Nghiên cứu tinh luyện sio2 từ vỏ trấu rơm để sản xuất vật liệu xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TINH LUYỆN SIO2 TỪ VỎ TRẤU, RƠM ĐỂ SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : THS VŨ HẢI YẾN Sinh viên thực : NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ MSSV: 1211090078 Lớp: 12DMT01 TP Hồ Chí Minh, 2016 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến LỜI CAM ĐOAN Sau khoảng thời gian học tập trường Công Nghệ TPHCM, tới em hoàn thành đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu tận dụng vỏ trấu, rơm rạ làm vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường” Em xin cam đoan:  Kết đồ án kết làm việc thân hướng dẫn giáo viên hướng dẫn  Các số liệu đồ án số liệu thực tế có dẫn chứng  Những tài liệu thu thập có dẫn chứng  Em xin chịu trách nhiệm lời cam đoan Tp.HCM, Ngày 08 tháng 08 năm 2016 Nguyễn Thị Huỳnh Như SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như i Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến LỜI CẢM ƠN Đồ Án Tốt Nghiệp hình thành kết năm học trường Đại Học Công Nghệ TP HCM với truyền đạt, hướng dẫn tận tình Thầy Cơ, giúp đỡ bạn bè, cổ vũ, động viên người thân gia đình Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo nhà trường tạo điều kiện tốt sở vật chất cho sinh viên chúng em tiến hành làm Đồ Án Tốt Nghiệp Em xin cảm ơn tồn thể Thầy Cơ Khoa Mơi Trường & Công Nghệ Sinh Học – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP HCM Em xin cảm ơn Cô Th.S Vũ Hải Yến, người giảng dạy hướng dẫn tận tình để em hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người thân gia đình tạo điều kiện để em học ngơi Trường Đại Học Cơng Nghệ TP HCM Vì thời gian hạn hẹp trình độ hiểu biết hạn chế, nên Đồ Án Tốt Nghiệp em cịn nhiều điều thiếu sót Em mong thơng cảm, đóng góp ý kiến sửa đổi quý Thầy Cô Em xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, Ngày 08 tháng 08 năm 2016 Nguyễn Thị Huỳnh Như SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như ii Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến M C C ỜI CAM ĐOAN i ỜI CẢM ƠN ii DANH M C TỪ VIẾT TẮT vi DANH M C BẢNG vi DANH M C HÌNH viii ỜI MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài: 2.Mục tiêu đề tài: 3.Nội dung nghiên cứu 4.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.Địa điểm thời gian thí nghiệm 6.Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp luận 6.2 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn 7.1 Ý nghĩa khoa học 7.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết cấu đề tài: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT IỆU 1.1 Tổng quan phế phẩm nông nghiệp 1.1.1 Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp 1.1.2 Nguồn gốc phát sinh phế phẩm nông nghiệp 1.1.3 Phân loại phế phẩm nông nghiệp 1.1.3.1 Bã nông nghiệp 1.1.3.2 Chất thải từ chăn nuôi gia súc 1.1.3.3 Thu gom, xử lý tái chế phế phẩm nông nghiệp 1.2 Tổng quan vỏ trấu 1.2.1 Nguồn gốc vỏ trấu 1.2.2 Hiện trạng vỏ trấu Việt Nam SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như iii Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến 1.2.3 Các ứng dụng vỏ trấu 10 1.2.3.1 Sử dụng làm chất đốt 10 1.2.3.2 Dùng vỏ trấu để lọc nước 11 1.2.3.3 Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu 11 1.2.3.4 Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ 12 1.2.3.5 Aerogel vỏ trấu- Mặt hàng công nghệ cao 13 1.2.3.6 Trấu phế phẩm khác làm pin sạc 15 1.2.3.7 Vỏ trấu làm sản phẩm vật liệu xây dựng nhẹ không nung 15 1.2.3.8 Sử dụng nhiệt lượng trấu sản xuất điện 16 1.2.3.9 Vỏ trấu cịn làm ngun liệu xây dựng 17 1.3 Tổng quan rơm rạ 18 1.3.1 Nguồn gốc