Bài viết giới thiệu quy trình sản xuất tro trấu (RHA) dạng pilot và kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của RHA đến cường độ và tính chống thấm của bê tông thủy công.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG CỦA TRO TRẤU ĐẾN CƯỜNG ĐỘ, TÍNH CHỐNG THẤMCỦA BÊ TƠNG THỦY CƠNG Nguyễn Tiến Trung, Nguyễn Văn Sơn, Vũ Khắc Tam Viện Thủy cơng Tóm tắt: Bài báo giới thiệu qui trình sản xuất tro trấu (RHA) dạng pilot kết nghiên cứu ảnh hưởng RHA đến cường độ tính chống thấm bê tông thủy công Kết nghiên cứu cho thấy tro trấu thu nung vỏ trấu nhiệt độ 600-800oC 24 Việc đốt trấu kiểm soát để tạo tro với hàm lượng cacbon khơng cháy 3,6% hồm lượng SiO2 90,75%, số hoạt tính puzolan 290 mg CaO / g RHA kích thước hạt trung bình 17 μm Độ bền nén bê tông dùng 10% RHA cao đáng kể so với bê tông đối chứng khơng có RHA tuổi 28 90 ngày Tro trấu cho thấy khả tăng độ chống thấm giảm xâm nhập clo ion bê tông Các mẫu xác định phương pháp phân tích học hóa học XRD, DTA SEM, TCVN, tiêu chuẩn ASTM Từ khóa: Tro trấu; Độ chống thấm; Bê tông thủy công ; Puzơlan; Cường độ bê tông; Độ thấm ion clo Abstract:This paper presents a method of rice husk ash (RHA) manufacture in the form of pilot and study on the influence of RHA to strength and waterproofing capability of hydraulic concrete structures Results show that RHA was obtained by burning rice husk at the temperature of 600 800oC in 24 hours The combustion of rice husk was designated to produce ash with the unburnt carbon content of 3,6%, SiO2 content of 90,75%, active pozzolanic index of 290 mg CaO per 1g RHA and medium particle size of 17 μm The compressive strength of concrete using 10% of RHA is remarkably higher than that of the reference concrete without using RHA at the ages of 28 and 90 days It provides the possibility to increase the waterproof capability and decrease the penetration of chloride ion into the concrete The samples and laboratory experiments were followed chemical – mechanical analysis methods and standards such as XRD, DTA, SEM, TCVN, and ASTM Keywords: Rice husk ash; waterproof capability; hydraulic concrete structures; pozzolan; concrete strength; chloride ion penetration MỞ ĐẦU * Hiện nay, nhiều nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm nghiên cứu việc sử dụng tro trấu làm phụ gia khống hoạt tính để làm tăng chất lượng cho xi măng, bê tông mà giá thành giảm [1,2,3,4] Đặc biệt, tính ưu việt tro trấu làm tăng tính chống thấm, nâng cao tuổi thọ bê tông [1] tro trấu mịn, chứa nhiều oxyt silic trạng thái vô định Ngày nhận bài: 22/5/2018 Ngày thông qua phản biện: 29/6/2018 Ngày duyệt đăng: 10/7/2018 hình, có hoạt tính puzolan cao tương đương với muội silic [3] Vì vậy, tro trấu điều chế kỹ thuật, đồng thời gia cơng thích hợp, thay muội silic bê tông chất lượng cao [5] dùng cho bê tông thủy công yêu cầu độ chống thấm nước cao chịu ăn mòn mơi trường xâm thực Giải pháp sử dụng tro trấu