trường, là một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng biến đổi khí hậu và nhiều hậu quả khác Theo kết quả nghiên cứu mới nhất của TS Nguyễn Mậu Dũng, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, lượng khí CO2 phát thải vào môi trường do đốt rơm, rạ từ 1,2 - 4,7 triệu tấn/năm tương ứng với tỷ lệ rơm, rạ đốt dao động trong khoảng từ 20 - 80% Lượng khí nhà kính phát thải vào môi trường do đốt rơm, rạ vùng Đồng bằng sông Hồng có thể gây thiệt hại

về môi trường tương đương từ 19,05 - 200,3 triệu USD/năm tùy theo tỉ lệ đốt rơm, rạ và tùy thuộc vào giá mua bán quyền phát thải CO2 trên thế giới

Tại các tỉnh thành ở Đồng Bằng sông Hồng, rơm rạ tập trung chủ yếu ở các khu vực ngoại thành Minh chứng cụ thể nhất là ngay tại ngoại thành Hà Nội Theo ước tính của Cục Bảo vệ thực vật (Bộ NN&PTNT), ở các huyện ngoại thành Hà Nội, tỷ lệ rơm, rạ đốt ngoài đồng ruộng có thể lên tới 60 - 90% Đặc biệt, tình trạng đốt rơm, rạ tại các huyện ven đô như Đông Anh, Thanh Trì, Thanh Oai, Gia Lâm… khiến cho nhiều nơi trong khu vực nội thành chìm trong

"biển khói", gây bức xúc trong nhân dân, nhất là những ngày thời tiết nóng bức

Mục đích nghiên cứu của đề tài là:

+ Nhằm xác định được hàm lượng CO2 được tái sử dụng, giảm được hàm lượng CO2 thải ra môi trường khi đốt ra, rơm nông nghiệp

+ Tạo ra được loại vật liệu xây dựng mới mà thành phần trong nó có rơm

rạ Vật liệu này sẽ có những thuộc tính tốt hơn loại gạch núng truyền thống như: nhẹ hơn, có độ bề cơ học cao hơn, thể tích nhỏ, khả năng chịu lực tốt, cách âm, cách nhiệt tốt Chức năng của loại gạch mới này là sử dụng để xây các vách ngăn trong các ngôi nhà cao tầng, các chung cư để từ đó giảm thiểu được một phần tải trọng theo phương đứng của các tòa nhà trong tương lai gần Ngoài ra, giá thành của gạch block bê tông này sẽ rẻ hơn, từ đó tiết kiệm kinh tế, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế Không chỉ vậy, nó cũng sẽ giúp giảm lượng khí thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính, từ đó tạo ra những tác động tích cực tới môi trường

III Quá trình nghiên cứu và kết quả

1 Nội dung đã nghiên cứu.

1.1 Cơ sở lí thuyết

- Nghiên cứu khái quát thực trạng về việc đốt rơm rạ trong những năm gần đây

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của những loại khí thải thoát ra đối với môi trường mà cụ thể là môi trường đất, nước, không khí

- Nghiên cứu về các thành phần và thuộc tính của rơm, rạ

- Nghiên cứu về các chất phụ gia them vào để làm tăng những thuộc tính của sản phẩm

- Nghiên cứu về quy trình chế tạo vật liệu xây dựng

- Nghiên cứu về tỉ lệ trộn xi măng- cát vàng- rơm, rạ trong sản phẩm

- Sơ bộ đưa ra sơ đồ công nghệ chế tạo một số sản phẩm nghiên cứu

1.2 Chế tạo mẫu và thí nghiệm

Chế tạo mẫu vật đúng theo các tỉ lệ đã được tính toán trước và đem tới phòng thí nghiệm (Phòng thí nghiệm Vật liệu - Đại học Mỏ - Địa Chất) để thử

về các thuộc tính của sản phẩm như: độ bền cơ học, khả năng cách âm, cách nhiệt, thể tích, khối lượng