rơm rạ 18 1.3.2 Hiện trạng rơm rạ Việt Nam 19 1.3.3 Ứng dụng rơm rạ 20 1.3.3.1 Sử dụng rơm rạ trồng nấm 20 1.3.3.2 Sử dụng rơm rạ làm phân hữu 21 1.3.3.3 Sử dụng rơm rạ sản xuất dầu sinh học 23 1.3.3.4 Sử dụng rơm rạ tạo điện 24 1.3.3.5 Sử dụng rơm thủ công mỹ nghệ 25 1.4 Tổng quan xi măng 26 1.4.1 Định nghĩa xi măng 26 1.4.2 Nguồn gốc xi măng 27 1.4.3 Thành phần hóa học clinke Portland biểu thị hàm lượng % oxit 27 1.4.4 Ứng dụng 27 1.5 Tổng quan phụ gia vật liệu xây dựng 28 1.6 Tổng quan sử dụng phụ gia Việt Nam 28 1.6.1 Nhu cầu sử dụng phụ gia 28 1.6.2 Lịch sử dùng phụ gia 29 1.7 Vữa xây dựng 29 1.7.1 Khái niệm chung 29 1.7.2 Vật liệu chế tạo vữa 30 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như iv Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến 1.7.2.1 Chất kết dính 30 1.7.2.2 Cốt liệu 31 1.7.2.3 Phụ gia 31 1.7.2.4 Nước 31 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ TÀI 32 2.1 Tình hình nghiên cứu nước 32 2.2 Tình hình nghiên cứu nước 33 2.2.1 Đề tài Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng (Vũ Thị Bách, Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,2010) 33 2.2.2 Đề tài “Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng” (Nguyễn Thị Chiều Dương, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, 2011) 34 2.2.3 Đề tài “Nghiên cứu tinh luyện SiO2 từ tro trấu phương pháp sinh học để sản xuất vật liệu xây dựng chất lượng cao.” (Vương Mỹ Ngọc, Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Thàng Phố Hồ Chí Minh) 36 2.2.4 Nhận xét ba phương pháp 39 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 3.1 Nội dung nghiên cứu 40 3.2 Phương pháp nghiên cứu 41 3.2.1 Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, xử lý sơ chế mẫu 41 3.2.3 Thí nghiệm 3: Đúc mẫu 45 3.2.4 Thí nghiệm 4: Kiểm tra tính chất lý 48 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO UẬN 51 4.1 Kết thí nghiệm kiểm tra hoạt tính vật liệu 51 4.2 Kết thí nghiệm kiểm tra tính chất lý 57 KẾT UẬN – KIẾN NGHỊ 66 Kết luận 66 Kiến nghị 68 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như v Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến DANH M C TỪ VIẾT TẮT KCN PCSIR Pakistan : Khu công nghiệp : Hội đồng Khoa học Nghiên cứu Công nghiệp PPHH : Phương pháp hóa học PPN : Phương pháp nhiệt TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như vi Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến DANH M C BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học vỏ trấu Bảng 1.2 Thành phần hóa học rơm rạ 17 Bảng 1.3 Thành phần tro rơm rạ 18 Bảng1.4 Hảm lượng oxit clinke Portland 27 Bảng 2.1 Kết kiểm tra hoạt tính vật liệu 32 Bảng 2.2 Kết đo độ bền nén trung bình mẫu vữa 33 Bảng 2.3 Bảng tần suất theo dõi tiêu 37 Bảng 2.4 Kết thông số tiêu sau 31 ngày ủ 38 Bảng 3.1 Tỷ lệ phối trộn chất phụ gia xi măng 45 Bảng 4.1 Kết thí nghiệm kiểm tra hoạt tính vật liệu 51 Bảng 4.2 Lượng nước cần thêm vào trình đúc mẫu 53 Bảng 4.3 Kết đo độ bền nén độ bền uốn mẫu vữa 56 Bảng 4.4 Kết độ bền nén độ bền uốn mẫu vữa sau hiệu chỉnh ngày tuổi 28 57 Bảng 4.5 Kết độ bền nén độ bền uốn trung bình mẫu vữa, phân Mác theo cường độ nén 58 Bảng 5.1 Kết xác định khoảng chứa ngưỡng phối trộn tối ưu 64 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như vii Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến DANH M C HÌNH Hình 1.1 Các loại bã nông nghiệp Hình 1.4 Vỏ trấu đổ bỏ sông Hình 1.2 Cây lúa Hình 1.3 Vỏ trấu Hình 1.5 Lò đốt trấu dùng sinh hoạt 10 Hình 1.6 Lị nung gạch sử dụng trấu 11 Hình 1.7 Máy ép củi trấu 12 Hình 1.8 Thanh củi trấp sau ép 12 Hình 1.9 Sản phẩm làm từ vỏ trấu 12 Hình 1.10 Vật liệu aerogel cách âm