Bài tiểu luận Vật liệu mới: Tìm hiểu chung về tro bay

Bài tiểu luận, Vật liệu mới, Tìm hiểu chung về tro bay

MỤC LỤC

Trang

Mục lục ……… 1

Mở đầu……… 2

Chương 1: Tìm hiểu chung về tro bay 1 Tro bay được sản xuất từ đâu……… 3

2 Tro bay có đặc tính gì……… 3

3 Lợi ích khi sử dụng tro bay là gì……… 3

4 Tro bay sử dụng ở mức bao nhiêu là phù hợp……… 4

5 Công trình nào có thể sử dụng……….……… ……… 4

Chương 2: Tro bay làm bê tông xây dựng cao cấp 1 Tầm quan trọng của tro bay trong bê tông… ……… 5

2 Các vấn đề quan trọng của tro bay ………… ……….… 6

Chương 3: Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường ôtô – giải pháp kinh tế và môi trường 1 Nghiên cứu thực nghiệm ……… 8

2 Kết luận và kiến nghị ……… 14

Tài liệu tham khảo……… 15

Mở đầu

Để phát triển bền vững công nghiệp xi măng và bê tông yêu cầu phải tận dụng chất thải công nghiệp và nông nghiệp Vì hiện nay có nhiều lý do làm cho công nghiệp xây dựng bê tông không bền vững: Thứ nhất hiện nay, con người phải tiêu thụ một khối lượng vật liệu khổng lồ,

và nó còn tiếp tục tăng lên trong tương lai; thứ hai, chất kết dính truyền thống trong bê tông vẫn là xi măng pooc lăng, việc sản xuất sản phẩm này là một trong các nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính, làm cho trái đất nóng lên và thay đổi khí hậu; thứ ba là các kết cấu bê tông phải đối mặt với sự kém bền có thể tạo ra một chất thải rắn rất lớn [5] Hơn nữa, hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 10 tỷ tấn bê tông xi năng, riêng ngành công nghiệp xi măng đã thải ra 7% tổng lượng khí CO 2 [6]

Bê tông cát sử dụng nhiều tro bay (HVFASC) được sử dụng cho các vùng khan hiếm đá dăm hay sỏi Trong thành phần của HVFASC ngoài các nguyên liệu dùng cho chế tạo bê tông cát: xi măng pooc lăng, cát thô, cát mịn, bột đá vôi, nước còn phải thêm thành phần tro bay thay thế một phần xi măng Bê tông cát nhiều tro bay trong nghiên cứu này áp dụng cho móng mặt đường thay cho lớp bê tông nghèo xi măng Đặc biệt bê tông cát nhiều tro bay tiết kiệm được năng lượng khi trộn đổ, đầm và hoàn thiện bê tông do sự “nhỏ hóa” đường kính cốt liệu

và sử dụng cho các vùng nguồn cát dồi dào cũng như tận dụng được lượng cát hạt nhỏ (M k <2) Nghiên cứu sử dụng HVFASC và sử dụng cát mịn (M k <2) để chế tạo HVFASC là một trong các giải pháp làm bền vững công nghiệp bê tông xi măng và tăng thêm sự lựa chọn cho người xây dựng Đồng thời, HVFASC giải quyết được vấn đề môi trường khi sử dụng tro bay một loại phế thải của nhà máy nhiệt điện Trong khuôn khổ bài viết này trình bày nghiên cứu thực nghiệm một số tính chất cơ học của HVFASC.

Chương 1:

TÌM HIỂU CHUNG VỀ TRO BAY

1 Tro bay được sản xuất từ đâu?

- Tro bay được sản xuất từ việc đốt than cám trong lò hơi đốt than của nhà máy nhiệt điện than

đá ở dạng bột mịn, những hạt bụi được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hối bằng phương pháp kết sương tĩnh điện học hoặc nhà kín hoặc máy thu chuyên dụng bắng phương pháp lốc xoáy

- Khi than cám được đốt thành tro khô bằng lò nằm khô thì có khoảng 80% xỉ than còn lại từ lò nằm dưới dạng TRO BAY (Fly Ash) phần còn lại được đưa qua ống khói

2 Tro bay có đặc tính gì?

- TRO BAY là một loại puzzolan nhân tạo, có tính puzzolan cao, nó bao gồm: silic oxit, nhôm oxít, canxi oxit, mange oxit là lưu huỳnh oxít và một lượng than chưa cháy hết (gọi là hàm lượng mất khi nung)