Đưa ra sơ đồ chi tiết về quy trình chế tạo sản phẩm

1.2.1 Nguyên vật liệu

Để tạo ra được sản phẩm, chúng em đã sử dụng những nguyên liệu sau: + Cát vàng sông Lô, đạt tiêu chuẩn xây dựng

+ Xi măng Chinhfon PCB 40

+ Rơm nông nghiệp

+ Nước sạch sinh hoạt

+ Phụ gia

+ Tro bay

Hình 1: Rơm đã cắt nhỏ

Hình 2: Xi măng

Hình 3: Cát vàng

1.2.2 Cách thức tiến hành

- Cắt rơm ngắn khoảng 1 tới 2 cm

- Trộn khô xi măng- cát vàng theo tỉ lệ là 1:2 tức 1 kg xi măng và 2 kg cát cho một viên gạch block bê tông

- Sau khi trộn kĩ hỗn hợp xi măng - cát xong thì cho thêm 0,2 kg rơm đã cắt nhỏ vào hỗn hợp và tiếp tục trộn đều

- Tiếp đó, đổ nước vào và trộn ướt hỗn hợp xi măng - cát - rơm

Hình 4: Hỗn hợp bê tông khi nhào trộn

- Cuối cùng là đổ vào khuôn Sau 2 tới 3 ngày thì ta có sản phẩm là một viên gạch block bê tông không nung

Hình 5: Hỗn hợp sau khi đổ vào khuôn

- Cấp phối vật liệu đã sử dụng cho một viên gạch (sử dụng cấp phối bê tông truyền thống: 1:2:3)

- Xi măng 1kg/m3;

- Cát 2kg/m3,

Rơm sử dụng sơ bộ bằng 20% khối lượng xi măng = 0,1kg/m3

Bảng 1: Thành phần cấp phối vật liệu

Thành phần Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4

% Rơm 2.17% 6.25% 5.4% 3.2%

% Xi măng 65.2% 62.5% 54% 32%

% Cát vàng 32.63% 31.25% 27% 64.5% Khối lượng 7.037 1.526 3.08 1,4

1.2.3 Sản phẩm thu được

Dưới đây là 3 bức ảnh của mẫu thí nghiệm

Hình 6: Mẫu vật đầu tiên

Hình 7: Mẫu vật lần 2

Hình 8: Mẫu vật lần 3

Hình 9: Mẫu vật lần 4

1.2.4 Sơ đồ chế tạo trong công nghiệp

a Vật liệu, máy móc.

- Vật liệu: Cát vàng

Xi măng

Rơm, rạ

- Máy móc: Máy trộn bê tông

Máy nén bê tông

Hình 10: Máy bơm nước

Hình 11: Máy nén bê tông

b Sơ đồ

1.3 Một số kết quả đạt được

Bảng 2: Thống kê một số thuộc tính của loại gạch mới

Thuộc tính Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Kích thước

(dài-rộng-cao) 31-19-4 17,4-9,8-12,5 32-20-2 20-10-6,5 Thể tích 2,356 2,1315 1,28 1300 Khối lượng riêng 2,29 4,128 3,047 1,083 Khối lượng 5,4 8,8 3,9 1,2 Cường độ nén 5,6 5,6 14,5 21,7

Từ bảng thống kê trên, ta có bảng so sánh của loại gạch mới với gạch đất sét

nung:

Bảng 3: bảng so sánh của loại gạch mới với gạch đất sét nung.

Thuộc tính Loại gạch mới Gạch đất sét nung Kích thước (dài- rộng-cao) 20-10-6,5 22-10,5-6

Khối lượng thể tích 1,083 1,35

Ghi chú: Kích thước: cm

Thể tích: m3

Khối lượng: kg Khối lượng thể tích: g/m3

Cường độ nén: N/mm2

Bảng 4: Lượng CO 2 giảm thiểu được

Số gạch Khối lượng rơm rạ sử dụng(kg) Lượng C02 giảm thiểu được(kg)