nhiệt 14 Hình 1.11 Tro trắng thành aerogel dạng bột 14 Hình 1.12 Đốt rơm trục đường giao thông 20 Hình 1.13 Đốt trực tiếp gốc rạ đồng 20 Hình 1.14 Thu hoạch nấm rơm 21 Hình 1.15 Nấm rơm sau làm 21 Hình 1.16 Các loại bã nông nghiệp sử dụng tạo nhiên liệu sinh học 23 Hình 1.17 Tranh phong cảnh làm từ rơm 24 Hình 1.18 Những ngơi nhà làm rơm xưa 26 Hình 2.1 Trấu sau nung 32 Hình 2.2 Quá trình loại bỏ Cacbon mẫu 34 Hình 2.3 Quá trình thu SiO2 mẫu 35 Hình 2.4 Mơ hình thí nghiệm 36 Hình 2.5 & 2.6 Mẫu phân ure sử dạng rắn sau hòa tan vào nước để trộn 36 Hình 2.7 & 2.8 Mẫu chế phẩm vi sinh dạng bột sau hòa tan vào nước để trộn 36 Hình 2.9 Trộn vật liệu 37 Hình 2.10 Mơ hình ủ hiếu khí 37 Hình 3.1Tro trấu sau đốt sơ 40 Hình 3.2 Tro trấu sau nung 950oC 40 Hình 3.3 Tro rơm sau đốt sơ 40 Hình 3.4 Tro rơm sau nung 950oC 40 Hình 3.5 Quy trình tinh chế SiO2 từ tro trấu, tro rơm 41 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như viii Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Hải Yến Hình 3.6 Mẫu đúc 46 Hình 3.7 Mẫu tháo khuôn sau 24h 47 Hình 3.8 Mẫu ngâm nước 47 Hình 3.9 Mẫu lấy khỏi nước 48 Hình 3.10 Đo độ bền uốn mẫu 48 Hình 3.11 Đo độ bền nén mẫu 49 Hình 4.1 SiO2 tinh chế từ vỏ trấu phương pháp nhiệt 50 Hình 4.2 SiO2 tinh chế từ vỏ trấu phương pháp hóa học 50 Hình 4.3 SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt 50 Hình 4.4 SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học 50 Hình 4.5 Biểu đồ thể độ hấp thu vôi mẫu SiO2 tinh chế 51 Hình 4.6 Biểu đồ biểu diễn độ hấp thu nước mẫu SiO2 tinh chế từ trấu rơm 52 Hình 4.7 Lượng nước sử dụng đúc mẫu vữa có thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt 53 Hình 4.8 Lượng nước sử dụng đúc mẫu vữa có thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học 54 Hình 4.9 Lượng nước sử dụng đúc mẫu vữa có thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt 54 Hình 4.10 Lượng nước sử dụng đúc mẫu vữa có thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học 55 Hình 4.11 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt thay đổi 58 Hình 4.12 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học thay đổi 59 Hình 4.13 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt thay đổi 60 Hình 4.14 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học thay đổi 61 Hình 4.15 So sánh cường độ chịu nén mẫu vữa có SiO2 tinh chế từ vỏ trấu rơm 61 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như ix Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến 350 300 250 200 Nước 150 100 50 Mẫu chuẩn Phụ gia 30% Phụ gia 50% Phụ gia 70% Hình 4.10 Lượng nước sử dụng đúc mẫu vữa có thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học 4.2 Kết thí nghiệm kiểm tra tính chất lý Mỗi mẻ mẫu ta có ba mẫu nhỏ, uốn ba mẫu gãy làm đôi ta thu ba số liệu độ bền uốn nửa mẫu, tiếp tục nén nửa mẫu ta thu số liệu độ bền nén Mỗi giá trị không vượt giá trị trung bình ±10% chia cho giá trị 1,6x10-3 m2 (đơn vị KN/m2) Tính trung bình kết Theo tiêu chuẩn có giá trị lệch 10% giá trị trung bình bỏ giá trị tính trung bình mẫu cịn lại Nếu mẫu cịn lại có giá trị lệch q trung bình 10% bỏ tồn Ta có kết đo độ bền nén độ bền uốn mẫu sau: SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 57 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến Bảng 4.3 Kết đo độ bền nén độ bền uốn mẫu vữa: Độ bền uốn (KN/m2) Mẫu SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học Mẫu đối chứng 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% Độ bền nén (KN/m2) M1 M2 M3 M1/1 M1/2 M2/1 M2/2 M3/1 M3/1 6328 3516 1406 8672 5977 1172 7500 4922 1875 4688 7734 1406 9318 5508 3164 1406 5625 3047 1172 8672 