Kết quả ứng dụng bê tông chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng tro bay và xỉ lò cao tại công trình thử nghiệm

Bài viết trình bày một phần kết quả nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông, quy trình tổ chức thi công và đánh giá chất lượng ban đầu của bê tông chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng tro bay và xỉ lò cao tại ứng dụng thực tế này.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CHẤT KẾT DÍNH KIỀM HOẠT HĨA SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO TẠI CƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Nguyễn Thanh Bằng, Nguyễn Tiến Trung Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Đinh Hoàng Quân Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Một nội dung quan trọng đề tài cấp Quốc gia KC08.21/16-20 “Nghiên cứu sử dụng kết hợp tro bay nhiệt điện xỉ lò cao để chế tạo bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa (khơng sử dụng xi măng) dùng cho cơng trình thủy lợi làm việc mơi trường biển góp phần bảo vệ môi trường” ứng dụng thử nghiệm bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng tro bay xỉ lị cao cơng trình thực tế để kiểm chứng chất lượng loại bê tông Cơng trình thử nghiệm đề tài thực đoạn kè biển từ K25+320 đến K25+340 khu vực thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, Việt Nam Bài báo trình bày phần kết nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tơng, quy trình tổ chức thi cơng đánh giá chất lượng ban đầu bê tông chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng tro bay xỉ lò cao ứng dụng thực tế Từ khóa: Bê tơng, chất kết dính kiềm hoạt hóa, tro bay, xỉ lò cao, geopolymer, ứng dụng thực tế Summary: One of the important contents of the KC08.21/16-20 Vietnamese national project, namely “Research on using a combination of fly ash and blast furnace slag to product the alkaliactivated concrete (do not use Portland cement) for construction working in the marine environment, contributing to environmental protection”, is the practical application of alkaliactivated fly ash and blast furnace slag concrete (AAFS) to verify the quality of this material This practical application is carried out at a sea embankment section from K25+320 to K25+340 in Thinh Long town, Hai Hau district, Nam Dinh province, Vietnam This article presents a part of the research results on the design of concrete mix components, the construction process and the initial quality assessment of AAFS concrete in this practical application Key words: Concrete, alkali-activated binder, fly ash, blast furnace slag, geopolymer, practical applicationmái đê đoạn K25+320 – K25+340 khu vực Thị trấn Thịnh Long – Hải Hậu – MỞ ĐẦU * Các nghiên cứu ngồi nước khẳng định khai thác sử dụng phế phụ phẩm công nghiệp luyện kim nhiệt điện xỉ lò cao tro bay để làm bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa, góp phẩn bảo vệ mơi trường Tuy nhiên, song song với kết đạt được, nhiều vấn để khoa học tồn chưa giải để đẩy mạnh ứng Ngày nhận bài: 25/11/2020 Ngày thông qua phản biện: 16/12/2020 dụng loại vật liệu “xanh” vào thực tế là: Chưa xây dựng sở khoa học, phương pháp tính tốn thành phần cấp phối bê tơng để thuận tiện áp dụng thực tiễn; Đa số nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng tro bay dạng qua tuyển với hàm lượng nung thấp ≤6%, chưa đề cập đến việc sử dụng loại tro bay có lượng nung cao, để giải tốt vấn đề mơi trường, Ngày duyệt đăng: 18/12/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ cần nghiên cứu để sử dụng loại tro bay này; Các nghiên cứu khả chống chịu bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng tro bay kết hợp xỉ lị cao trước tác nhân xâm thực biển chưa đề cập; Việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để nâng cao độ lưu động, cải thiện tính chất bê tơng hay khơng chưa đề cập; Chưa có quy trình cơng nghệ cho việc triển khai áp dụng vào thực tế; Hơn việc nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu Việt Nam hạn