Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ ( polystyrene concrete) có sử dụng chất thải nguy hại báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

3.2 Tạo và đúc mẫu bê tông nhẹ Vì chưa có tiêu chuẩn Việt Nam cụ thể dành riêng cho việc thiết kế cấp phối chế tạo Bê tông nhẹ bằng các cốt liệu nhẹ như EPS, nghiên cứu này tạm sử dụng

IUH1819

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ

(Polystyrene concrete) có sử dụng chất thải công nghiệp không nguy

hại

Mã số đề tài: 171.4041

Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Doãn Dung

Đơn vị thực hiện: Viện Khoa học Công nghệ

và Quản lý Môi trường

i

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn: Trường Đại học Công nghiệp đã chấp thuận cho phép tiến hành nghiên cứu với sự hỗ trợ về tài chính theo mã số 171.4041

Các phòng ban liên quan đã hỗ trợ nhóm nghiên cứu về mặt thủ tục hành chính

Phòng Sau đại học và Tạp chí ĐHCN đã hỗ trợ thúc đẩy để các kết quả nghiên cứu này được công bố nhanh nhất giúp đề tài có thể hoàn thành theo kế hoạch

Công ty xi măng FICO – Nhà Bè đã hỗ trợ chuyên gia và trang thiết bị cần thiết để thực hiện nghiên cứu

Viện KHCN&QL Môi trường đã tạo điều kiện về thời gian để tôi thực hiện đề tài

Các đồng nghiệp, bạn bè hỗ trợ với những đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn

Thành viên nhóm nghiên cứu, và sinh viên đã cố gắng hết sức để hoàn thành nghiên cứu này với kế quả tốt nhất

Gia đình đã hỗ trợ về mặt thời gian và tinh thần để có thể hoàn thành nghiên cứu này

PHẦN I THÔNG TIN CHUNG

I Thông tin tổng quát

1 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ (Polystyrene concrete) có sử dụng chất thải công

nghiệp không nguy hại

2 Mã số: 171.4041

3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

01 Ths Đỗ Doãn Dung Viện KHCN&QLMT Chủ nhiệm đề tài

02 TS Vũ Bảo Khánh Vitec Sài Gòn Thư ký đề tài

03 TS Vũ Văn Vân ĐH Nguyễn Tất Thành Viết báo cáo

04 TS Giang Ngọc Hà ĐH Công nghiệp- Thực phẩm Xử lý số liệu

05 Trần Thị Phúc Ngân ĐHCN TPHCM Thực hiện thí nghiệm, ghi lại

kết quả

06 Lai Trung Quốc ĐHCN TPHCM Thực hiện thí nghiệm, ghi lại

kết quả

4 Đơn vị chủ trì:

5 Thời gian thực hiện:

1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 03 năm 2018

1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng 09 năm 2018

1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 8 năm 2018

6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

Ý kiến của cơ quan quản lý:………

……….………

……….………

….……….………

……….………

……….……….………

……….………

……….……….………

……….………

……….………

……….……….………

7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 55 000 000 triệu đồng

II Kết quả nghiên cứu

1 Đặt vấn đề

Nhận thức được các tác động xấu đến môi trường do quá trình sản xuất gạch đất sét nung đem lại, Chính phủ đã có quyết định số 567/QĐ-TTg về việc phát triển vật liệu không nung đến năm

2020 [29], bao gồm gạch xi măng – cốt liệu, gạch nhẹ và gạch khác Trong các chủng loại sản phẩm, gạch nhẹ từ bê tông nhẹ đã được khuyến khích đưa vào sử dụng ở nhiều nơi [24, 26, 27, 28, 29] Ở

iii tông AAC) Gạch bê tông bọt, gạch tổ ong… cũng được sử dụng, nhưng với tổng sản lượng sản xuất cao nhất trên khắp cả nước so với các loại gạch không nung khác vẫn thấp hơn gạch bê tông AAC [20, 30, 33, 34, 35] So với gạch nung truyền thống, điểm mạnh của gạch AAC là có khối lượng riêng nhẹ nên dễ dàng cho vận chuyển và thi công Tuy nhiên, gạch AAC đòi hỏi sử dụng vữa xây chuyên biệt và yêu cầu nghiêm ngặt về quy trình thi công [20] Trong khi đó, Gạch tổ ong, gạch bê tông cốt liệu, các khối xây…có khối lượng riêng lớn nên tốn công trong quá trình vận chuyển và thi công Bên cạnh đó, Sau một thời gian triển khai Quyết định 567/QĐ-TTG, sản phẩm gạch không nung nhìn chung sau khi đưa vào sử dụng có nhiều khiếm khuyết như: tường bị thấm, tường bị nứt, hiện tượng tách lớp giữ lớp vữa xây và vật liệu xây [15, 16, 25, 37, 50] Ngoài ra, cát vẫn là nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất các bê tông AAC, gạch cốt liệu … trong khi vấn đề khan hiếm cát

sử dụng trong xây dựng đang được quan tâm Đó đang là những thách thức lớn cho mục tiêu thay thế hoàn toàn gạch nung cho ngành xây dựng