- Quy cách sản phẩm phù hợp với ngành bê tông khi lượng than chua cháy hết dưới 6%; hàm lượng các chất theo bản kiểm định đính kèm theo đây

- TRO BAY là những tinh cầu tròn siêu mịn, độ lọt sàng 10μm đến 50 μm, tỉ diện 300 đếnm đến 50 μm đến 50 μm, tỉ diện 300 đếnm, tỉ diện 300 đến 600m2/kg

3 Lợi ích khi sử dụng tro bay là gì?

- Giảm nhiệt thủy hóa nên thích hợp cho bê tông khối lớn (Theo QĐ số 84 /2002/QĐ-BNN)

- Giảm lượng nước sử dụng, giảm độ co, gẫy, cải thiện bề mặt thành phẩm

- Giảm phân tầng và tiết nước

- Có khả năng chống phản ứng kiềm với silic

- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua, mặn

- Tạo ra bêtông bền sulfat, clo

- Tăng độ bền với thời gian

- Dễ dàng trong việc thao tác bơm phun nhờ những tinh cầu tròn siêu nhỏ

- Giảm giá thành, nâng cao chất lượng công trình

4 Tro bay sử dụng ở mức bao nhiêu là phù hợp?

- Cầu trúc bê tông: thay thế xi măng trong bê tông tới 20% tạo ra bê tông tro bay làm tăng độ bền, giảm 10% nước

- Hồ / Vữa trát tường: Thay thế xi măng lên đến 30 – 35% trọng lượng để tạo ra bề mặt tốt, mịn, chống thấm, giảm 10%nước và cát

- Sử dụng trong gạch block: thay thế 25 – 30% xi măng nhằm cải thiện độ kết dính, giảm 10% lượng nước, và cát

Lưu ý: Định mức trên đây chỉ mang tính tham khảo, Tùy theo nhu cầu sử dụng cho từng công trình khác nhau mà có tỷ lệ trộn Tro Bay thích hợp nhất

5 Công trình nào có thể sử dụng?

- Công trình bê tông khối lớn

- Công trình nhà máy nhiệt điện/thủy điện

- Bêtông theo công nghệ đầm lăn

- Công trình nước/ xử lý nước thải

- Công trình cầu kè/ bến cảng

- Hạng mục công trình biển/ ven biển

- Công trình nhà cao tầng/chung cư

- Sản xuất xi măng bền sulfat

Chương 2:

TRO BAY LÀM BÊ TÔNG XÂY DỰNG CAO CẤP

1 Tầm quan trọng của tro bay trong bê tông:

Sở dĩ tro bay được quan tâm như thế, vì như một tài liệu kinh điển về bê tông đã viết: Tro bay là một puzzolan phổ biến nhất cho bê tông Khi nhu cầu nhiều mà tro bay lại không đủ cung cấp Có nhiều người còn lo rằng nếu quyết định dùng tro bay trong bê tông cho công trình X lớn như vậy, liệu có đủ tro bay để dùng và việc cung cấp có kịp tiến độ thi công không? và rồi đường sá xa xôi như thế, giá tro bay sẽ đội lên, thì giá phế phẩm tro bay và chính phẩm xi măng

có khi xấp xỉ nhau Có dự án xây dựng biết lo xa tính trước và để giữ thế chủ động trong thi công đã quyết định thay thế tro bay bằng một loại puzzolan thiên nhiên nào đó ở gần công trình xây dựng, đó cũng là điều tốt: sử dụng tro bay trong xây dựng giống như đi săn, bằng một mũi tên bắn được 3 con thỏ, có nghĩa là đạt được 3 lợi ích không nhỏ chút nào: một là ngành xây dựng có phụ gia khoáng hoạt tính pha vào xi măng và bê tông để cải thiện tính chất của nó theo hướng mong muốn, hai là nhà máy nhiệt điện có thêm lợi ích và ba là môi trường không bị ô nhiễm Hồ chứa tro bay Phả Lại là một kho vàng đen nho nhỏ, có lúc vơi, đầy, nhưng không bao giờ cạn Ở Trung Quốc tro bay thừa thãi sẵn sàng bán cho ta khi có yêu cầu, nhưng phí vận tải