6094 1406 7617 5156 1641 4688 7383 1172 9480 11619 5850 2719 23316 14056 3469 15094 7800 3094 9311 10313 3347 35256 11131 5875 2719 25288 14300 3563 14188 7031 3000 9000 10500 3189 35515 11944 5813 2719 22937 13813 4219 11813 8206 3000 8999 11938 3755 36355 12021 5719 2719 22656 13650 3750 14020 8125 2156 8990 11813 3496 36988 11741 6053 2625 22890 14625 4313 15225 8063 3006 9662 11063 2975 34458 11944 6053 2531 22960 14463 3984 15310 7963 2812 9000 10875 2826 35070 5625 1406 7266 5391 1289 7617 1523 Theo TCVN 6025:1995 hệ thống mác bêtông quy định theo cường độ nén đặc trưng tuổi 28 ngày Nhưng khơng có đủ thời gian để ngâm mẫu 28 ngày nên phải hiệu chỉnh số liệu cường độ nén bêtông thu cường độ nén tuổi mẫu 28 ngày thông qua công thức qui đổi cường độ nén từ x ngày tuổi 28 ngày tuổi Công thức sau: fcj = 0.685 x log (j + 1) x fc28 (Theo BAEL BPEL Cộng hòa Pháp) SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 58 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến Trong đó: fcj cường độ nén mẫu ngày thứ j fc28 cường độ nén mẫu ngày thứ 28 Sau hiệu chỉnh ta có kết sau: Bảng 4.4 Kết độ bền nén độ bền uốn mẫu vữa sau hiệu chỉnh ngày tuổi 28 Độ bền uốn (KN/m2) Mẫu SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học Mẫu đối chứng SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% Độ bền nén (KN/m2) M1 M2 M3 M1/1 M1/2 M2/1 M2/2 M3/1 M3/1 8293 4608 2429 9731 9662 5684 9550 7956 5737 7578 8678 6818 10456 7218 4147 2429 7372 3993 2025 9731 9851 6818 9410 8335 5021 7578 8284 5684 10637 15227 7667 4697 26162 22722 16823 24400 12609 9467 10448 16671 16231 39560 14587 7699 4697 28375 23116 17279 22935 11366 9179 10099 16973 15465 39851 15653 7618 4697 25737 22329 20460 19096 13265 9179 10098 19298 18210 40794 15754 7495 4697 25422 22065 18186 22663 13134 6597 10087 19096 16954 41503 15387 7933 4535 25684 23641 20916 24611 13034 9197 10841 17883 14427 38665 15653 7933 4372 25763 23380 19321 24749 12872 8604 10099 17580 13705 39351 9093 6818 9423 8715 3944 8547 7386 59 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến Bảng 4.5 Kết độ bền nén độ bền uốn trung bình mẫu vữa, phân Mác theo cường độ nén Độ bền uốn Độ bền nén Mác theo 2 cường độ nén (KN/m ) (MPa) (KN/m ) (MPa) 7628 7.6 15612 15.6 M150 SiO2 tinh chế từ trấu phương 4249 4.2 7808 7.8 M75 pháp nhiệt 2294 2.3 4697 4.7 M50 9643 9.6 25837 25.8 M250 SiO2 tinh chế từ trấu phương 9535 9.5 23215 23.2 M200 pháp hóa học 6440 6.4 19721 19.7 M200 9461 9.4 24174 24.2 M200 SiO2 tinh chế từ rơm phương 8335 8.3 13076 13.1 M150 pháp nhiệt 4901 4.9 9256 9.2 M100 7704 7.7 10096 10.1 M100 SiO2 tinh chế từ rơm phương 8503 8.5 18464 18.5 M150 pháp hóa học 6629 6.6 16715 16.7 M150 Mẫu đối chứng 10547 10.5 39954 39.9 M400 (Xem Mác bê tông theo cường độ chịu nén Phụ lục) Qua kết đo độ bền nén thấy khả đúc mẫu kết kết đo độ bền nén tin cậy Do sai số mẫu với giá trị trung bình thỏa so với yêu cầu TCVN 6016-1995 Thành phần Tỷ lệ % 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% 30% 50% 70% Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa thể qua hình sau: 18 16 14 12 10 Cường độ chịu nén Phụ gia 30% Phụ gia 50% Phụ gia 70% Hình 4.11 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt thay đổi SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 60 Đồ án tốt nghiệp - GVHD: Ths Vũ Hải Yến Nhận xét: Tỷ lệ thay ximang SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt cao cường độ chịu nén khối bê tơng giảm, suy ngưỡng tối ưu cho tỷ lệ phối trộn nằm khoảng 10 – 30% Kết hợp với kết nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng” (Vũ Thị Bách, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,2010) ta