Hiện nay, Bê tông Polystyrene là loại bê tông nhẹ mới nhất và đang được sử dụng trong xây dựng cơ bản ở các nước tiên tiến như Hoa Kỳ, Nga, Canada… [1, 13, 32] Loại bê tông này đặc trưng với độ hút ẩm dưới 8% và khối lượng riêng tương đương bê tông AAC Để thi công bằng gạch

bê tông Polystyrene, người thợ xây chỉ cần sử dụng vữa xây thông thường và cách thức xây tương tự gạch nung truyền thống Bên cạnh đó, ngoài việc sử dụng nguyên liệu chính là xi măng và các hạt xốp EPS, bê tông polystyrene còn có thể sử dụng các chất thải công nghiệp không nguy hại thay thế một phần nguyên liệu sản xuất [2, 4, 9, 22] Về đặc tính sản phẩm, bê tông Polystyrene là giải pháp

để khắc phục các nhược điểm của các loại gạch bê tông nhẹ hiện có tại Việt Nam, và hỗ trợ thúc đẩy công tác bảo vệ môi trường, và có thể mở ra hướng để thay đổi được hoàn toàn gạch nung

Tại Việt Nam, cũng có những đề tài nghiên cứu liên quan đến việc ứng dụng hạt EPS để tạo rỗng cho bê tông Tiêu biểu là đề tài “Khảo sát tối ưu thành phần của bê tông nhẹ tạo rỗng bằng hạt EPS để sản xuất panel tường và panel sàn dùng cho công trình nhà ở lắp ghép” [14] Sản phẩm thu được có khối lượng riêng từ 850 – 1300 kg/m3 vẫn còn cao hơn nhiều so với gạch AAC và gạch bê tông bọt Và sản phẩm của nghiên cứu này vẫn có sử dụng cát làm cốt liệu Vì thế, cần nghiên cứu thêm để tìm ra sản phẩm bê tông polystyrene (Polystyrene concrete - PC) tối ưu có khối lượng riêng

và cường độ tương tự gạch AAC với mục đích sử dụng là làm vật liệu xây không chịu lực

Với mong muốn tự chủ về năng lượng và giảm tỷ trọng kinh tế dựa vào việc xuất khẩu nguyên liệu thô như dầu mỏ, Việt Nam đã cấp phép đầu tư cho nhiều nhà máy lọc dầu trải dài trên lãnh thổ Tuy nhiên, cả nước mới chỉ có nhà máy lọc hoá dầu Bình Sơn đang hoạt động ổn định với công suất trên 10.000.000 triệu thùng dầu/năm Trong quá trình hoạt động một lượng chất thải rắn công nghiệp đáng kể bị thải ra và yêu cầu phải có giải pháp xử lý và quản lý thích hợp Trong số đó có xúc tác FCC bị mất hoạt tính (hay còn gọi là xúc tác qua sử dụng- gọi tắt là “RFCC”) hàng năm được thải ra nhiều nhất Khi hoạt động ổn định, trung bình mỗi ngày nhà máy thải ra từ 15- 20 tấn RFCC, thậm chí có ngày lên đến 25 tấn, tương đương với 6500- 8500 tấn RFCC cần phải được xử lý hàng năm Hàng năm, nhà máy phải tiêu tốn một phần lợi nhuận kinh doanh cho công tác xử lý RFCC bằng biện pháp chôn lấp Có thể thấy trước khi nhiều nhà máy lọc dầu đi vào hoạt động, ví

dụ như nhà máy lọc dầu Nghi Sơn dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong năm 2018 với công suất gấp 3 lần nhà máy lọc dầu Bình Sơn [6], lượng RFCC thải bỏ sẽ rất lớn, đòi hỏi chi phí cao để xử lý theo quy định

Hiện nay, việc tái sử dụng RFCC đã được triển khai thương mại hóa trên thế giới như sử dụng RFCC như nguyên liệu sản xuất xi măng tại nhà máy Boral (Úc), Holcim (Mỹ) [3], và đây là ứng dụng phổ biến nhất của RFCC Tại Oman, RFCC thải ra tại nhà máy lọc dầu Sohar Refinery có kích thước rất mịn được trộn sống làm phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng với tỉ lệ phối trộn 0,5-5% khối lượng và phối trộn này dùng để sản xuất gạch đất sét nung; trong khi đó, RFCC từ nhà máy

Mina Al-Fahal có kích thước hạt lớn hơn 2mm được thử nghiệm sử dụng như cốt liệu thô [9] Tại Việt Nam, cũng có những đề tài nghiên cứu liên quan đến đến việc tái sử dụng RFCC từ nhà máy Bình Sơn nhằm giúp tiết kiệm phần kinh phí xử lý môi trường cũng như tận dụng lại nguồn nguyên liệu Đề tài Bộ Khoa học Công nghệ (mã số 11395/2015) [21] tập trung vào quy trình khôi phục hoạt tính xúc tác RFCC thải sử dụng cho các quá trình cracking dầu nhờn thải, tuy nhiên chỉ dừng ở quy mô nhỏ chưa phát triển thành công nghệ Hay đề tài hợp tác giữa trường Đại học Huế và Công

ty CP Cơ-Điện-Môi trường Lilama phát triển quy trình sản xuất gạch không nung, tuy nhiên sản phẩm không tiêu thụ được [4], [11] Nhà máy cũng đã cấp kinh phí cho Viện Dầu khí nghiên cứu khả năng sử dụng chất xúc tác RFCC đã qua giai đoạn nghiền (RFCC-N) làm phụ gia xi măng với tỉ

lệ phối trộn lên tới 15% xúc tác RFCC Tuy nhiên, trong các nghiên cứu này RFCC phải trải qua giai đoạn nghiền trước khi phối trộn và hầu như không có nghiên cứu nào xem xét khả năng sử dụng RFCC không nghiền cho loại bê tông nhẹ PC

