Nghiên cứu sử dụng tỷ lệ tro bay hợp lý của các nhà máy nhiệt điện để so sánh sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGÔ THANH VINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TỶ LỆ TRO BAY HỢP LÝ CỦA CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỂ SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG C C R UT.L Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng D Mã số: 8.58.02.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng – Năm 2020 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Trƣơng Hồi Chính Phản biện 1: TS Đặng Khánh An Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Chính C C R UT.L D Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 01 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng Dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tro bay (Fly ash) phần mịn tro xỉ than Tro bay bụi khí thải dạng hạt mịn thu từ trình đốt cháy nhiên liệu than đá nhà máy nhiệt điện chạy than, phế thải thoát từ buồng đốt qua ống khói nhà máy Thành phần tro bay thường chứa silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit lưu huỳnh oxit, ngồi chứa lượng than chưa cháy Bê tông chế tạo từ loại cốt liệu, chất kết dính, nước thêm phụ gia, nguyên liệu sản xuất hầu hết đến từ tự nhiên xi măng, cát, đá dần cạn kiệt, khí thải từ sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính Chúng ta khai thác, sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên mà phải tận dụng loại phế phẩm công nghiệp để làm chất phụ thêm vật liệu xây dựng Do đó, việc sử dụng tro bay loại phế thải công nghiệp điện (các nhà máy nhiệt điện) thải để dùng làm vật liệu xây dựng vấn đề cấp bách mang lại hiệu kinh tế thiết thực tro bay sử dụng để thay phần xi măng hỗn hợp bê tông C C R UT.L D Vì vậy, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng tỷ lệ tro bay hợp lý nhà máy nhiệt điện để so sánh phát triển cường độ chịu nén bê tông” nhằm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ tro bay đến phát triển cường độ nén bê tông Đối tƣợng nghiên cứu Bê tơng có phần xi măng thay tro bay Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1, có cấp bền B30, B35, sử dụng loại cốt liệu địa phương Phạm vi nghiên cứu Thí nghiệm so sánh phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện khác đến 90 ngày Các mẫu bê tơng có tỉ lệ thành phần tro bay thay xi măng 8%, 16% 24% Sử dụng cho bê tơng có cấp bền B30, 35 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn cấp phối với tỷ lệ 8%, 16% 24% tro bay nhà máy để so sánh kết cường độ bê tông đến R90 ngày với cấp bền B30, 35 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết đặc tính lý tro bay ứng dụng tro bay lĩnh vực xây dựng Thực thí nghiệm xác định cường độ bê tơng dựa TCVN, phương pháp thí nghiệm bê tơng C C R UT.L Ý nghĩa khoa học đề tài Tro bay thải từ nhà máy nhiệt điện có thành phần hóa D học khác nguồn nhiên liệu quy trình, thiết bị cơng nghệ nhà máy khác Từ kết nghiên cứu so sánh phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng tỷ lệ tro bay thay xi măng, đưa kết luận sử dụng tro bay có tính chất khác ảnh hưởng nhiều đến giá trị cường độ bê tông Bố cục đề tài: Mở đầu Chương 1: Tổng quan bê tông xi măng tro bay Chương 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu cường độ chịu nén bê tơng Chương 3: Quy trình thí nghiệm xử lý kết Tài liệu tham khảo Kết luận kiến nghị CHƢƠNG T NG QUAN VỀ BÊTÔNG XI MĂNG TRO BAY 1.1 Tổng quan bê tông xi măng 1.1.1 Chức bê tơng Tính học bê tông loại cường độ biến dạng Tính vật lý tính co ngót, từ biến, khả chống thấm, cách nhiệt, bê tông 1.1.2 Phân loại bê tông Có nhiều cách phân loại bê tơng, thường theo cách - Phân loại theo khối lượng thể tích: chia bê tông thành loại: bê tông đặc biệt nặng (γ0 >2500 kg/m3), bê tông nặng (γ0 = 1800 – 2500 kg/m3), bê tông nhẹ: γ0 = (500 - 1800) kg/m3, bê tông đặc biệt nhẹ (γ0 < 500 kg/m3) C C R UT.L - Phân loại theo chất kết dính: Bê tơng xi măng, bê tơng silicat, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông polime - Phân loại theo phạm vi sử dụng: Bê tông cơng trình, bê tơng cơng trình cách nhiệt, bê tơng cách nhiệt, bê tông thủy công, bê tông làm đường, bê tơng ổn định hóa học, bê tơng chịu lửa D 1.1.3 Phạm vi ứng dụng Bê tông ngày sử dụng rộng rãi ngành xây dựng dân dụng - cơng nghiệp, xây dựng cơng trình giao thơng, cơng trình thủy lợi, cơng trình quốc phịng, cơng trình thơng tin… 1.1.4 Thành phần bê tơng - Xi măng - Cốt liệu nhỏ (Cát) - Cốt liệu lớn (Đá dăm) - Nước - Chất phụ gia 1.2 Cƣờng độ bê tông Xác định cường độ bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 Cường độ nén viên mẫu bê tông (Rn) tính (daN/cm2) theo cơng thức: Rn = K.P/F Trong đó: P - Tải trọng phá hoại, (daN); F - Diện tích chịu lực nén viên mẫu, (cm2); K - Hệ số tính đổi kết thử nén viên mẫu bê tơng kích thước khác chuẩn cường độ viên mẫu kích thước 150x150x150 (mm) 1.3 Tổng quan tro bay