NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG THƯƠNG PHẨM A STUDY EFFECTS OF FLY ASH CONTENT AT DUYEN HAI THERMAL POWER PLANT TO PROPERTIES OF FRESH CONCRETE PRODUCT BÙI VĨ TRẦN HẢI PHÚC LÊ HUY MINH Trường Đại học Giao thông Vận tải phân hiệu TPHCM e-Mail: buivi1111@gmail.com Tóm tắt - Hàng năm giới Việt Nam sử dụng lượng lớn bê tơng chiếm 80% khối lượng cơng trình xây dựng Trong cấp phối BT xi măng chiếm hàm lượng đáng kể Tuy nhiên công nghệ sản xuất xi măng gây ô nhiễm môi trường, cạn kiệt nguồn tài nguyên nên phải tìm cách dùng vật liệu thay phần xi măng - Các nhà máy nhiệt điện nước ta ngày nhiều thải phế phẩm tro xỉ nhiệt điện gây ô nhiễm môi trường (16 triệu tro xỉ/năm) - Sự ảnh hưởng việc thay xi măng pooc lăng tro bay đến tính chất của bê tơng xi măng trình bày báo Có năm hỗn hợp bê tông khảo sát với tỷ lệ thay tro bay 0, 10, 20, 30,và 40% Các hỗn hợp thiết kế với cường độ mẫu lập phương 30MPa độ sụt từ 10-12cm Nghiên cứu thực nghiệm ban đầu đưa lợi ích bê tông sử dụng nhiều tro bay Abstract Annual on the world and in Vietnam uses large amounts of concrete for 80% of the volume of construction works In mix proportion of concrete, the cement accounts for a significant amount However, cement manufacturing technologies causes environmental pollution, depletion of natural resources that should be seeking to use alternative materials part cement The thermal power plants in our country more and more emitted fly ash waste that pollutes the environment (16 million tonnes of fly ash / year) The effect of fly ash replacement of Portland cement on the properties of concrete mixtures is studied in this research Five concrete mixtures were cast, different fly ash replacement amounts of 0, 10, 20, 30, and 40% for Portland cement were used All mixtures were designed for 30 MPa compressive strength for cube sample, and 10-12cm slump for the freshly mixed concrete These experimental results proved the benefit of using higher content of fly ash in concrete Từ khóa: tro bay, bê tơng thương phẩm, nhà máy nhiệt điện Keywords: Fly ash, Fresh Concrete Product, Thermal Power Plant Ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa R MPa Cường độ V m3 Thể tích kg/m3 khối lượng riêng α A, A1 hệ số trượt hệ số chất lượng cốt liệu Mở đầu Mục tiêu đề tài: - Sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay hàm lượng xi măng hỗn hợp BT thương phẩm để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho BT - Đánh giá khả áp dụng loại BT dùng tro bay để giảm phế thải cho môi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải sản xuất XM Tính sáng tạo: - Đánh giá ảnh hưởng tro bay thay phần xi măng đến bê tông thương phẩm, sử dụng hàm lượng tro bay thay cao tới 40% xi măng, sử dụng phụ gia hãng O-Basf (Master Ease 3018) Kết nghiên cứu: - Có thể thay lượng lớn XM tro bay để chế tạo BT thương phẩm hàm lượng thay tốt 20% tro bay - Khi dùng tro bay nhiệt điện thay XM cải thiện lớn tính cơng tác BT - Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày BT có dùng tro bay thay XM giảm tùy theo hàm lượng dùng tro bay Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Có thể chế tạo BT dùng tro bay thay phần xi măng để giảm phế thải cho môi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải - Do giá thành tro bay rẻ nhiều so với xi măng nên đề tài nghiên cứu mở hướng cho việc sử dụng tro bay thay phần xi măng giúp giảm giá thành bê tông lớn Kết cấu đề tài Đề tài gồm chương: Chương : Tổng quan bê tơng xi măng có hàm lượng tro bay cao Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Kết biện luận Chương 4: Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Nội dung 2.