2 Mục tiêu

Với vấn đề đặt ra ở mục một, mục tiêu tổng quan của nghiên cứu là tìm ra cấp phối tối ưu của bê tông nhẹ PC có có sử dụng RFCC không nghiền đạt được 2 tiêu chí về cường độ chịu nén tối thiểu (R) và khối lượng riêng (D) tương tự gạch ACC là R28 ngày ≥ 2,5 Mpa và D50 ≈ 459-549 kg/m3

Để đạt được mục tiêu trên các nội dung nghiên cứu được cụ thể hóa như trong khung nghiên cứu sau:

Hình 2.1 Khung nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông PC có sử dụng RFCC-KN đạt các tiêu chí R28 ngày ≥ 2,5 Mpa và D50 ≈ 459-549 kg/m3

Đầu tiên, loại xi măng PCB50 được sử dụng như là cơ sở để xác định công thức phối trộn đạt yêu cầu kĩ thuật, trong quá trình đúc mẫu này là xi măng PCB 50 Với hạt EPS có khả năng chịu lực kém nên khả năng chịu lực của khối bê tông mẫu phụ thuộc vào khả năng chịu lực của lớp bê tông nền, trong khi PCB50 là loại xi măng tạo ra được lớp bê tông nền có khả năng chịu lực tốt nhất Bên cạnh

đó, PCB50 cũng là loại xi măng sử dụng nhiều cho các nhà máy sản xuất gạch bê tông hoặc các trạm trộn bê tông mác cao Từ kết quả so sánh các mẫu phối trộn chọn ra mẫu tốt nhất, và sử dụng cấp phối này cho các loại xi măng PCB40, PCB30 để đánh giá sự ảnh hưởng của xi măng đến sản phẩm

và tìm được loại xi măng thay thế PCB50 có giá thành rẻ hơn Với cấp phối tốt nhất và loại xi măng thay thế phù hợp, các mẫu sẽ được đúc với tỷ lệ thay thế dần xi măng bằng RFCC để tìm ra công thức tối ưu tạo ra bê tông nhẹ PC có sử dụng RFCC

v Trong nghiên cứu này có phần đánh giá khả năng sử dụng RFCC không nghiền làm chất phụ gia trong xi măng Đây là một phần thêm vào quan trọng, cần phải xác định được RFCC-KN có làm thay đổi tính chất về cường độ chịu nén của vữa được tạo thành từ hỗn hợp đó, và vì bê-tông được tạo thành hỗn hợp xi măng nên tính chất của hỗn hợp xi măng sẽ quyết định tính chất của bê-tông tạo thành Nếu lượng RFCC-KN thêm vào không làm thay đổi hay gia tăng cường độ chịu nén thì mới có thể tiếp tục nghiên cứu đối với bê tông

3 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu trên các phương pháp nghiên cứu sau đã được tiến hành

3.1 Đúc mẫu xi măng

a Phối trộn các loại xi măng với RFCC-KN

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Châm [12], khả năng chịu nén có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng RFCC đã nghiền nhưng chỉ mới dừng ở lệ 15%, vì thế các thí nghiệm đối với loại xi măng OPC với tỷ lệ thay thế xi măng bằng RFCC-KN được thực hiện ở các tỷ lệ 0%, 10%, 15%, 20%, 25%, và 30% (theo khối lượng)

Theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 dành cho xi măng Portland hỗn hợp, tổng lượng phụ gia khoáng (không kể thạch cao) không được lớn hơn 40%, vì thế tuỳ theo loại xi măng PCB thì tỷ lệ phối trộn RFCC-KN trong thực nghiệm thay đổi cụ thể như sau:

PCB30: tỷ lệ thay thế RFCC-KN được thực hiện ở các tỉ lệ 0%, 10%, 15%, và 20%

PCB40: tỷ lệ thay thế RFCC-KN được thực hiện ở các tỉ lệ 0%, 15%, 20%, và 25%

PCB50: tỷ lệ thay thế RFCC-KN được thực hiện ở các tỉ lệ 0%, 15%, 20%, 30%, và 40%