xác định khoảng chứa ngưỡng tối ưu từ 10 - 20%, kết đề tài cho thấy độ chịu nén mẫu vữa chứa 20% SiO2 tinh chế thấp mẫu chứa 10% Giá trị cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ phối trộn gần ngưỡng tối ưu (mẫu 10%) cao (37,9 MPa) 30 25 20 15 Cường độ chịu nén 10 Phụ gia 30% Phụ gia 50% Phụ gia 70% Hình 4.12 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học thay đổi - Nhận xét: Tỷ lệ thay ximang SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học cao cường độ chịu nén khối bê tơng giảm, suy ngưỡng tối ưu cho tỷ lệ phối trộn nằm khoảng 10 – 30% Kết hợp với kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng” (Nguyễn Thị Chiều Dương, Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, 2011) ta xác định khoảng chứa ngưỡng tối ưu từ 20 – 30%, kết SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 61 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến đề tài cho thấy độ chịu nén mẫu vữa chứa 20% SiO2 tinh chế cao mẫu chứa 10% giá trị cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ phối trộn gần ngưỡng tối ưu cao (mẫu phối trộn 20% tinh chế có cường độ chịu nén 35.9 MPa) Kỳ vọng mẫu vữa có tỷ lệ phối trộn SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt phương pháp hóa học đạt ngưỡng tối ưu tạo bêtông cường độ cao (bê tông cường độ cao bêtơng có M400 trở lên) 30 25 20 15 Cường độ chịu nén 10 Phụ gia 30% Phụ gia 50% Phụ gia 70% Hình 4.13 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt thay đổi - Nhận xét: Tỷ lệ thay ximăng SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt cao cường độ chịu nén khối bê tông giảm, suy ngưỡng tối ưu cho tỷ lệ phối trộn nằm khoảng từ 50% trở xuống SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 62 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến 20 18 16 14 12 10 Cường độ chịu nén Phụ gia 30% Phụ gia 50% Phụ gia 70% Hình 4.14 Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ thành phần SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học thay đổi - Nhận xét: kết độ bền nén mẫu vữa có tỷ lệ phối trộn 50% SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học cao so với hai mẫu 30 70%, tỷ lệ phối trộn mẫu thử nằm khoảng rộng (chênh lệch 20%) ta suy khoảng chứa ngưỡng phối trộn tối ưu từ 30 - 70% Nếu muốn xác định ngưỡng tối ưu xác cần phải làm thí nghiệm với tỷ lệ phối trộn nằm khoảng nhỏ 30 25 Trấu PPHH 20 Trấu PPN 15 Rơm PPHH 10 Rơm PPN 30% 50% 70% Hình 4.15 So sánh cường độ chịu nén mẫu vữa có SiO2 tinh chế từ vỏ trấu rơm SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 63 Đồ án tốt nghiệp - GVHD: Ths Vũ Hải Yến Nhận xét: Tại tỷ lệ phối trộn 30%, 50% 70% nhận thấy mẫu vữa phối trộn SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học có cường độ chịu nén cao so với mẫu SiO2 tinh chế khác, đặc biệt cao nhiều so với mẫu SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt Điều phù hợp với kết đo hoạt tính vật liệu thí nghiệm 2, độ hấp thu vơi SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học cao mẫu SiO2 tinh chế khác, tức hoạt tính SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học mạnh so với mẫu lại Tuy nhiên để kết luận vữa chứa SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học có độ bền độ chịu lực cao hơn, mang lại hiệu cao so với SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt SiO2 tinh chế từ rơm chưa đủ điều kiện Bởi mẫu SiO2 tinh chế hiệu tùy thuộc vào giá trị cường độ chịu nén mẫu vữa có tỷ lệ phối trộn đạt ngưỡng tối ưu - Các mẫu SiO2 tinh chế từ trấu rơm có hạt mịn nên với xi măng có tác dụng nhét khe kẽ cốt liệu xi măng làm cho bê tơng đặc