Ghi chú: Tỉ lệ rơm rạ chuyển đổi thành khí thải là 80%

- Khối lượng rơm rạ cho 1 viên gạch là 0,1 kg

- Giá thành sản xuất: 900 đ/viên

- Giá thành 1 viên gạch đỏ: 1200 đ/viên gạch đặc

Bảng 5: Bảng thống kê trọng lượng 1m 2

tường 100mm

Tường 100mm Gạch mới (kg/ m2) Gạch đất sét nung (kg/ m2)

+) Trong xây dựng chung cư, 1m2 sàn xây dựng cần 1,5m2 tường 100mm

- Tường gạch không mới nhẹ hơn gạch đất sét nung 22kg/m2

- Trọng lượng tổng cộng 1m2 trong chung cư là 1200 kg/m2 Khối lượng tiết kiệm được là: 22kg/m2: 1200 kg/m2 = 1,83%

- Chi phí xây dựng kết cấu chịu lực khoảng 1.400.000 đ/m2 Do đó, nếu dùng gạch mới tiết kiệm được: 1.400.000 đ/m2 x 1,83% = 25.600 đ/m2

+) Tường gạch mới tiết kiệm chi phí nhân công 9.000 đ/m2 Trong 1m2 sàn cần 1,5m2 tường 100mm Do đó, tiết kiệm được chi phí nhân công là: 9.000 đ/

m2x1,5m2 = 13.500 đ/m2

+) Tường gạch mới tiết kiệm vật tư 15.000 đ/m2 Trong 1m2 sàn cần 1,5m2 tường 100mm Do đó, tiết kiệm được chi phí nhân công là: 15.000 đ/m2x1,5m2 = 22.500 đ/m2

Do đó, nếu sử dụng loại gạch mới trong xây dựng các công trình chung cư thì có thể tiết kiệm được: 25.600 đ/m2 + 13.500 đ/m2 + 22.500 đ/m2 = 51.600 đ/

m2

2 Nội dung sẽ nghiên cứu tiếp đến tháng 3/2015

Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện viên gạch, nghĩa là nghiên cứu để tăng khả năng chịu nén theo chiều ngang, giảm trọng lượng, giảm thể tích và giảm độ thấm nước của viên gạch

Xác định sơ bộ được hàm lượng CO2 được tái sử dụng, giảm được hàm lượng CO2 thải ra môi trường khi đốt ra, rơm nông nghiệp

Đưa ra được những so sánh sơ bộ về mặt kinh tế giữa gạch mới và gạch đất sét nung truyền thống

IV Kết luận

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của những loại khí thải thoát ra đối với môi trường mà cụ thể là môi trường đất, nước, không khí

- Nghiên cứu về các thành phần và thuộc tính của rơm, rạ

- Nghiên cứu về các chất phụ gia them vào để làm tăng những thuộc tính của sản phẩm

- Nghiên cứu về quy trình chế tạo vật liệu xây dựng

- Nghiên cứu về tỉ lệ trộn xi măng- cát vàng- rơm, rạ trong sản phẩm

- Sơ bộ đưa ra sơ đồ công nghệ chế tạo một số sản phẩm nghiên cứu

- Đưa ra được những kết quả ban đầu và những nhận xét sơ bộ về cường

độ của gạch, độ bền và trọng lượng của gạch mới

- So sánh về mặt kinh tế của gạch mới với một số loại gạch truyền thống

có sẵn trên thị trường

V Tài liệu tham khảo

[1] Wikipiedia Tiếng Việt(http://vi.wikipedia.org/)

[2] Nguyễn Mậu Dũng, 2012, Ước tính lượng khí thải từ đột rơm rạ ngoài đồng ruộng ở vùng đồng bằng Sông Hồng, Tạp chí Khoa học và Phát triển 2012, số 1, trang 190 -198, Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội

[3] Tăng Văn Lâm, [2014], Bài giảng Vật liệu Xây dựng, Trường đại học Mỏ -Địa chất

[4] Báo Điện tử Đảng Cộng sản Việt Nam (http://dangcongsan.vn/)