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG XI MĂNG CĨ HÀM LƯỢNG TRO BAY CAO 2.1.1 Bê tông sử dụng tro bay giới Bê tông xi măng vật liệu chủ yếu sử dụng phổ biến giới Hiện theo tính tốn năm giới sản suất khoảng 1,7x109 tấn/1 năm, tương đương 6km3 bê tông xi măng năm 1m3 bê tông/ người khối lượng bê tông khổng lồ cho việc xây dựng sở hạ tầng Các công trình tiêu biểu dụng tro bay thay phần xi măng Đập Tomisato cao 111m Nhật Bản xây dựng từ năm 1950 sử dụng 60% tro bay thay xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào cơng trình xây dựng đập thủy điện từ năm 1980; Cơng trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn thành năm 2005 sử dụng 35% tro bay thay xi măng Ở Việt Nam, theo qui hoạch phát triển ngành điện dự kiến đưa vào sử dụng nhiều nhà máy nhiệt điện chạy than dự kiến công suất 35.090 MW, nguồn thải phẩm tro bay từ nhà máy nhiệt điện dự tính đến năm 2020 25 triệu tấn, đếm năm 2030 38 triệu tấn, lượng tro bay gần ½ lượng xi măng sản xuất hàng năm tro bay thay lên tới 70% khối lượng xi măng thành phần bê tơng, góp phần quan trọng việc giảm lượng xi măng, giảm đáng kể lượng khí thải CO2 trình sản xuất xi măng Hình 1.2 Dùng tro bay làm phụ gia cho bê tông đầm lăn thủy điện Sơn La 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Vật liệu chế tạo 2.2.1.1 Xi măng Trong đề tài sử dụng xi măng PCB 40 Sài Gòn phù hợp TCVN có tiêu thí nghiệm sau: 1chir ti Bảng 2.1: Các tiêu lý xi măng PCB 40 Sài Gòn STT Hình 1.1 Giảng đường trường đại học CaliforniaBerkeley sử dụng tro bay 2.1.2 Bê tông sử dụng tro bay Việt Nam Chỉ tiêu kiểm tra Nước tiêu chuẩn Thời gian ninh kết + Bắt đầu + Kết thúc Đơn vị Khối lượng riêng Độ ổn định thể tích Cường độ chịu nén +R3 +R28 Độ mịn +Sót sàng 0,08 +Bề mặt riêng Kết 27,4 Phương pháp thử TCVN 6017 : 1995 phút 120 160 TCVN 6017 : 1995 g/cm 3,10 TCVN 4030 : 2003 TCVN 6017 : 1995 % mm MPa % cm2/ g 0,4 27,9 48,2 0,8 3700 TCVN 6016 : 1995 TCVN 4030 : 2003 chuẩn Hàm lượng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN7572-8:2006 1,3 2.2.1.3 Cốt liệu nhỏ ( Cát) TCVN7572-8:2006 5,9 Cát sử dụng đề tài loại cát xây dựng thơng thường, có cỡ hạt mịn, Các thơng số thí nghiệm sau: Cỡ hạt lớn 5mm (%) 10 Modul độ lớn cát TCVN7572-2:2006 1,9 2.2.1.2Tro bay Tro bay Nhiệt điện Duyên Hải tro qua xử lí lọc tách khử tạp chất sấy khơ có số hoạt tính cường độ mức cao đạt, tiêu chất lượng phù hợp với quy định tiêu chuẩn tro bay loại F Bảng 2.2: Các thông số cốt liệu nhỏ (cát) STT Tên tiêu Phương pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN7572-7:2006 4,2 Khối lượng riêng (g/cm3) 2.2.1.4 Cốt liệu lớn Đá sử dụng đề tài đá 1x2 có cỡ hạt đều, sạch, Các thơng số thí nghiệm sau: Bảng 2.3: Các thông số cốt liệu lớn (Đá) TCVN7572-4:2006 -Trạng thái thô TCVN7572-4:2006 Tên tiêu Phương pháp thử KQTN Độ ẩm (%) TCVN75727:2006 0,2 Khối lượng riêng (g/cm3) TCVN75725:2006 2,79 TCVN75725:2006 2,75 2,63 Khối lượng thể tích (g/cm3) STT 2,56 Khối lượng thể tích (g/cm3) 2,58 -Trạng thái bão hào nước Khối lượng thể tích xốp -Không lèn chặt trạng thái tự nhiên (kg/cm3) Độ hút nước (%) Độ (%) hổng Hàm lượng tạp chất hữu (%) 2,77 -Trạng thái bão hào nước 1290 Khối lượng thể tích xốp TCVN7572-6:2006 1650 -Lèn chặt (kg/cm3) -Trạng thái thô TCVN7572-4:2006 1,03 TCVN7572-6:2006 41,50 TCVN7572-9:2006 Sáng màu -Không lèn chặt trạng thái tự nhiên (kg/cm3) -Không lèn chặt trạng thái khô (kg/cm3) -Lèn chặt trạng thái 1510 TCVN75726:2006 1500 1720 Hình 2.1: Tham quan xin phụ gia nhà máy phụ gia O-Basf ( Bình Dương) khô (kg/cm3) Độ hút nước (%) TCVN75725:2006 0,6 Độ (%) TCVN75726:2006 45,46 hổng Độ nén dập xilanh - Phân tích nguyên liệu ban đầu: tiêu lý xi măng, cát, đá, nước; tro bay TCVN757211:2006 9,0 -Trạng thái khô (%) Hàm lượng bụi bùn sét bẩn (%) TCVN75728:2006 0,5 Hàm lượng hạt thoi dẹt (%) TCVN757213:2006 15 10 Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa (%) TCVN757217:2006 0,7 10 Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa (%) TCVN757217:2006 2.2.1.6 Nước Nước dùng để thí nghiệm nước máy đảm bảo tiêu nước theo TCVN 4506 : 1987 2.2.2 Nội dung nghiên cứu - Thiết kế cấp phối cho BTXM thương phẩm, đổ mẻ bê tông thực nghiệm xem xét độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cường độ bê tông để điều chỉnh cấp phối theo thực nghiệm - Đổ bê tông với hàm lượng tro bay thay xi măng tăng dần ( 0%, 10%, 20%, 30%, 40%), đúc mẫu BT thử độ sụt, thời gian trì tính cơng tác, cường độ bê tông R3, R7, R28 ngày so sánh nhận xét để chọn hàm lượng tro bay thay xi măng tốt cho cường độ cao độ sụt đảm bảm cho thi công bê tông thương phẩm 2.2.3 Phương pháp thử nghiệm thực nghiệm 2.2.3.1 Tính tốn thiết kế cấp phối bê tơng xi măng Phương pháp Bolomey – Skramtaev: Tính tốn thành phần vật liệu Cơ sở lý thuyết: BT coi hồn tồn đặc thể tích BT tổng thể tích đặc riêng rẽ VL thành phần tạo bê tông: Vab 1000 VaX VaC VaĐ VaN 0,7 2.2.1.5 Phụ gia hóa dẻo Phụ gia sử dụng phụ gia siêu dẻo Master Ease 3018 Cơng ty Hóa chất O-Basf Các đặc điểm sau: Phụ gia giảm nước hệ mới, có thành phầnbao gồm polycarboxylate ether (PCE) đuợc liên kết với công nghệ sureTEC Sự kết hợp hồn hảo khả trì độ sụt, phát triển cường độ sớm sau cùng, có khả thỏa mãn yêu cầu khắt khe mà phụ gia siêu dẻo truyền thống đáp ứng được, đạt hiệu cao sử dụng tỉ lệ nước/ xi măng vừa thấp Công thức Bolomey-Skramtaev: Bước 1: Xác định cường độ yêu cầu Ryc Bước 2: Chọn độ sụt thiết kế (S, cm): Bước 3: Xác định lượng nước (N, lít) Bước 4: Xác định tỷ lệ X/N Bước 5: Xác định lượng xi măng (X, kg) Bước 6: Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ, kg) Bước 7: Xác định lượng cát (C, kg) Bước 8: Thành phần vật liệu cho m3 bê tông biểu thị tỷ lệ khối lượng vật liệu so với lượng xi măng: X N C Đ N C Đ : : : 1: : : X X X X X X X Sau thiết kế cấp phối theo phương pháp ta đổ bê tơng thực nghiệm điều chỉnh để cấp phối đối chứng dùng chung cho tồn q trình thử nghiệm hàm lượng tro bay thay 2.2.3.2 Xác định độ sụt hỗn hợp bê tơng Hình 2.2: Thử nghiệm độ sụt hỗn hợp Bê tông 2.2.3.3 Xác định cường độ chịu nén BTXM - Tiêu chuẩn thử nghiệm cường độ nén BTXM TCVN 3118-93 - Đổ bê tơng vào khn hình lập phương thử cường độ chịu nén 15x15x15(cm), đổ dần vào khuôn làm lần, lần đổ dày =2/3 chiều cao khuôn, lần đầy khuôn Ở lần đem mẫu đầm rung máy rung thấy thoát hết khí bề mặt phẳng nhấc mẫu xuống, dán tem kí hiệu mẫu nén ngày tuổi - Bảo dưỡng ẩm ngày ngâm nước 27 ngày đêm Đo cường độ nén độ tuổi 3,7, 28 ngày đêm - Đánh giá kết + tổ thường gồm mẫu thí nghiệm, ta thu trị số cường độ chịu nén Rni (i= 1, 2, 3) Nếu trị số cường độ lớn nhỏ không lệch 15% so với cường độ viên mẫu lại giá trị cường độ BT xác định trị số cường độ nén trung bình mẫu thử: Hình 3.1: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng tro bay 2.3.1.4 Khảo sát cường độ chịu nén Rn1 Rn2 Rn3 Rn ( MPa) + Nếu trị số cường độ lớn nhỏ lệch 15% so với cường độ mẫu lại bỏ giá trị lớn nhỏ cường độ bê tông lấy trị số cường độ lại Nếu có điều kiện thí nghiệm lại ta nên loại bỏ tổ mẫu tiến hành thí nghiệm lại 2.3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 2.3.1 Thiết kế cấp phối bê tông xi măng thương phẩm sử dụng tro bay 2.3.1.1 