Sức chống cắt của vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác bằng thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn

Rác thải sinh hoạt có thể tạo ra điện năng bằng cách đốt trong các nhà máy đốt rác, đây là xu hướng chính trên thế giới. Bài viết này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của tính đầm chặt đến sức chống cắt của vật liệu tro đáy trong quá trình đốt rác.

SỨC CHỐNG CẮT CỦA VẬT LIỆU TRO ĐÁY TỪ NHÀ MÁY ĐỐT RÁC BẰNG THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP ĐƯỜNG KÍNH LỚN NGUYỄN ANH TUẤN*, NGUYỄN HẢI HÀ*, NGUYỄN CHÂU LÂN* Shear strength of bottom ash from incineration plant by large diameter direct shear apparatus Abstract: In Vietnam, the amount of domestic waste is increasing, mostly treated by only landfill Currently, a number of incineration plants have been built and ash products have appeared after burning domestic waste The direct shear test results showed that the friction angle of bottom ash is about 38 ° –55 °, which is suitable for construction materials However, in Vietnam, there is limitted researches about the mechanical properties of this material This paper focuses on the effect of compaction on the shear strength of bottom ash by using large direat shear apparatus of diameter of 30 cmx30 cm The results show that with compaction ratio of K95, the internal friction angle for bottom ash is much larger than with compaction ratio of K90 In addition, the cohesion is also quite high in two cases Thus, it is possible to use bottom ash as construction materials Keywords: Municipal solid waste incinerator ash, large direct shear, compaction GIỚI THIỆU CHUNG * Rác thải sinh hoạt tạo điện cách đốt nhà máy đốt rác, xu hƣớng giới Sản phẩm tro sinh thƣờng đƣợc sử lý theo hai cách: chôn lấp bãi rác, tái sử dụng nhƣ vật liệu thô thứ cấp Hiện nay, Việt nam hàng năm phát sinh 28 triệu rác, 76% đƣợc chôn lấp Nếu đƣợc đốt xử lý, Việt nam sản xuất đƣợc khoảng tỉ kwh năm 2020 sáu tỉ kWh năm 2050 từ rác thải Hiện số lò đốt rác sinh hoạt triển khai tỉnh Hà Nội, Thái Bình, Nam Định, Bình Dƣơng nhiên việc đốt rác phát điện vấn đề * Đại học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội, Việt Nam E-mail: anhtuandkt@utc.edu.vn E-mail: haihadkt@utc.edu.vn E-mail: nguyenchaulan@utc.edu.vn 30 Tại Hà nội tỉnh lân cận, tổng lƣợng tro xỉ thải khoảng 250 tấn/ngày năm 2015, khoảng 91 250 Con số khơng q lớn nhƣng cần có nghiên cứu để có cách thức sử dụng, quản lý hợp lý làm tiền đề cho dự án tƣơng tự thời gian tới Theo số liệu thống kê ứng với Megawatt (MW) điện, nhà máy xử lý thải bình quân 25 tro xỉ Nhƣ vậy, năm tới lƣợng tro xỉ từ nhà máy đốt rác đồng thời lƣợng tro xỉ sinh tăng nhanh Hiện nay, Nhà máy xử lý rác Thành Quang, Đan Phƣợng, lƣợng tro xỉ thải hàng ngày khoảng 50 đƣợc dùng để san lấp sản xuất gạch không nung Một số nghiên cứu tro đáy nhà máy đốt rác thuộc công ty cổ phần đầu tƣ Thành Quang cho thấy hàm lƣợng Fe2O3, CaO MgO có tro xỉ Việt Nam cao Trung Quốc Mỹ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Nguyên nhân phân loại rác Việt Nam chƣa tốt, lƣợng rác đƣa vào lẫn nhiều thành phần vơ Ngồi hàm lƣợng chất độc hại theo kết phân tích nằm dƣới ngƣỡng QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngƣỡng chất thải nguy hại) Nhƣ vậy, tro