(Tỷ lệ phối trộn đối với các loại PCB khác nhau như trên được chọn theo sự tư vấn của phòng Quản

lý Chất lượng của nhà máy xi măng Fico-Nhà Bè để tiết kiệm thời gian và chi phí làm thực nghiệm)

b Đúc mẫu vữa xi măng đã phối trộn

Ban đầu, mẫu được đúc sơ bộ theo phương pháp TCVN 6016-2011 (Hình 3.2) với tỷ lệ phối trộn với RFCC-KN là 20% và 30% Kết quả ban đầu cho thấy mẫu sau khi đúc xong khô nhanh, lý do là RFCC là vật liệu rất háu nước Do đó, hỗn hợp vữa thu được khô và khó đổ khuôn Mẫu sau khi tháo khuôn không được bằng phẳng và gây sai số lớn cho kết quả kiểm tra cường độ nén Để đảm bảo độ chính xác cao hơn, phương pháp test mẫu theo ASTMC109/C109M-16A được lựa chọn thay thế cho phương TCVN6016-2011 và đây cũng là phương pháp đúc mẫu đã được sử dụng trong nghiên cứu trước Với phương pháp đúc mẫu theo ATSM, độ chảy của các mẫu đều đồng nhất Mẫu

dễ đổ khuôn và bề mặt láng hơn so với mẫu đúc sơ bộ (Hình 3.3a) Độ chảy được duy trì suốt quá trình thực nghiệm là 160mm như hình 3.3b

3.2 Tạo và đúc mẫu bê tông nhẹ

Vì chưa có tiêu chuẩn Việt Nam cụ thể dành riêng cho việc thiết kế cấp phối chế tạo Bê tông nhẹ bằng các cốt liệu nhẹ như EPS, nghiên cứu này tạm sử dụng TCVN 9382:2012 về Chỉ Dẫn Kỹ Thuật Chọn Thành Phần Bê Tông Sử Dụng Cát Nghiền, và TCVN 10306:2014 về Bê Tông Cường

Độ Cao - Thiết Kế Thành Phần Mẫu Hình Trụ để thiết kế cấp phối bê tông nhẹ D500 và cường độ chịu nén yêu cầu 2.5MPa cho mục đích thử nghiệm Bên cạnh đó, đề tài cũng tham khảo tiêu chuẩn của các quốc gia có tiêu chuẩn riêng dành cho loại bê tông polystyrene để thiết kế cấp phối Tiêu chuẩn được chọn là IS 10262-2009 và IS 456-2000 của Ấn Độ và Tiêu chuẩn GOST R 51263-2012 của Nga nhằm so sánh với cấp phối thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam và từ đó chọn ra cấp phối tốt nhất

Hỗn hợp bê tông được lấy mẫu, chuẩn bị đúc mẫu và bảo dưỡng dựa theo TCVN 3105:1993 Các mẫu trong nghiên cứu để xác định cường độ nén là mẫu lập phương có kích thước là 15x15x15cm Các mẫu được bảo dưỡng 1 ngày trong khuôn thép ở điều kiện không khí của phòng thí nghiệm, sau

đó mẫu được tháo khuôn và ngâm bảo dưỡng trong nước đến các thời điểm thí nghiệm ở 7, 28 ngày

Mỗi cấp phối được đúc thành 2 tổ mẫu (mỗi tổ mẫu gồm 3 mẫu) để xác định giá trị cường độ nén trung bình của mẫu 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi

3.3 Phương pháp đo khối lượng riêng và cường độ chịu nén

Các mẫu sau khi đúc được bảo dưỡng ở các khoảng thời gian 3 ngày và 28 ngày (đối với xi măng), 7 ngày và 28 ngày (đối với bê tông) Đối với mỗi tỉ lệ ở các thời gian dưỡng mẫu khác nhau, có 4 mẫu được chuẩn bị tương ứng và được đo khối lượng riêng và cường độ chịu nén của mẫu bằng các thiết

bị chuyên dụng tại nhà máy xi măng Fico-Nhà Bè

3.4 Phân tích các tính chất vật lý và hóa học của RFCC-KN và so sánh với tro bay

Để đánh giá khả năng ứng dụng RFCC-KN từ nhà máy lọc dầu Bình Sơn làm phụ gia cho xi măng, các mẫu RFCC-KN được gửi đến phòng thí nghiệm nhà máy xi măng Fico để phân tích thành phần hoá học theo TCVN 141:1998 và thành phần hạt theo TCVN 7572-2:2006 Kết quả sẽ được so sánh với kết quả phân tích đối với phụ gia tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải Thành phần hoá học của tro bay cũng được phân tích theo TCVN 141:1998

3.5 Phương pháp đánh giá thống kê

Để so sánh sự khác biệt về các tính chất của các mẫu, nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh giá trị trung bình 95% LSD Intervals

Theo tiêu chí đánh giá, sử dụng phương pháp so sánh thống kê “Equivalence and Noninferiority Tests” với mục tiêu lớn hơn hoặc bằng 2.5 Mpa

Đánh giá thống kê sử thực hiện với phần mềm thống kê Statgraphics Một số kết quả được xuất ra

và sử dụng phần mềm SigmaPlot

4 Tổng kết về kết quả nghiên cứu

4.1 Xác định các thông số kỹ thuật tạo mẫu bê tông nhẹ đạt tiêu chuẩn đối với PCB50

Bảng 4.1 thể hiện giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các biến khảo sát đối với toàn bộ mẫu Bảng 1 Kết quả phân tích về khối lượng riêng và cường độ chịu nén của các mẫu từ PCB50 thu được sau 7 và 28 ngày dưỡng

Tên

mẫu

Khối lượng riêng (kg/m3) Cường độ chịu nén (Mpa)