sẽ rất cao

Nhu cầu sử dụng tro bay ở Việt Nam là như vậy, còn việc nghiên cứu tro bay ở nước ta thì sao? Trước khi dùng tro bay ở các dự án, các phòng thí nghiệm đều phải thiết kế thành phần bê tông tro bay Cũng có một số đề tài nghiên cứu bê tông mác cao, bê tông đầm cán, bê tông nhựa dùng tro bay nhiệt điện Phả Lại, tuy nhiên trong nghiên cứu chỉ mới quan tâm đến độ dẻo, cường độ và tính chống thấm của bê tông Một số người cho rằng dùng từ "tro bay Phả Lại" có

lẽ không thích hợp, mà gọi là tro tuyển Phả Lại, thì đúng nghĩa hơn, vì tro ở đây không lấy trực tiếp từ bộ lọc ở ống khói, mà tro được thải ra hồ, rồi được vớt lên và xử lý than chưa cháy

(tuyển nổi), sau đó mới sấy khô và đưa đi sử dụng Tất nhiên bản chất tro tuyển Phả Lại cũng giống như tro bay của nước ngoài, nên cứ quen gọi là tro bay Tro bay cũng được đưa vào tiêu chuẩn ở nước ta Tiêu chuẩn này được viết theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C618-94A

Để hiểu rõ hơn về tro bay và tác dụng của nó đối với hầu hết các tính chất của bê tông, chúng tôi muốn giới thiệu một số tư liệu mới đây của nước ngoài về lĩnh vực này Đây cũng có thể coi

là lý thuyết, giúp ta giải thích các kết quả thí nghiệm của chúng ta Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám, nên bản thân nó đã rất mịn, có cỡ hạt từ 1 - 10µm, trung bình

9 - 15µm Tro bay được phân ra hai loại với các đặc điểm khác nhau: loại C có hàm lượng CaO

≥ 5% và thường bằng 15 - 35% Đó là sản phẩm đốt than linhit hoặc than chứa bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2% Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2 - 10% Tro bay Phả Lại thuộc loại F do đốt không tốt, nên hàm lượng than chưa cháy khá cao, tới ≥ 20%

Vì vậy phải xử lý bằng phương pháp tuyển nổi (hoặc có thể dùng phương pháp đốt lại) để giảm hàm lượng than chưa cháy vì theo tiêu chuẩn thì hàm lượng đó không được vượt quá 6% và có thể cho phép tới 12% nếu qua thí nghiệm và thực tế ứng dụng chứng minh là dùng được Tro bay loại F kém hoạt tính hơn và cần 2 tuần để thuỷ hoá, nó có cỡ hạt tối ưu từ 10µ trở xuống, vì hạt nhỏ thì sẽ cháy hết, nên có ít than chưa cháy trong tro Tro loại C có hoạt tính cao hơn, chỉ cần 3 ngày thuỷ hoá và đôi khi nó có tính chất thuỷ lực (tự cứng yếu) do có hàm lượng CaO cao

Tro bay có thể làm tăng hoặc làm giảm độ dẻo tức là giảm hoặc tăng lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bê tông, điều đó tuỳ thuộc vào hàm lượng than chưa cháy và độ mịn của tro bay.Việc làm tăng lượng nước yêu cầu được giải thích băng việc hút nước của các phần tử cacbon (than chưa cháy), sự cản trở giữa các hạt tro bay lớn, cũng như cốt liệu làm cho pha hồ có độ nhớt cao Như vậy tro bay loại F có thể làm giảm độ dẻo của hỗn hợp cacbon cao (biểu thị bằng lượng mất khi nung) Việc làm giảm lượng nước yêu cầu có thể do các nguyên nhân: hạt tro bay tròn nhẵn dễ dịch chuyển và thể tích hồ trong bê tông tăng lên (do tro bay nhẹ hơn xi măng, nên bay là giảm hàm lượng khí trong bê tông nó có tác dụng chống băng giá Hàm lượng cacbon (lượng mất khi nung) lớn trong tro bay loại F gây nên sự cố này

2 Các vấn đề quan trọng của tro bay:

- Ảnh hưởng của tro bay đối với hầu hết các tinh chất của bê tông;

- Ảnh hưởng xấu của hàm lượng than chưa cháy chủ yếu là tăng lượng nước cần thiết, tạo ra những hạt thô trong tro bay và giảm lượng khí trong hỗn hợp bê tông;