đáy từ trình đốt rác sinh hoạt phát điện nghiên cứu để sử dụng làm vật liệu xây dựng Hình hình bên dƣới thành phần hạt thành phần hỗn hợp tro đáy nhà máy đốt rác công ty cổ phần đầu tƣ Thành Quang [1] 100 Thanh phan hat nho hon (%) 80 60 40 Các nghiên cứu giới cho thấy tro đáy thƣờng đƣợc dùng cho xây dựng đƣờng, lớp móng đƣờng, khu vực bãi đỗ xe [2]–[5] Nó thƣờng đƣợc dùng chủ yếu cơng trình xây dựng nhƣ vật liệu thay cho kết cấu tự nhiên Các kết nghiên cứu giới tính chất vật lý tính chất học đƣợc đánh giá cho ứng dụng cơng trình Các thí nghiệm nhƣ nén trục xác nhận tro đáy có tính chất học nhƣ cát xây dựng Kết thí nghiệm cắt trực tiếp cho giá trị góc ma sát tro đáy khoảng 38°-55° Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng tính đầm chặt đến sức chống cắt vật liệu tro đáy trình đốt rác PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Lấy mẫu thí nghiệm Mẫu tro đáy đƣợc lấy từ nhà máy đốt rác Thành Quang, Đan Phƣợng Hà nội (Hình 3) Mẫu đƣợc đựng thùng nhựa khoảng 200 lít, đƣợc vận chuyển đến phịng thí nghiệm 20 1E-3 0.01 0.1 10 100 (mm) Hình Biểu đồ thành phần hạt cho loại tro đáy nhà máy đốt rác thuộc công ty cổ phần đầu tư Thành Quang Hình Mẫu tro đáy dùng cho thí nghiệm Hình Biểu đồ phân tích XRD cho loại tro đáy thuộc nhà máy công ty cổ phần đầu tư Thành Quang ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 2.2 Thí nghiệm vật lý Các tiêu tính chất vật lý nhƣ độ ẩm, tỷ trọng tiêu khác đƣợc thực theo TCVN có tham khảo tiêu chuẩn ASTM 2.3 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến - Thí nghiệm Proctor cải tiến đƣợc lựa chọn để đầm chặt mẫu theo TCVN - Thí nghiệm có cối đầm nhƣ hình vẽ 31 - Mẫu đƣờng kính lớn đƣợc chuẩn bị cho hai trƣờng hợp K90 K95 để xác định ảnh hƣởng đầm chặt đến sức chống cắt tro đáy KẾT QUẢ 3.1 Thí nghiệm vật lý Thí nghiệm vật lý xác định đƣợc khối lƣợng thể tích (1.6 g/cm3), trọng lƣợng riêng hạt (2.6 g/cm3) thành phần hạt nhƣ hình Hình Cối thí nghiệm đầm chặt Hình Thành phần hạt mẫu đường kính lớn 3.2 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến 20 19 18 k(kPa) 2.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn  Máy hãng WYKEHAM FARRANCE (Hình 5, 6)  Khả tạo lực tối đa 10 Xác định sức chống cắt loại đất có lẫn sạn sỏi với kích thƣớc hạt sỏi lớn tới 50mm tỷ lệ lẫn đất tới 50%  Mẫu đất kích thƣớc 300 x 300 mm, cao 140mm  Dùng kích ép đến chiều cao 1/3 chiều cao mẫu định tạo, xới rạch bề mặt lên thêm đất đầm cho lần sau  Tiêu chuẩn thí nghiệm tham khảo TCVN ASTM cho thí nghiệm cắt trực tiếp 17 wopt=(%) 16 kmax=15 (kPa) 15 14 13 12 11 10 12 14 16 18 20 22 24 26 w(%) Hình Biểu đồ đường cong Proctor cải tiến Kết thí nghiệm Proctor cải tiến theo hình 8, xác định đƣợc Wopt=22.8 % k max=15 kPa 3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn Kết cắt trực tiếp đƣờng kính lớn cho mẫu ứng với hệ số đầm chặt lần lƣợt K90 K95 đƣợc hình 9, 10 400 Hình Máy cắt đường kính lớn Equation y = a + b*x Weight No Weighting 1.40167 Residual Sum of Squares 0.99991 øng suÊt c¾t (kPa) Pearson's r 0.99962 Adj R-Square Value 300 Intercept B Slope Standard Error 72.96667 1.80847 0.6095 0.00837 200 K90 c=72.97 kPa độ 100 100 200 300 400 ứng suất pháp (kPa) Hình Mẫu đầm vào hộp cắt 30cmx30cm 32 Hình Biểu đồ sức định sức chống cắt ứng với hệ số đầm chặt