Sơ đồ thiết kế CP BTXM dùng tro bay thay phần xi măng 2.3.1.2 Tính tốn cấp phối bê tơng xi măng thương phẩm X M, kg Cát , kg Đá , kg Phụ gia , lít Nướ c, lít Độ sụt, cm Tách nước 35 78 105 3.5 194 12 Khôn g 2.3.1.3 Khảo sát độ sụt Tro bay Độ sụt thay Nhận xét ( cm) ( %) 12 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ BT linh động hơn, dễ trộn dễ 10 13 đổ 20 14.5 BT linh động BT linh động, hàm 30 16 lượng hạt mịn bê tông cao 40 18 BT chảy xòe, khơng tách nước Hình 3.2Đúc mẫu đầm rung máy phòng thí nghiệm BTXM nhóm Hình 3.3:Nén mẫu vng phòng thí nghiệm BTXM nhóm Hàm 28 ngày ( lượng ( (Mpa) Mpa) tro bay Mpa) (%) 20.9 23.7 34.1 10 15.3 19 33.7 20 13.2 16.3 30.1 30 7.5 10.1 17.3 40 5.9 9.1 13.8 Bảng 3.3: Bảng kết đo cường độ nén 2.4.2 Kiến nghị - Khi dùng tiêu chuẩn để xác định cáchỉ tiêu BT thương phẩm tiêu chuẩn áp dụng phòng thí nghiệm Cho nên kết luận điều kiện PTN - Nếu có điều kiện nghiên cứu cao nên tiến hành thí nghiệm tiêu BTXM thương phẩm có tro bay trạm trộn Bê tơng thực tế kết có tính thực tiễn khả ứng dụng cao - Có điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng loại BTXM thương phẩm dùng tro bay thay phần xi măng đến sức khỏe người, bong tróc, nhiễm mơi trường tác động khí hậu theo thời gian TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Ngơ Xn Quảng – Mai Đình Lộc – Vật liệu xây dựng– Nhà Xuất Bản Giao Thơng Vận Tải - 2011 Hình 3.4:Cường độ chịu nén 3, 7, 28 ngày theo hàm lượng tro bay thay 2.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2.4.1 Kết luận Mục tiêu ban đầu đề tài nghiên cứu tận dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay qua xử lý lọc tách khử tạp chất, sấy khô) thay hàm lượng xi măng hỗn hợp BT thương phẩm để giảm lượng dùng XM, giảm giá thành cho BT - Đánh giá khả áp dụng loại BT dùng tro bay để giảm phế thải cho mơi trường, giảm diện tích chơn lấp tro bay, giảm lượng khí CO2 thải Trong trình nghiên cứu đạt số kết sau: - Có thể sử dụng tro bay thay phần xi măng để chế tạo BTXM thương phẩm - Hàm lượng tro bay tối ưu chiếm 20% nguyên liệu cấp phối, tỉ lệ phần trăm tro bay cao mà mẫu BTXM đạt cường độ nén 30MPa, độ sụt 14,5 cm đảm bảo thi công tốt - Các kết thí nghiệm quan trọng cho BTXM thương phẩm mẫu đối chứng mẫu tro bay mẫu đối chứng cho kết tốt mẫu tro bay cường độ thấp độ sụt Tuy nhiên chênh lệch kết không nhiều liều thay thấp ( 10%-20%) chênh lệch kết cao liều thay tro bay cao ( 30-40%), nên ứng dụng tro bay vào BT thương phẩm bước đầu thu kết định [2] Nguyễn Thanh Sang, Trần Lê Thắng, Nguyễn Quang Ngọc (2010), “Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường ơtơ: Giải pháp kinh tế mơi trường’’, Tạp chí KHGTVT- Trường ĐH GTVT (30), tr 84-91 [3] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-2006 Cốt Liệu Cho Bê Tông Và Vữa [4] TCVN 3105:1993 - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu bê tông [5] TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén [6] ACI 232.2R-96, Use of Fly Ash in Concrete ...- Khi dùng tro bay nhiệt điện thay XM cải thiện lớn tính cơng tác BT - Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày BT có dùng tro bay thay XM giảm tùy theo hàm lượng dùng tro bay Đóng góp mặt kinh... Trong trình nghiên cứu đạt số kết sau: - Có thể sử dụng tro bay thay phần xi măng để chế tạo BTXM thương phẩm - Hàm lượng tro bay tối ưu chiếm 20% nguyên liệu cấp phối, tỉ lệ phần trăm tro bay. .. Các cơng trình tiêu biểu dụng tro bay thay phần xi măng Đập Tomisato cao 111m Nhật Bản xây dựng từ năm 1950 sử dụng 60% tro bay thay xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào cơng trình xây dựng đập