nhằm tăng chất lượng bê tơng có hiệu cao nước Việt Nam nước nơng nghiệp có sản lượng thóc nhiều, nên lượng vỏ trấu thải hàng năm lớn, lúc muội silic phải nhập ngoại TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ M ục đích nghiên cứu chế tạo tro trấu qui mô pilốt xác định ảnh huởng tro trấu nghiền mịn đến tính chất bê tơng thuỷ cơng THỰC NGHIỆM 2.1 Hoá chất, nguyên liệu dụng cụ - Trấu, ximăng PC40 Bút Sơn, cát Sông Lô, đá dăm Kiện Khê Dmax = 20mm, phụ gia siêu dẻo PA-2004, muội silic kết nén (Condensed silicafume) hãng Elkem - Thiết bị: Lò đốt trấu theo thiết kế kiểu giỏ lưới thép, máy nghiền bi, kính hiển vi điện tử quét (SEM ) - Các tính chất lý thực thiết bị theo tiêu chuẩn: Độ sụt theo TCVN 3106:1993 [6], cường độ nén theo TCVN 3118: 1993[7], độ chống thấm nước theo TCVN 3116:1993 [ 8], độ thấm ion clo theo ASTM 1200-97 [9] 2.2 Thực nghiệm 2.2.1 Chế tạo bột tro trấu qui mơ pilốt Hình 1: Lò đốt trấu kiểu giỏ lưới thép Hình 4: Tro trấu thu sau đốt 2.2.2 Thí nghiệm Được thực thiết bị theo hình cấu tạo với phận: a) Vỏ lò (thân lò) hình trụ có đường kính miệng lò 130 cm, cao 135 cm, chiều dày vỏ lò 18 cm để ổn nhiệt Thân lò gồm phận: Phần đáy đến ghi lò cao 30 cm, có lò 40 x 30 cm, cửa thơng gió cỡ 30 x 20 cm, lỗ cỡ 10x10cm để điều chỉnh gió Ghi lò gồm đỡ lồng đốt, cửa lò có hố để lấy sản phẩm b) Nắp lò dạng hình phễu, phía có đường kính 130 cm, phía có đường kính 20 cm nối với ống khói cao 400cm, nắp có lỗ tròn để đặt nhiệt kế điện tử (hình 3) c) Lồng đốt hình trụ cao 100 cm, đường kính 110 cm có 16 lỗ/cm , phía có rọ hình trụ chịu nhiệt cao 110 cm, đường kính 130cm d) Đáy lồng đốt đặt giá đỡ thép có chốt xoay, ki tháo chốt tro trấu tự tụt xuống đáy lò lấy qua cửa lò đốt Hình 2: Lồng đốt trấu Hình 3: Nhiệt kế điện tử Hình 5: Máy nghiền tro trấu Hình 6: Tro trấu sau nghiền - Các tính chất lý, hố xác định TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC thiết bị theo tiêu chuẩn nêu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất tro trấu Tro trấu thu sau đốt trấu lò cơng suất 150kg trấu/lần đốt, thời gian đốt khoảng 24 giờ, nhiệt độ cao lò đạt o 600 - 800 C Tro trấu sau để nguội CÔNG NGHỆ nghiền mịn máy nghiền bi kiểu chữ V (hình 5) dung tích 60 lít Bên máy nghiền đựng bi thép với cỡ khác nhau, tốc độ nghiền 300 vòng/phút Tro trấu giữ bao kín giống bao xi măng Tro trấu nghiền mịn có màu xám nhạt hình Thành phần hóa học tính chất lý tro trấu bảng Bảng 1: Thành phần hoá học tro trấu, % khối lượng Thành phần hóa học tro trấu, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO M gO K 2O Na2O MKN 90.75 0.52 0.48 1.04 0.56 1.34 0,67 3,10 Tinh chất lý, hóa tro trấu Kích thước hạt Độ hút Chỉ số hoạt tính cường Phụ gia Khối lượng Phân loại phụ trung bình, vơi, độ so với xi măng, % khống hoạt tính riêng, g/cm gia hoạt tính m mg/g ngày 28 ngày Tro trấu 17 2,22 290 92/85 105/85 M ạnh Silicafume 2,20 259 89/85 94/85 M ạnh Ghi chú: Các số liệuởcột 