7 ngày dưỡng 28 ngày dưỡng 7 ngày dưỡng 28 ngày dưỡng

vii

Có thể thấy khối lượng riêng ở mỗi mẫu có xu hướng tăng nhẹ cùng với thời gian dưỡng mẫu Nhưng sự khác biệt không đáng kể về mặt thống kê (P < 0.05) (Ngoại trừ mẫu 132) Điều này cho thấy khối lượng riêng khá ổn định sự thay đổi không đáng kể theo thời gian Ngoài ra với kết quả so sánh thống kê với khoảng giá trị của D500 (451 - 549 kg/m3) thì hầu như các mẫu đều đạt được yêu cầu (P > 0.05), ngoại trừ các mẫu 133 và 572 đối với 7 ngày dưỡng, và 571 đối với 28 ngày dưỡng Cường độ chịu nén có xu hướng gia tăng cùng với thời gian dưỡng mẫu Kết quả 28 ngày được sử dụng để xác định mẫu phù hợp về cường độ chịu nén Với mục tiêu so sánh lớn hơn 2.5 Mpa, kết quả kiểm định cho thấy chỉ có mẫu 573 đáp ứng (P > 0,05)

Như vậy, với các tiêu chí về khối lượng riêng và cường độ chịu nén, chỉ có mẫu 575 đạt yêu cầu Do

đó, các thông số kỹ thuật tạo mẫu 575 sẽ được sử dụng để thực hiện các bước tiếp theo của nghiên cứu

4.2 Xác định loại xi măng phù hợp sử dụng sản xuất bê tông nhẹ

Với kết quả trong phần trên, các thông số kỹ thuật của mẫu 575 được áp dụng đối với 2 loại xi măng PCB40 và PCB30 Kết quả về khối lượng riêng và cường độ chịu nén của các mẫu bê tông nhẹ được tạo ra từ xi măng PCB30, PCB40 và PCB50 được so sánh trong các biểu đồ hình 7

Khối lượng riêng của các mẫu đối với các loại xi măng đều nằm trong khoảng của D500 (P > 0,05) Khối lượng riêng của mẫu sử dụng PCB50 ở các thời gian dưỡng đều cao hơn các mẫu sử dụng PCB40 và PCB30; trong khi đó D của các mẫu sử dụng PCB40 và PCB30 khác nhau không đáng kể

về thống kê (D(PCB50) > D(PCB40, PCB30) bằng phương pháp 95% LSD với P = 0,05) Như vậy

sử dụng PCB40 và PCB30 có thể tạo ra bê tông nhẹ hơn so với sử dụng xi măng PCB50

Cường độ chịu nén tăng đáng kể khi thời gian dưỡng tăng ở cả ba loại bê tông nhẹ, từ trung bình

~2,1Mpa ở 7 ngày dưỡng lên trung bình ~2,5Mpa ở 8 ngày dưỡng Ở thời gian dưỡng 28 ngày, cường độ chịu nén ở các mẫu từ các loại xi măng khác nhau không khác nhau về mặt thống kê (P < 0.05), nhưng khi so sánh liệu cường độ chịu nén có lớn hơn 2.5MPa thì ngoài mẫu PCB50 đã xác định ở phía trên còn có mẫu từ PCB30 là đạt (P>0.05)

Với kết quả nghiên cứu này có thể thấy, PCB30 cũng có thể sử dụng để tạo ra bê tông nhẹ với đặc tính D500 và R2.5Mpa Xét về giá thành, PCB30 thấp hơn 10% so với PCB50 [35] Như vậy, sử dụng PCB30 để tạo bê tông nhẹ với đặc tính trong nghiên cứu này sẽ hiệu quả hơn về mặt kinh tế

4.3 Đánh giá khả năng sử dụng RFCC không nghiền làm phụ gia trong sản xuất xi măng

4.3.1 Thành phần, tính chất của xúc tác RFCC-KN của nhà máy Lọc dầu Bình Sơn và tro bay

Duyên Hải

a) Thành phần hạt của RFCC-KN

Bảng 4.2 thể hiện kết quả phân tích thành phần hạt tự nhiên của RFCC-KN theo phương pháp thử TCVN 7572-2:2006 Kết quả cho thấy rằng không có hạt nào lớn hơn kích thước 0,075mm, phù hợp với độ mịn theo tiêu chuẩn cho phép của xi măng Portland theo TCVN 2682-2009 với quy định phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09 mm không lớn hơn 10% Bên cạnh đó, độ ẩm của RFCC-

KN thấp hơn 1%, nhỏ hơn độ ẩm cho phép của phụ gia tro bay được sử dụng trong xi măng theo TCVN 10302-2014

Với kết quả về thành phần hạt, độ ẩm cho thấy rằng RFCC-KN của nhà máy lọc dầu Bình Sơn có khả năng phối trộn với xi măng mà không cần qua giai đoạn gia công sấy ẩm hay nghiền

Bảng 2 Thành phần hạt của RFCC-KN thải từ nhà máy lọc dầu Bình Sơn

Bảng 3 Thành phần hoá học của RFCC-KN, tro bay Duyên Hải 3 (% khối lượng), theo tiêu chuẩn TCVN 141:1998