hơn, có độ chống thấm cao Các thành phần hoạt tính tương tác với vơi Ca(OH)2 xi măng thuỷ hố sinh bê tơng để biến Ca(OH)2 dễ hồ tan, kết tinh yếu, bền vững thành CSH (hydro canxi silicat) kết tinh bền vững Nói chung SiO2 tinh chế từ trấu rơm cải thiện cấu trúc, làm cho bê tông đặc Tuy nhiên phối trộn thành phần SiO2 nhiều dẫn đến thời gian ninh kết xi măng kéo dài, độ hút nước lớn, xi măng dính kết, khơng đủ lượng Ca(OH)2 sinh để dính kết với SiO2 Điều làm ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu, độ bền nén thấp đồng nghĩa với việc khả chịu lực thấp Cho nên mấu chốt định để tạo vật liệu xây dựng chất lượng cao có chứa SiO2 tinh chế từ trấu rơm tìm ngưỡng phối trộn tối ưu, ngưỡng vật liệu có cường độ chịu nén lớn nhất, sau ngưỡng cường độ chịu nén giảm dần - Không áp dụng mẫu SiO2 tinh chế từ trấu tý lệ phối trộn lớn để thay xi măng làm vật liệu xây dựng mẫu có độ hấp thu nước cao thành phần tro trấu xi măng nhiều dẫn đến việc vữa giảm độ bền nén vữa khơ khơng tạo nên độ kết dính khơng tạo cho mẫu vữa độ đặc cho thêm nước vào để mẫu đạt đủ lượng ẩm dẻo khả kết dính độ hoạt tính mẫu giảm đáng kể Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn định tùy thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn, hàm SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 64 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến lượng phụ gia Nước thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ mẫu vữa tăng lên Với lượng nước dùng thí nghiệm xác định cảm quan nên kết đo độ bền bị ảnh hưởng Nếu nước, xi măng khơng thủy hóa hồn tồn Khi đó, nước bao bọc hạt cốt liệu màng mỏng, màng nước liên kết với bề mặt hạt vật liệu băng lực hút phân tử hỗn hợp vữa chưa đạt độ dẻo Khi lượng nước nhiều lượng nước tự nhiều, độ dẻo hỗn hợp vữa tăng lên nước bay để lại nhiều lỗ rỗng vữa làm cường độ nén bị giảm Vì vậy, ta cần phải xác định lại lượng nước tiêu chuẩn thay đổi thành phần cốt liệu kết bền xác - Nhận xét mẫu SiO2 tinh chế từ trấu rơm phương pháp hóa học Trong q trình tách SiO2 tro, sản phẩm SiO2 thu cịn có chứa Cl- ion OH- Ion Cl- cản trở Ca(OH)2 tác dụng với SiO2 để tạo thành khoáng bền, ngược lại tạo thành muối tan, theo phản ứng sau: Ca2+ + Cl- = CaCl2 Làm cho mẫu vữa rắn Nếu bên bê tơng có cốt thép dẫn đến ăn mòn cốt thép Ion OH- gây phản ứng kiềm – silic hồ xi măng Khi sử dụng vật liệu có chứa ion OHlàm bê tơng vữa gây phản ứng kiềm - silic hồ xi măng Sau vữa bê tông tiếp xúc với khơng khí, kiềm tương tác với CO2 khơng khí theo phản ứng: OH- + CO2 = CO32- + H+ Hình thành muối cacbonat kết tinh nở thể tích, hút thêm nước tạo áp lực làm nứt vữa, bê tông Phản ứng kiềm – silic gây dãn nở nứt bê tông, hệ làm ảnh hưởng đến kết cấu phá hủy cấu trúc Vậy có diện ion Cl- OH- gây bất lợi cho trình hình thành liên kết rắn gây phá hoại cơng trình Đây ngun nhân phải rửa nhiều lần gel thu SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 65 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận - SiO2 tinh luyện phương pháp hóa học có độ tinh khiết cao hơn, hiệu ứng dụng làm vật liệu xây dựng cao phương pháp nhiệt - Ngồi trấu rơm nguồn nguyện liệu dồi khả thi để tinh luyện SiO2 - Khi sử dụng SiO2 tinh luyện từ trấu rơm thay ximăng tỷ lệ khác ta thu mẫu vữa có độ bền khác từ M75 – M200 Tùy theo mục đích sử dụng mẫu vữa yêu cầu độ bền mà lựa chọn tỷ lệ thay ximăng khác - Qua trình tinh chế SiO2 từ trấu rơm ta thu SiO2 có độ tinh khiết tương đối lớn, khơng cịn cacbon Kết thử bền nén mẫu sử dụng SiO2 tinh chế thay 30%, 50%, 70% xi măng giúp ta tìm khoảng chứa ngưỡng phối trộn tối ưu để mẫu vữa đạt Mác cao sau: Bảng 5.1 Kết xác định khoảng