- Tro bay loại C nói chung tốt hơn tro bay loại F, riêng về chống Sunfat có kém hơn, ở nước ta hiện nay mới chỉ dùng tro bay Phả Lại thuộc loại F Sau này có thể tro bay của nhà máy nhiật điện khác; nếu có được tro loại C thì cũng là điều đáng mừng

Hy vọng rằng cùng với sự phát triển nhiệt điện sản lượng tro bay trong tương lai ở nước ta sẽ tăng lên gấp bội để dùng cho ngành xây dựng của chúng ta Tuy nhiên, khi mà tro bay chưa đủ cung cấp thì các dự án luôn luôn phải dự phòng một loại Puzzolan thiên nhiên nào đó để thay tế tro bay khi cần thiết

Chương 3:

BÊ TÔNG CÁT NHIỀU TRO BAY LÀM LỚP MÓNG MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ

GIẢI PHÁP KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG

Tóm tắt: Bài viết này trình bày về kết quả nghiên cứu các tính chất của bê tông cát sử dụng

nhiều tro bay để làm lớp móng mặt đường xe chạy Các kết quả nghiên cứu ban đầu đưa ra được lợi ích của bê tông cát sử dụng nhiều tro bay làm giảm lượng sử dụng xi măng đồng thời tăng độ bền cho bê tông làm lớp móng mặt đường, và cuối cùng là làm giảm giá thành đáng kể khi sử dụng loại bê tông này ở các vùng nhiều cát

1 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM:

1.1 Tính chất của các vật liệu sử dụng:

1.1.1 Cát:

- Cát thô (CS) được lấy cát vàng Chánh Hòa (Quảng Bình) có lượng hạt ≥0.63mm chiếm 61.76%, độ hút nước 1.86%, hàm lượng ion Cl- chiếm 0.0034% , tạp chất hữu cơ nhạt hơn màu chuẩn Các tính chất vật lý được mô tả trong bảng 1

- Cát mịn (FS) có nguồn gốc từ Lý Trạch (Quảng Bình) có lượng hạt <0.63mm chiếm 99%, độ hút nước 2.01%, hàm lượng ion Cl- chiếm 0.0088%, tạp chất hữu cơ nhạt hơn màu chuẩn Các tính chất vật lý được trình bày trong bảng 1 Hàm lượng ion Cl- của hai loại cát này nhỏ hơn quy định của TCVN 7570:2006 là 0.01 dùng cho kết cấu bê tong cốt thép ứng suất trước

- Cát thô và cát mịn được trộn với nhau theo một tỷ lệ nhất định để có một loại cát hỗn hợp đảm bảo các tính chất vật lý cũng như hóa học và thành phần hạt Tỷ lệ phối hợp dùng cho nghiên cứu này tỷ lệ CS/FS là 7/3 theo khối lượng Thành phần hạt của hỗn hợp hai loại cát có

mô đun độ mịn là 2.53, hàm lượng sét 0.19% và thành phần hạt đạt yêu cầu cấp phối cho bê tông cát

Bảng 1 Các tính chất vật lý của loại cát sử dụng chế tạo bê tông cát nhiều tro bay

Cát thể tích xốpKhối lượng

(g/cm 3 )

Khối lượng riêng (g/cm 3 )

Mô đun

độ lớn M k

Độ xốp tự nhiên (%)

Hàm lượng sét (%) Cát thô

Cát mịn

Hỗn hợp

1.45 1.37 1.41

2.64 2.58 2.62

2.80 1.89 2.53

45.0 46.9 46.2

0.18 0.20 0.19

Hình 1 Các vật liệu thành phần cho HVFASC

1.1.2 Xi măng:

Xi măng Nghi sơn PCB30 có khối lượng riêng là 3.1g/cm3, có tỷ diện tích bề mặt đạt: 2750 (cm2/g) và có thành phần hóa học và khoáng vật ghi trong bảng 2 và bảng 3

Bảng 2 Thành phần hóa học của xi măng Nghi Sơn PCB30

Bảng 3 Thành phần khoáng vật của xi măng Nghi Sơn PCB30

Xi măng sử dụng trong nghiên cứu này tương đương với xi măng CEM I, hoặc ASTM C1157 loại I

1.1.3.Bột đá vôi và tro bay:

Bột đá vôi sử dụng là bột đá vôi từ mỏ đá thuộc huyện Quảng Ninh Hàm lượng các tạp chất có hại trong bột đá vôi đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định bột mịn cho bê tông cát theo tiêu chuẩn NF P18-508 Bột đá vôi này có khối lượng thể tích là 1.3 g/cm3, khối lượng riêng là 2.72 g/cm3, độ mịn Blaine đạt 3210 cm2/g Tro bay (FA) có độ hoạt tính theo thành phần hóa trình bày bảng sau, khối lượng thể tích là 1.118g/cm3, khối lượng riêng là 2.12 g/cm3 Bột đá vôi và tro bay có thành hóa học được ghi trong bảng 4

Bảng 4 Kết quả thử nghiệm thành phần hóa học của bột đá vôi và tro bay

Bột SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Bột đá vôi (%) 0.17 0.02 0.04 54.88 0.45 0.02 0.04 43.46 Tro bay (%) 58.38 25.12 7.01 0.84 0.70 0.30 3.28 5.29

1.1.4 Nước và phụ gia siêu dẻo:

Nước sử dụng cho bê tông cát nhiều tro bay là nước sạch, đạt tiêu chuẩn TCXDVN 302 - 2004 Phụ gia hóa dẻo trong nghiên cứu này dùng của Sika loại Visconcrete - V3000 - 10

1.2 Thành phần các loại bê tông chế tạo và mẫu thí nghiệm:

- Bê tông cát trong nghiên cứu được thiết kế với cường độ yêu cầu thực tế là 15MPa Việc thiết kế thành phần bê tông được thực hiện theo phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm Trong đó phần tính toán sơ bộ được thực hiện theo nguyên lý chèn đầy thể tích của khung cốt liệu, phương pháp này đã được phân tích đánh giá tính thực tiễn và tính hiệu quả trong tài liệu [3], thiết kế cũng tham khảo tiêu chuẩn ACI 211.1-91 và tiêu chuẩn ACI 211.4-98

để lựa chọn tỷ lệ N/X

- Bốn cấp phối bê tông cát được thiết kế: cấp phối bê tông cát không sử dụng tro bay (mẫu đối chứng - SC0), các cấp phối bê tông cát sử dụng với hàm lượng tro bay thay thế xi măng với lượng 30%, 40%, 50% ký hiệu lần lượt là HVFASC30, HVFASC40, HVFASC50 Thành phần của cấp phối bê tông trình bày trong bảng 5

Bảng 5 Bảng thành phần các cấp phối bê tông cát nhiều tro bay

Thành phần và các tính chất Bê tông cátđối chứng

Bê tông cát dùng 30% tro bay

Bê tông cát dùng 40%

tro bay

Bê tông cát dùng 50% tro bay

Thành phần

Tính chất bê tông tươi

Tính chất bê tông đông cứng

Cường độ kéo bửa 28 ngày,

Cường độ kéo bửa 56 ngày,

MPa

Mô đun đàn hồi 28 ngày,

MPa

1.3 Kết quả thực nghiệm và thảo luận:

1.3.1 Tính công tác của HVFASC :

- Vì bê tông cát có nhiều hạt nhỏ (cát nhỏ và chất độn mịn) nên lượng cần dùng nước lớn hơn so với bê tông thường Khi dùng phụ gia hóa dẻo loại này Visconcrete -V3000-10 cho loại

xi măng Nghi Sơn PCB30 thì khả năng giảm độ sụt theo thời gian là nhỏ Đối bê tông cát có sử dụng nhiều tro bay, tỷ diện tích bề mặt của các loại hạt nhỏ tăng lên sẽ làm ảnh hưởng đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông, tuy nhiên tro bay là các hạt tròn cạnh và trơn cho nên cải thiện được khả năng dễ đổ của bê tông khi tăng hàm lượng tro bay đến một mức phù hợp Kết quả đo độ sụt của các hỗn hợp bê tông cát ở hình 2

- Theo kết quả chỉ ra rằng khi không sử dụng phụ gia tro bay trong thành phần của bê tông

độ sụt cao hơn so với khi không sử dụng tro bay Độ sụt thay đổi khi sử dụng hàm lượng tro bay khác nhau Với tỷ lệ tro bay thay thế là 40% cho độ sụt cao hơn so với các tỷ lệ thay thế khác Với độ sụt của hỗn hợp HVFASC từ 2÷6 cm phù hợp dùng để đổ móng mặt đường ôtô, hơn nữa

có thể chế tạo hỗn hợp bê tông khô dùng cho đầm chặt bằng lu sẽ tiết kiệm kinh phí hơn và giảm thời gian chờ thi công các lớp mặt đường