4.3.2 Kết quả thực nghiệm cường độ của cường độ của hỗn hợp vữa RFCC-KN và so sánh với

tro bay Duyên Hải 3

Kết quả đo cường độ chịu nén của các mẫu ở thời gian gian dưỡng 3 ngày và 28 ngày được thể hiện trong hình 4

a) Xi măng OPC

Có thể thấy cường độ chịu nén đối với các mẫu dưỡng 3 ngày giảm khi gia tăng tỷ lệ phối trộn RFCC-KN (Hình 4.4 (a)) Phân tích thống kê 95% LSD cho thấy các giá trị ở các tỉ lệ phối trộn đều khác nhau đáng kể (P<0.05)

ix Đối với các mẫu dưỡng 28 ngày, khả năng chịu nén gia tăng từ 2 đến 3 lần so với mẫu dưỡng 3 ngày Hình 4.4 (a) cho thấy khi tăng tỷ lệ phối trộn RFCC-KN đến 15% thì cường độ chịu nén có sự gia tăng so với mẫu đối chứng Ở tỉ lệ phối trộn 20%, mặc dù cường độ chịu nén giảm so với tỉ lệ 10

và 15% nhưng vẫn tương đương với mẫu đối chứng Khi gia tăng đến 25% và 30% cường độ chịu nén giảm đáng kể so với mẫu đối chứng

Khi so sánh với TCVN 6260:2009 về xi măng Portland hỗn hợp, tất cả mẫu có RFCC-KN trộn với xi măng OPC theo các tỷ lệ khối lượng đều đạt tiêu chuẩn Cụ thể, mẫu chứa RFCC dưới 20% đạt tiêu chuẩn dành cho xi măng PCB50, mẫu chứa 25 và 30% RFCC thì đạt tiêu chuẩn dành cho xi măng PCB 40

b) Các loại xi măng PCB:

Nhìn chung đối với tất cả các loại xi măng PCB, sau 3 ngày dưỡng mẫu thu được có cường độ chịu nén giảm khi gia tăng tỉ lệ khối lượng RFCC-KN phối trộn, các giá trị đều khác biệt đáng kể về mặt thống kê (Hình 4.4 (b), (c) và (d)) Các kết quả thu thập được đối với phụ gia tro bay cũng thể hiện đặc điểm này Sau 3 ngày dưỡng, cường độ chịu nén đối với mẫu có sử dụng phụ gia tro bay cao hơn so với mẫu có sử dụng RFCC-KN

Trong trường hợp dưỡng sau 28 ngày, cường độ chịu nén gia tăng từ 1,5 đến 2 lần so với dưỡng

3 ngày, và sự thay đổi khi thay đổi tỉ lệ khối lượng RFCC-KN phối trộn có sự khác nhau ở các loại PCB

Đối với PCB30, khả năng chịu nén của mẫu 28 ngày khi phối trộn RFCC-KN ở tỷ lệ 10% cao hơn so với mẫu chuẩn, tuy nhiên đến tỉ lệ lớn hơn 15% thì giảm thấp hơn so với mẫu chuẩn (khác biệt đáng kể về thống kê theo phương pháp 95% LSD với P<0.05) (Hình 4.4 (b)) Khi so sánh với các số liệu tro bay thu được (Hình 4.5) cường độ chịu nén sau 28 ngày dưỡng khi sử dụng RFCC-

KN làm phụ gia có giá trị cao hơn ở các tỷ lệ tương ứng

Đối với PCB40, nhìn chung khả năng chịu nén của mẫu vữa có xu thế giảm khi tăng tỷ lệ phối trộn RFCC-KN (Hình 4.4 (c)) So với mẫu sử dụng tro bay so với mẫu đối chứng khả năng chịu nén của mẫu có sử dụng RFCC giảm ít hơn (Hình 4.5)

Đối với PCB50, cường độ chịu nén sau 28 ngày dưỡng cao so với mẫu chuẩn ở các mẫu phối trộn đến tỉ lệ 20% (P<0.05) (Hình 4.4 (d)) So với các kết quả sử dụng tro bay, có sự khác biệt rõ rệt khi cường độ nén 28 ngày của mẫu chứa RFCC đều lớn hơn ở tất cả các tỷ lệ tương ứng (Hình 4.5)

So sánh giữa các loại PCB khi phối trộn với RFCC-KN, ta nhận thấy rằng cường độ chịu nén 28 ngày của mẫu PCB30 với 10% RFCC-KN và cường độ chịu nén 28 ngày của PCB50 với 15% RFCC-KN cao hơn mẫu chuẩn Trong khi đó, cường độ chịu nén 28 ngày của mẫu PCB40 với 15% RFCC-KN thấp hơn so với mẫu chuẩn Nguyên nhân có sự khác biệt này là do nhà máy xi măng Fico- Nhà Bè đang sử dụng các phụ gia hoá học: Phụ gia SES của GRACE và GM1189 của Phan

Hà Gia [13] nhằm giúp tăng cường độ và giảm thời gian ninh kết cho xi măng PCB40 Xi măng có

sử dụng các loại phụ gia này yêu cầu ít nước nhưng RFCC-KN có tính hút nước mạnh, nên mẫu vữa thu được của các mẫu PCB40 khi có phối trộn RFCC-KN khô hơn mẫu chuẩn Vì thế, cường độ chịu nén khi tăng tỷ lệ phối trộn RFCC-KN giảm hơn so với mẫu chuẩn