K90 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 KẾT LUẬN Dựa vào kết thí nghiệm đƣa số kết luận sau Khi đầm chặt với độ chặt K95 giá trị góc ma sát tro đáy lớn nhiều so với trƣờng hợp có độ chặt K90, cƣờng độ lực dính đơn vị cao Nhƣ bƣớc đầu thấy có khả sử dụng vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác làm vật liệu xây dựng 400 Equation y = a + b*x Weight No Weighting 4.00167 Residual Sum of Squares 0.99989 Pearson's r 0.99958 Adj R-Square øng suÊt c¾t (kPa) Value Intercept B Slope Standard Error 79.33333 3.05569 0.9745 0.01415 300 K95 c=79.33 kPa ®é 200 100 200 300 400 øng st ph¸p (kPa) Hình 10 Biểu đồ sức định sức chống cắt ứng với hệ số đầm chặt K90 3.4 Ảnh hưởng đầm chặt đến sức chống cắt tro đáy từ nhà máy đốt rác Bảng ảnh hƣởng đầm chặt đến sức chống cắt vật liệu tro đáy sau đốt Giá trị góc ma sát mẫu ứng với K95 lớn 13 độ so mẫu K90 Bảng So sánh đầm chặt Tham số sức chống cắt K90 K95 Góc ma sát (độ) 31 44 71,97 79,33 Lực dính đơn vị, c (kPa) 46 Gãc ma s¸t trong, c (kPa) 44 42 40 Các kết nghiên cứu khác giới Kết cắt đk lớn (nhóm tg) 38 36 34 32 30 20 40 60 80 Lực dính đơn vị, c (kPa) Hỡnh 11 So sánh kết tính tốn kết nghiên cứu khác Hình 11 trình bày kết tính tốn so sánh với tác giả khác [2], [5]–[7] Khi vẽ lên biểu đồ kết thí nghiệm cho thấy lực dính đơn vị tăng nhiều so với tác giả khác Lý có lẫn nhiều mảnh sành vật liệu khác lẫn vào TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N Đ Thanh, “Thí nghiệm xác định tính chất lý tro xỉ từ nhà máy đốt rác sinh hoạt,” 2018 [2] Z Yang, R Ji, L Liu, X Wang, and Z Zhang, “Recycling of municipal solid waste incineration by-product for cement composites preparation,” Constr Build Mater., 2018 [3] A T Ahmed and H A Khalid, “Effectiveness of novel and traditional treatments on the performance of incinerator bottom ash waste,” Waste Manag., 2011 [4] E Toraldo, S Saponaro, A Careghini, and E Mariani, “Use of stabilized bottom ash for bound layers of road pavements,” J Environ Manage., vol 121, pp 117-123, 2013 [5] F Becquart, F Bernard, N E Abriak, and R Zentar, “Monotonic aspects of the mechanical behaviour of bottom ash from municipal solid waste incineration and its potential use for road construction,” Waste Manag., 2009 [6] M Arm, “Variation in mechanical properties of MSW incinerator bottom ash: Results from triaxial tests,” Waste Manag Ser., vol 1, pp 567–578, Jan 2000 [7] G Pecqueur, C Crignon, and B Quénée, “Behaviour of cement-treated MSWI bottom ash,” Waste Manag., vol 21, no 3, pp 229–233, Jun 2001 Người phản biện: PGS TSKH TRẦN MẠNH LIỂU ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 33 ... Biểu đồ sức định sức chống cắt ứng với hệ số đầm chặt K90 3.4 Ảnh hưởng đầm chặt đến sức chống cắt tro đáy từ nhà máy đốt rác Bảng ảnh hƣởng đầm chặt đến sức chống cắt vật liệu tro đáy sau đốt Giá... tro đáy khoảng 38°-55° Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng tính đầm chặt đến sức chống cắt vật liệu tro đáy trình đốt rác PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Lấy mẫu thí nghiệm Mẫu tro đáy đƣợc lấy từ. .. Thí nghiệm có cối đầm nhƣ hình vẽ 31 - Mẫu đƣờng kính lớn đƣợc chuẩn bị cho hai trƣờng hợp K90 K95 để xác định ảnh hƣởng đầm chặt đến sức chống cắt tro đáy KẾT QUẢ 3.1 Thí nghiệm vật lý Thí nghiệm