6, tử số kết thí nghiệm, mẫu số yêu cầu tiêu chuần 14 TCN 105:1999; Trong thí nghiệm có so sánh với phụ gia khống hoạt tính silicafume nhập ngoại Hình dạng hạt tro trấu sau nghiền phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM ) Hình 7: Hình dạng hạt tro trấu sau nghiền Từ kết thu thấy tro trấu có dạng hạt dẹt nhiều góc cạnh, cỡ hạt trung bình khoảng 17 μm, mịn xi măng nhiều lần, có nhiều lỗ xốp, màu xám nhạt (tương tự màu tro trấu Ấn Độ) Thành phần SiO2 = 90,75% (theo khối lượng) chứng tỏ sản phẩm tro trình bày hình Hình dạng hạt silicafume trình bày hình Hình 8: Hình dạng hạt silicafume trấu thu có hàm lượng SiO2 cao, lẫn than chưa cháy (thể qua phần khối luợng nung 3,1%) Độ hút vôi 290 mg/g, nên thuộc loại có hoạt tính mạnh tương đương với silicafume, số hoạt tính cường độ cao tiêu chuẩn qui định TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Điều khẳng định tro trấu thu phương pháp đốt lò dạng pilơt sử dụng puzolan hoạt tính làm phụ gia khống tốt cho bê tơng thuỷ cơng 3.2 Ảnh hưởng tro trấu đến tính chất bê tơng Bê tơng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện (thuỷ cơng) chủ yếu bê tông mác thường từ 20 30 M Pa tính chất cường độ , độ chống thấm nươc, chống thấm ion clo Đánh giá ảnh hưởng tro trấu bê tơng có thành phần cấp phối bê tơng bảng Kết thí nghiệm tính chất bê tơng đươc trình bày bảng Bảng 2: Thành phần cấp phối bê tơng thí nghiệm TT Kí hiệu mẫu Xi măng Tro trấu Cát Loại bê tông kg 350 315 315 M Bê tông đối chứng M Bê tông pha tro trấu tỉ lệ 10% M Bê tông pha silicafume tỉ lệ 10% kg 35 35 kg 783 766 766 Phụ gia Đá Sika Nước 2000AT kg kg lit 1085 2,1 185 1090 2,1 185 1090 2,1 185 Bảng 3: Các tính chất lý bê tơng pha tro trấu silicafume Kí hiệu Độ sụt, cm mẫu M1 M2 M3 10 8 Chống thấm nước, W 28 90 W-8 W-10 W-10 W-12 W-10 W-12 Độ thấm ion clo, culong 28 ngày 4210 2090 2045 Phân loại cao TB TB Tro trấu có cấu trúc xốp, hình dẹt, kích thước bé, có tính chất puzơlan với độ hoạt tính cao sử dụng với xi măng có mặt bê tơng q trình hydrat hố pha khống clanke vai trò tro trấu làm giảm đáng kể khả tách nước phân tầng Trong trình thuỷ hoá xi măng sinh pha pooclandit (CaOH)2 trình bay nước, để lại lỗ rỗng mao quản, hạt tro trấu có kích thước nhỏ chèn vào lấp đầy lỗ trống, SiO2 hoạt tính tham gia phản ứng với Ca(OH)2 tạo pha kết dính CxSyHz làm tăng cường độ bê tơng Kết cho thấy mẫu thí nghiệm ngày tuổi cường độ bê tông thu nhỏ mẫu đối chứng không phụ gia, từ 28 ngày tuổi trở lên cường độ bê tông pha tro trấu siêu dẻo cao so với mẫu đối chứng 90 ngày 3150 674 656 Phân loại TB thấp thấp Cường độ nén, M Pa ngày 27,5 24,7 25,2 28 ngày 33,4 34,2 34,5 90 ngày 35,2 37,8 38,3 tương đương với mẫu có sử dụng phụ gia silicafume siêu dẻo Nguyên nhân giai đoạn đầu thủy hoá phản ứng puzơlan tro trấu chậm phản ứng thủy hóa xi măng sau phản ứng puzolan phát triển mạnh, làm tăng cường độ, độ chống thấm nước giảm độ thấm ion clo bê tông KẾT LUẬN 