Hình 4.4 Cường độ chịu nén của hỗn hợp xi măng và RFCC với các tỉ lệ phối trộn RFCC khác nhau ở các thời gian dưỡng 3 ngày và 28 ngày

PCB 40 và RFCC-KN

(Giá trị trung bình

và 95% LSD)

Tỷ lệ phần trăm khối lượng RFCC-KN (%) (c)

PCB40 va RFCC-KN

(Gia tri trung bình và 95% LSD)

Ti le phan tram khoi luong RFCC-KN (%)

(Gia tri trung bình và 95% LSD)

Ti le phan tram khoi luong RFCC-KN (%)

(Gia tri trung bình và 95% LSD)

Ti le phan tram khoi luong RFCC-KN (%)

ngay thu 3 ngay thu 28

PCB 50 và RFCC-KN

 ngày thứ 28

ngày thứ 3

(Gia tri trung bình và 95% LSD)

Ti le phan tram khoi luong RFCC-KN (%)

ngay thu 3 ngay thu 28

 ngày thứ 28

ngày thứ 3 Tỷ lệ phần trăm khối lượng RFCC-KN (%)

Tỷ lệ phần trăm khối lượng phối

trộn (%) (b)

xi RFCC – kết quả thu được từ thí nghiệm của tác giả Tro bay – kết quả báo cảo của nhà máy xi măng FICO

Tỷ lệ phần trăm khối lượng phối

trộn (%) (c)

Hình 4.5 So sánh cường độ chịu nén của cấp phối chứa RFCC và tro bay

4.4 Tỉ lệ RFCC thay thế phù hợp

Trong nghiên cứu của tác giả cho thấy RFCC có thể làm phụ gia cho PCB30 mà không làm thay đổi đáng kể cường độ chịu nén của mẫu xi măng Vì vậy, PCB30 được tiếp tục sử dụng để đánh giá khả năng sử dụng RFCC làm chất phụ gia trong sản xuất bê tông nhẹ với tiêu chí kỹ thuật như trên

Với thông số cấp phối của mẫu 573, trong đó xi măng ban đầu sử dụng là 400g, thì với lượng phụ gia thay thế ở mức 5%, 10%, 15% và 20% khối lượng xi măng/RFCC (g/g) tương ứng là 380/20, 360/40 340/60 và 320/80 Các mẫu bê-tông nhẹ được tạo thành từ các lượng thay thế trên được so sánh

về khối lượng riêng và cường độ chịu nén ở 7 và 28 ngày dưỡng như hình 4.6

Đối với khối lượng riêng, các kết quả so sánh thống kê thu được cho thấy sự khác biệt không đáng

kể ở tất cả cả mẫu (P < 0,05) Có thể thấy hàm lượng RFCC không làm thay đổi đáng kể khối lượng riêng của bê-tông thu được So với D500, chỉ duy nhất mẫu được tạo từ hỗn hợp PCB30/RFCC với tỉ lệ 320/80 nằm ngoài khoảng này ở cả 2 khoảng thời gian dưỡng (P < 0,05); còn lại các mẫu khác đều nằm trong khoảng cho phép ở tất cả các thời gian dưỡng mẫu (P > 0,05) Như vậy các hỗn hợp thay thế PCB30 bằng RFCC ở các mức 5%, 10% và 15% đều đạt tiêu chuẩn về khối lượng riêng D500

Khi xét về cường độ chịu nén, sau 28 ngày dưỡng khả năng chịu nén tăng đáng kể so với 7 ngày dưỡng Ở 28 ngày dưỡng, chỉ có mẫu 380/20 và 360/40, cường độ chịu nén không khác nhau đáng kể về mặt thống kê (P < 0,05), trong khi đó hai mẫu này đều lớn hơn đáng kể so với mẫu sử dụng tỉ lệ 340/60

và 320/80 (P > 0,05) Trình tự sắp xếp về cường độ chịu nén ở 28 ngày dưỡng như sau (5%, 10%) > 15% > 20% Khi so sánh với giá trị tối thiểu 2,5 Mpa, chỉ có 2 mẫu sử dụng hỗi hợp RFCC 5% và 10%

380/20 360/40 340/60 320/80

(b) Hình 4.6 Khối lượng riêng trung bình (95% CI) (a) và Cường độ chịu nén trung bình (95% CI) (b) của các mẫu bê tông nhẹ được tạo ra có sử dụng RFCC làm chất phụ gia thay thế xi măng PCB30

xiii

5 Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

Với các kết quả và đánh giá thu được trong nghiên cứu này, một số kết luận được rút ra như sau:

a) Nghiên cứu này đã tạo ra các mẫu sử dụng hạt EPS có 3 loại kích thước 1 - 3mm, 3 - 5mm và 5 - 7mm cho các tiêu chuẩn cấp phối IS, GOST, TCVN với các phụ gia Mapei

và PB Formula-2012 áp dụng cho xi măng PCB50 để xác định đặc tính phối trộn cơ bản tối ưu tạo ra loại bê-tông nhẹ đạt tiêu chí khối lượng riêng D500 và cường độ chịu nén R2,5 MPa Kết quả đánh giá chỉ thu được 1 mẫu có đặc tính kỹ thuật bao gồm EPS kích thước 5 - 7mm, tiêu chuẩn cấp phối GOST (400g xi măng, 0,695m3 EPS và 175l nước) và loại phụ gia PB Formula-2012 đáp ứng được với các tiêu chí đặt ra