chứa ngưỡng phối trộn tối ưu - Mẫu Khoảng chứa ngưỡng phối trộn tối ưu SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp nhiệt 10% - 20% SiO2 tinh chế từ trấu phương pháp hóa học 20% - 30% SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp nhiệt < 50% SiO2 tinh chế từ rơm phương pháp hóa học 30% - 70% Các nguyên nhân làm giảm độ bền nén độ chịu lực mẫu vữa có thành phần phụ gia SiO2 tinh luyện từ vỏ trấu, rơm:  Thành phần SiO2 nhiều dẫn đến thời gian ninh kết xi măng kéo dài, độ hút nước lớn, xi măng dính kết, khơng đủ lượng Ca(OH)2 sinh để dính kết với SiO2  Mẫu SiO2 tinh chế từ trấu có độ hấp thu nước cao thành phần tro trấu xi măng nhiều dẫn đến việc vữa khơ khơng tạo nên độ kết dính SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 66 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến không tạo cho mẫu vữa độ đặc cho thêm nước vào để mẫu đạt đủ lượng ẩm dẻo khả kết dính độ hoạt tính mẫu giảm đáng kể  Sự tồn ion Cl- OH- mẫu SiO2 Ion Cl- cản trở Ca(OH)2 tác dụng với SiO2 để tạo thành khoáng bền, ngược lại tạo thành muối tan, ion OH- gây phản ứng kiềm – silic hồ xi măng làm mẫu vữa rắn chắc, dễ nứt, ăn mòn cốt thép - Quy trình sản xuất SiO2 từ trấu rơm theo hai phương pháp:  Phương pháp nhiệt: Vỏ trấu, rơm Nung 950oC Nghiền, rây tạo độ mịn SiO2 có độ tinh khiết cao Hịa tan tro trấu, tro rơm với NaOH khuấy 100oC 4h Lọc bỏ cặn, than dư Trung hòa với acid HCl thu SiO2 dạng gel Đốt sơ  Phương pháp hóa học: Vỏ trấu, rơm Đốt sơ Nghiền, rây tạo độ mịn Nung gel khô 550oC 2h Làm khơ gel lị sấy 105oC Rửa gel với nước nhiều lần SiO2 có độ tinh khiết cao - Tuy nhiên, số yếu tố khách quan mà đề tài chưa làm số điều sau:  Chưa xác định độ tinh khiết mẫu SiO2 tinh luyện  Chưa xác định lượng nước tiêu chuẩn thêm vào trình đúc mẫu, chưa tìm giải pháp để hạn chế nhược điểm mẫu vữa mẫu SiO2 tinh luyện có độ hấp thu nước lớn gây SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 67 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến  Chưa tìm tỷ lệ phối trộn tối ưu cho mẫu SiO2 tinh luyện  Chưa xác định thời gian cần thiết để mẫu vữa có thành phần phụ gia SiO2 ninh kết hoàn toàn Kiến nghị  Silic đioxit thành phần quan trọng sản xuất xi măng, chế tạo bê tông, gạch chịu nhiệt, chất cách điện, phụ gia sản xuất thép, vật liệu xây dựng chất lượng cao Hiện Việt Nam chưa có dây chuyền cơng nghệ sản xuất SiO2 từ trấu, rơm rạ Chúng ta cần nghiên cứu, chế tạo thiết bị có khả tách SiO2 từ trấu, rơm rạ Giảm nhập khai thác nguồn silic dioxit từ thiên nhiên, tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp trấu, rơm dồi nguồn chất thải rắn khổng lồ đè nặng lên mơi trường  Khuyến khích người nơng dân sử dụng vỏ trấu làm chất đốt tiết kiệm chi phí mua loại nhiên liệu khác gas, củi, dầu, than tổ ong hay than đá,… đồng thời thu lợi ích từ việc bán lượng tro cho doanh nghiệp, cịn doanh nghiệp giảm phần lớn chi phí cho việc vận chuyển sơ chế nguyên liệu Phương hướng phát triển  Nghiên cứu cải tiến quy trình cơng nghệ tinh luyện SiO2 từ trấu rơm phương pháp hóa học để loại bỏ hoàn toàn tồn ion OH-, Cl-, giảm lượng nước dùng cho trình rửa gel đến mức thấp  Qua kết nghiên cứu việc cho thêm nước trình phối trộn SiO2 tinh chế từ trấu vào xi măng góp phần làm tăng độ dẻo hỗn hợp, cho kết chưa tốt Vì ta cần phải nghiên cứu lượng nước tiêu chuẩn kết hợp với phụ gia khác làm giảm khả hấp thụ nước chúng kết kiểm tra độ bền tốt ứng dụng vào cơng trình có bê tơng mác cao  Nghiên cứu tìm tỷ lệ phối trộn với ximăng tối ưu cho mẫu SiO2 tinh luyện từ trấu rơm  Thành phần SiO2 mẫu vữa lớn mẫu vữa cần thời gian ninh kết dài, cần xác định xác thời gian để mẫu vữa