ứng dụng tro bay phát triển cƣờng độ bê tông C C R UT.L 1.3.1 Tổng quan tro bay Tro bay loại khống hoạt tính pozzolan (là loại D puzzolan nhân tạo gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3, chiếm khoảng 84%), dùng làm phụ gia cho chế tạo bê tơng Tro bay bụi khí thải dạng hạt mịn thu từ trình đốt cháy nhiên liệu than đá nhà máy nhiệt điện chạy than, phế thải thoát từ buồng đốt qua ống khói nhà máy Theo thành phần hóa học, tro bay phân thành loại: tro axit (có hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu F) tro bazơ (có hàm lượng canxioxit lớn 10%, ký hiệu C) Tro bay dùng cho bê tông vữa xây cần đáp ứng tiêu chất lượng quy định Tro bay dùng cho xi măng cần đáp ứng tiêu chất lượng quy định Tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 – Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng Hầu hết loại tro bay hợp chất silicat bao gồm oxit kim loại SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… ngồi cịn có số kim loại nặng Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, Thành phần hóa học tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt điều kiện đốt cháy nhà máy nhiệt điện 1.3.2 Ứng dụng tro bay lĩnh vực xây dựng - Tăng mác bê tông - Giảm khả xâm thực nước, chống chua mặn - Chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm có tính chống thấm cao - Tính chịu lực cao bê tông tự nén với tro bay - Chống xâm nhập acid sulfuric bê tông đại - Tạo tính bền Sulfat cho bê tơng xi măng Portland - Hạ nhiệt cho bê tông C C R UT.L D 1.3.3 Vai trò tro bay phát triển bền vững Những lợi ích việc sử dụng tro bay bê tông vữa xi măng hướng tới phát triển bền vững bao gồm: giảm lượng khí thải CO2 mơi trường, giảm nguồn vật liệu xi măng poc lăng, tái sử dụng sản phẩm thải công nghiệp nâng cao độ bền bê tông 1.3.4 Phản ứng pozzolan tro bay bê tông Pozzolan vật liệu chứa SiO2 vơ định hình alumosilicat có kích thước hạt bé có mặt ẩm xảy phản ứng hóa học với Ca(OH)2 (sản phẩm q trình hydrate hóa xi măng) tạo thành hợp chất có tính chất xi măng ™ 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tro bay Việt Nam Ở Việt Nam, tổng công suất nhà máy nhiệt điện vận hành tính thời điểm 2010 4.250 MW dự kiến vào năm 2021 7.240 MW Bảng 1.3 - Tro bay từ NM nhiệt điện giai đoạn 2010-2020 Công suất, MW 2010 4.250 2015 6.240 2020 7.240 TT Năm Tiêu thụ than, triệu tấn/năm 12,75 18,72 21,72 Lượng tro bay, triệu tấn/năm 3,82-4,46 5,61-6,55 6,51-7,60 Nguồn cung cấp than nhiên liệu nước cho nhà máy điện thường loại than chất lượng thấp, có độ tro lớn 31÷32%, chí đến 43÷45% Do đó, nhà máy nhiệt điện thải lượng tro bay lớn, chiếm tới 20-30% lượng than sử dụng 1.5 Ứng dụng tro bay số lĩnh vực giới 1.5.1 Tro bay sử dụng lĩnh vực xây dựng C C R UT.L a Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp b Tro bay bê tông D c Tro bay làm đường sá d Gạch không nung từ tro bay e Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay f Làm vật liệu cốt nhẹ 1.5.2 Tro bay dùng nông nghiệp Tro bay cải taọ đất nâng cao khả giữ ẩm, phì nhiêu cho đất Nhiều nghiên cứu hiệu tro bay tới độ bền đất cải thiện độ bền cắt độ bám dính đất 1.5.3 Tro bay làm chất hấp phụ 1.5.4 Tro bay dùng công nghiệp gia công chất dẻo 1.5.5 Ứng dụng tro bay công nghệ nhựa nhiệt dẻo 1.6 Kết luận chƣơng - Bê tông loại vật liệu phổ biến sử dụng cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi… Các thành phần tạo nên bê tông bao gồm: Xi măng, cát, đá (sỏi) nước Ngoài ra, tùy thuộc vào yêu cầu loại cơng trình mà thêm phụ gia để tăng cường số đặc tính bê tông - Chất lượng bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cấp phối cốt liệu, chất lượng cốt liệu, hàm lượng N/X phụ gia có tro bay - Ở Việt Nam nay, tro bay sau tuyển đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật sử dụng bê tông xi măng Tro C C R UT.L bay có thành phần hóa học gồm oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO Các đặc điểm thành phần khống vật kích cỡ hạt có ảnh hưởng D lớn đến tính puzơlan tro bay, chi phối phát triển cường độ số tính chất BTXM tro bay - Quá trình phản ứng diễn hỗn hợp BTXM tro bay trình phức tạp gồm chuỗi phản ứng: phản ứng thuỷ hoá phản ứng puzơlan Kết q trình phản ứng puzơlan chuyển hóa thành phần Ca(OH)2 bền vững thành chất CSH có tính bền vững giúp cho bê tơng tăng thêm cường độ, tăng khả chống thấm, chống ăn mòn - Lựa chọn tỷ lệ tro bay / CKD hợp lý tạo bê tơng có cường độ chịu lực đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Bên cạnh đó, tro bay cịn có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa; tăng độ bền chịu nước, ion clo giảm lượng khí thải CO2 q trình sản xuất xi măng môi trường CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.1 Tiêu chuẩn áp dụng 2.2 Vật liệu chế tạo bê tông nặng 2.2.1 Xi măng Qua tìm hiểu loại xi măng có nước ta cho thấy, xi măng PCB40 Sơng Gianh có chất lượng tốt, thành phần khống hóa đạt u cầu có tính ổn định cao (SO3