1- Tro trấu sản xuất qui mô pilot o 600 - 800 C thời gian đốt 24 đạt yêu cầu chất lượng ( SiO2> 90% ), độ hoạt tính cao đạt 290 mg CaO/g tro trấu có mầu tương tự tro trấu sản xuất Ấn Độ 2- Bê tông pha tro trấu phụ gia giảm nước có cường độ ngày thấp cường độ 28 ngày 90 ngày cao cư ờng độ bê tông đối chứng tro trấu tương TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC đương cường độ bê tông pha silicafume siêu dẻo 3- Bê tông pha tro trấu phụ gia siêu dẻo có độ chống thấm nước cao độ thấm ion clo thấp hơn tuổi 28 90 ngày so với bê tơng đối chứng khơng có tro trấu tương đương với bê tông pha silicafume siêu dẻo Do tăng độ chống thấm giảm độ thấm ion clo, nên bê tông pha tro trấu phụ gia giảm CƠNG NGHỆ nước có khả chống ăn mòn tốt so với bê tơng xi măng khơng pha phụ gia khống hoạt tính mơi trường nước có tính ăn mòn tro trấu phụ gia khống thích hợp để chế tạo bê tơng thuỷ cơng Lời cảm ơn: Nhóm nghiên cứu chân thành cảm ơn ông Nguyễn Hữu Thái phụ trách xưởng khí thơn Tây Mỗ tận tình giúp đỡ chúng tơi q trình thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V.M M ahotra, Fly ash, slag, silicafume, rice husk ash in concrete: A review concrete international [2] Indian institute of science precipitated silica technology, Precipitated silica from rice husk ash, IPSIT [3] Bùi Danh Đại, Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu chế tạo microsilica từ tro trấu thay muội silic bê tông chất lượng cao”, 2005, Hà Nội [4] Dao Van Dong, Pham Duy Huu, Nguyen Lan, Effect of rice husk ash on properties of high rd strength concrete, The ACF international conference-ACV/VCA 2008, 2008 [5] Bộ KHCN, TCXDVN 311:2004 - Phụ gia khống hoạt tính cao cho bê tông: silicafume, tro trấu, 2014, Hà Nội [6] Bộ KHCN, TCVN 3106, 3116, 3118, Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Phương pháp xác định độ sụt - xác định độ chống thấm - xác định cường độ chịu nén, 1993, Hà Nội [7] USA, ASTM C1202-97 Standard method for electrical indication of concrete ability to resist chloride ion penetration [8] Bộ KHCN, TCVN 3116:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm, 1993, Hà Nội [9] USA, ASTM C1202-97 Standard method for electrical indication of concrete ability to resist chloride ion penetration TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 ... hoạt tính làm phụ gia khống tốt cho bê tông thuỷ công 3.2 Ảnh hưởng tro trấu đến tính chất bê tơng Bê tơng cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện (thuỷ cơng) chủ yếu bê tông mác thường từ 20 30 M Pa tính. .. từ 20 30 M Pa tính chất cường độ , độ chống thấm nươc, chống thấm ion clo Đánh giá ảnh hưởng tro trấu bê tông có thành phần cấp phối bê tơng bảng Kết thí nghiệm tính chất bê tơng đươc trình bày... Bảng 2: Thành phần cấp phối bê tơng thí nghiệm TT Kí hiệu mẫu Xi măng Tro trấu Cát Loại bê tông kg 350 315 315 M Bê tông đối chứng M Bê tông pha tro trấu tỉ lệ 10% M Bê tông pha silicafume tỉ lệ