có thành phần phụ gia SiO2 ninh kết hồn toàn SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 68 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] Báo công nghiệp Việt Nam, (số 35/2006) - [2] Bộ xây dựng (2000), Giáo trình vật liệu xây dựng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội - [3] Nguyễn Lân Dũng, (2004), Công nghệ nuôi trồng nấm, pp 8-15 - [4] Nguyễn Tiến Trung, ThS Phạm Đức Trung (Viện Thủy Công), PGS.TS Nghiêm Xuân Thung (Trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), Ảnh hưởng tro trấu đến cường độ, tính chống thấm bê tông thủy công - [5]: PGS.TS Đặng Tuyết Phương, TS Trần Thị Kim Hoa, PGS.TS Vũ Anh Tuấn (2010) Dầu Khí, pp 44 - 49 - [6]: PREGA (2004) : Demonstrasion of Rice hust – fire Power Plan in Thailand, pp18-20 - [7]: TS Đào Văn Đông , (2007): Nghiên cứu góp phần hồn thiện cơng nghệ sản xuất phụ gia tro trấu Việt Nam, pp 2-8 - [8]: Th.S Huỳnh Thị Hạnh (2008), thí nghiệm chuyên đề xi măng, đại học quốc gia, đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh - [9]: Trương Đình Hồi, (2009) Chất thải chăn nuôi-hiện trạng giải pháp, pp 3-15 - [10]: Vanderholm Dale H, (1985) Aricultural waste manual, pp – 15 - [11] : http://www.agroviet.gov.vn/ - [12] : http://www.tainguyenmoitruong.com.vn - [13]: http://www.khuyennongvn.gov.vn/i-hoidap/van-111e-chung/khai-thac-su-dung- huu-co-trong-nen-nong-nghiep-ben-vung - [14]: http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc - [15]: http://www.energyefficiencyasia.org/ - [16]: http://www.baomoi.com/Dong-bang song Cuu Long Phat trien nang luong tu phu pham nong nghiep/45/4453335.epi - [17]:http://www.dongthap.gov.vn/wps/wcm/connect/Internet/sitchinhquyen/sitatongqu an/sitadieukientunhien/20110124+dieu+kien+tu+nhien - [18]: https://sites.google.com/site/vnggenergy/ - [19]:http://www.forcedgreen.com/2010/09/from-waste-to-green-energy-power-plants/ SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 69 Đồ án tốt nghiệp - [20]: GVHD: Ths Vũ Hải Yến http://m.vntvietnam.com/xem-tin/quy-doi-mac-be-tong-(m)-tuong-ung-voi-cap- do-ben-(b)-246.html - [21]: http://vatlieuxaydung.org.vn/vlxd-ket-cau/vua/bang-tra-mac-vua-xi-mang-be- tong-trong-xay-dung-4728.htm - [22]: http://tieuchuan.mard.gov.vn/Documents/Uploads/ SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như 70 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Vũ Hải Yến PH L C Bảng A.1 - Tương quan cấp độ bền chịu nén bê tông mác bê tông theo cường độ chịu nén Cường độ Mác theo Cấp độ bền trung bình cường độ chịu nén mẫu thử chịu nén chuẩn, MPa Cường độ Mác theo Cấp độ bền trung bình cường độ chịu nén mẫu thử chịu nén chuẩn, MPa B3,5 4,50 M50 B35 44,95 M450 B5 6,42 M75 B40 51,37 M500 B7,5 9,63 M100 B45 57,80 M600 B10 12,84 M150 B50 64,22 M700 B12,5 16,05 M150 B55 70,64 M700 B15 19,27 M200 B60 77,06 M800 B20 25,69 M250 B65 83,48 M900 B22,5 28,90 M300 B70 89,90 M900 B25 32,11 M350 B75 96,33 M1000 B27,5 35,32 M350 B80 102,75 M1000 B30 38,53 M400 Nguồn: TCVN 5574:2012 SVTH: Nguyễn Thị Huỳnh Như ... pháp, nghiên cứu khả thi, hiệu để tận dụng nguồn vỏ trấu rơm đề tài "Nghiên cứu tinh luyện SiO2 từ vỏ trấu, rơm để sản xuất vật liệu xây dựng" hướng đến mục tiêu tạo loại vật liệu xây dựng chất... lượng vật liệu xây dựng - Đo đạc tính chất lý, hóa học vật liệu xây dựng làm từ tro trấu, rơm rạ - Tìm ngưỡng tối ưu tỷ lệ phối trộn SiO2 tinh chế từ tro trấu, rơm rạ việc sản xuất vật liệu xây dựng. .. NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu việc dùng vỏ trấu rơm rạ để tạo thành vật liệu xây dựng gồm nội dung sau: Vỏ trấu, rơm Tinh chế SiO2 Phương pháp hóa học Phương pháp nhiệt SiO2 tinh