chế, đặc biệt hướng tiếp cận sử dụng kết hợp tro bay xỉ lị cao để làm bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa đóng rắn điều kiện nhiệt độ thường điều kiện Việt Nam thuận lợi cho việc ứng dụng thực tế chưa nghiên cứu Trên sở tồn nêu trên, đề tài tiếp cận theo hướng nghiên cứu sử dụng kết hợp tro bay xỉ lò cao để chế tạo bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa áp dụng cho cơng trình thủy lợi ven biển với mục tiêu là: 1) tận dụng tối đa, triệt để nguồn tro, xỉ thải Việt Nam, xem xét sử dụng dạng tro bay có hàm lượng nung 6% để chế tạo dạng bê tơng với chất lượng khác nhau, có mong muốn xử lý nhiều dạng phế thải góp phần bảo vệ mơi trường; 2) xây dựng sở khoa học, phương pháp tính tốn thành phần cấp phối bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng kết hợp tro bay nhiệt điện, xỉ lị cao để thuận tiện tính tốn thiết kế cấp phối thực tế; 3) Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất, thí nghiệm, thi cơng, nghiệm thu bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa sử dụng kết hợp tro bay nhiệt điện, xỉ lò cao nhằm chuyển giao áp dụng kết nghiên cứu vào thực tế xây dựng Việt Nam Các kết nghiên cứu thí nghiệm đề tài phịng thí nghiệm tối ưu thành phần cấp phối, xây dựng phương pháp tính tốn thành phần cấp phối loại bê tông xác định yếu tố ảnh hưởng đến tiêu lý bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa, xây dựng quy trình để chế tạo loại bê tông Việc triển khai ứng dụng thử nghiệm trường bước quan trọng để kiểm chứng kết hiệu chỉnh quy trình cơng nghệ củng cố sở khoa học thực tiễn cho việc triển khai đại trà ngồi trường Cơng trình thử nghiệm triển khai đoạn đê biển K25+320 - K25+340 thuộc đê biển Thị trấn Thịnh Long - Hải Hậu - Nam Định Nội Mơ hình thử nghiệm phạm vi khung bê tơng có chiều dài theo lý trình đoạn đê 20,0m, giải pháp sau: - Giữ nguyên kết cấu chân đê, lớp vật liệu lọc bao gồm 01 lớp vải địa kỹ thuật tương đương loại vải TS40; phía lớp đá dăm 1x2 dày 15cm; cấu kiện bê tông lục lăng cũ; - Khoan cấy thép neo vào hệ thống khung dầm bê tông cũ, lắp dựng cốt thép khung dầm; đổ bê tông cốt thép hệ khung dầm phía hệ khung dầm cũ Sau rải lớp đá dăm 1x2 dày 15cm; phía trải vải địa kỹ thuật tương đương loại vải TS40, cấu kiện bê tông lục lăng có hình thức, kích thước trạng chế tạo vật liệu bê tông chất kết dính kiềm hoạt hóa có cường độ ≥40Mpa TÍNH TỐN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TƠNG TẠI HIỆN TRƯỜNG 2.1 Các thông số đầu vào 2.1.1 Yêu cầu bê tông: - Theo yêu cầu đặt bê tông có cường độ ≥40Mpa Vì cơng trình thử nghiệm, để đảm bảo an tồn chọn mác bê tơng là: M45, tuổi 28 ngày, mẫu chuẩn 150 x 150 x 150mm - Các tính khác: khơng; Mơi trường làm việc: biển 2.1.2 Điều kiện thí nghiệm - Máy trộn loại cưỡng bức, nạp vật liệu thủ công, - Cân bàn Nhân Hịa hiển thị vạch chia, độ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC xác ±200g - Máy đầm dùi cầm tay chạy điện, công suất 1.5kw - Môi trường 32oC - Các yêu cầu công nghệ khác: không 2.1.3 Vật liệu chế tạo - Tro bay: Tro bay loại F đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 với đặc tính kỹ thuật bảng Khối lượng riêng tro bay aFA = 2,24g/cm3 - Xỉ lò cao: Xỉ lị cao Hịa Phát nghiền mịn với thành phần hóa học thể bảng 1, loại xỉ có tính bazơ (HM lớn 1,4) nên đảm bảo chế tạo bê tơng chất kết dính kiềm hoạt hóa có tính tốt Khối lượng riêng xỉ lò cao aBFS = 2,85g/cm3 𝐶𝑎𝑂 + 𝑀𝑔𝑂 + 𝐴𝑙2 𝑂3 𝐻𝑀 = = 1,585 𝑆𝑖𝑂2 Bảng 1: Thành phần hóa học tro bay xỉ lị cao ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 Chỉ tiêu phân tích SiO2 TiO2 T- Fe2O3 Al2O3 Na2O K2O CaO MgO MnO P2O5 SO3 Cr2O3 BaO SrO CuO ZnO NiO Thành phần hóa học Tro bay (%) 52,96 0,94 5,60 22,21 0,27 3,97 1,59 1,48 0,05 0,22 0,33 0,028 0,117 0,027 0,014 0,023 0,012 Thành phần hóa học Xỉ lò cao (%) 35,26 0,90 0,35 10,30 0,35 0,70 40,09 8,07 2,13 0,01 1,39 0,009 0,128 0,125 0,003 0,003 0,001 ST T Chỉ tiêu phân tích 18 MKN CƠNG NGHỆ Thành phần hóa học Tro bay (%) 9,92 Thành phần hóa học Xỉ lị cao (%)