b) Với đặc điểm phối trộn tối ưu, sự thay thế PCB30 cho PCB50 vẫn đảm bảo bê-tông nhẹ thu được đạt các tiêu chí kỹ thuật đặt ra Sử dụng PCB30 giúp giảm chi phí sản xuất bê-tông nhẹ so với PCB50

c) Xúc tác đã qua sử dụng của nhà máy lọc dầu Bình Sơn “RFCC” có khả năng được tận dụng vào quá trình sản xuất xi măng mà không yêu cầu phải nghiền RFCC trước khi sử dụng Tuỳ theo nhu cầu sử dụng, RFCC-KN có thể được phối trộn với nhiều tỷ lệ khác nhau để sản xuất ra nhiều loại xi măng Theo kết quả thu được từ các thí nghiệm cho thấy đối với xi măng OPC tỉ lệ phối trộn có thể lên đến 30% đến tạo ra PCB40 Cần thêm những đánh giá đối với OPC ở mức tỉ lệ phối trộn RFCC lớn hơn 30% nhằm gia tăng sự thay thể trong sản xuất PCB40 và PCB30 Còn đối với các loại xi măng PCB,

tỉ lệ thay thế của RFCC-KN là 20% và 10% tương ứng với PCB50 và PCB30 So với tro bay, RFCC-KN thể hiện khả năng tốt hơn về cường độ chịu nén cho sản phẩm thu được Và việc sử dụng RFCC-KN có thể giúp giảm chi phí sản xuất 1 tấn xi măng từ 6-9% hoặc 13.96- 19% tuỳ theo loại xi măng yêu cầu

d) Khi sử dụng RFCC làm chất phụ gia thay thế cho xi măng trong sản xuất bê tông nhẹ, nghiên cứu này xác định được mức thay thế tối đa RFCC cho xi măng là 10% về khối lượng đối với hỗn hợp phối trộn cơ bản tối ưu được xác định ở trên vẫn có thể tạo ra bê-tông nhẹ với tiêu chí kỹ thuật yêu cầu

e) Bê tông PC có sử dụng RFCC có bề mặt phẳng và láng mịn hơn bê tông PC chỉ sử dụng hoàn toàn xi măng

f) Mở ra một hướng mới cho khả năng tận dụng RFCC, góp phần đưa ra giải pháp giúp nhà máy lọc dầu Bình Sơn, xã hội giải quyết được vấn đề quản lý chất này và tránh lãnh phí nguồn lực của đất nước

6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

TIẾNG VIỆT

Kết quả thu được cho thấy chỉ có cấp phối theo tiêu chuẩn GOST với EPS kích thước 5 - 7mm

và phụ gia PB Formula-2012 là có thể tạo ra bê tông polystyrene có cường độ chịu nén là 2,5 Mpa và khối lượng riêng D500 (459-549 kg/m3) Ngoài ra, có hai loại xi măng PCB50, PCB30 phù hợp để tạo ra loại bê tông polystyrene đạt yêu cầu

RFCC-KN có tính chất lý-hóa tương tự như tro bay, một loại chất phụ gia đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xi măng RFCC-KN có thể phối trộn ở các tỉ lệ khác nhau để tạo ra nhiều loại xi măng Xi măng OPC có thể phối trộn với RFCC-KN với tỉ lệ khối lượng đến 30% để tạo PCB40 Đối với các loại xi măng PCB, tỉ lệ thay thế của RFCC-KN là 20% và 10% tương ứng với PCB50 và PCB30

Khi thay RFCC cho xi măng PCB30 thì tỷ lê thay thế 10% về khối lượng là phù hợp nhất

TIẾNG ANH

The obtained results show that the aggregate according to GOST standard with EPS sizes of 7mm and PB Formula-2012 supplymentary can produce Polystyrene concrete with the compresive intensity of 2.5Mpa and the density of D500 (459-549kg/m3) In addition, two types of cement are suitable for this concrete including PCB50 and PCB30

5-The results show that RFCC-KN had the same physicochemical properties as fly ash  an additive widely used in current cement production RFCC-KN was able to mix with cement at different mass ratios to produce many types of cement OPC cement was mixed with RFCC-

KN at a mass ratio up to 30% to make PCB40 For PCBs, the ratios of RFCC-KN in PCB50 and PCB30 were 20 and 10%, respectively

When substituting RFCC to PCB30 cement, the substitued rate of 10% of mass is the most suitable

III Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

1 Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

2 Mẫu bê tông nhẹ với có sử

3 Bài báo đăng tạp chí IUH

Ghi chú:

- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM đã cấp kính phí thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

2 Kết quả đào tạo

TT Họ và tên

Thời gian

Tên đề tài

Tên chuyên đề nếu là NCS

Tên luận văn nếu là Cao học

Bước đầu đánh giá khả năng sử dụng RFCC-KN làm phụ gia sản xuất xi măng

X

Ghi chú:

- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và bằng/giấy

chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)

IV Tình hình sử dụng kinh phí

xv

TT Nội dung chi

Kinh phí được duyệt (đồng)

Kinh phí thực hiện

( đồng)

Ghi chú

A Chi phí trực tiếp

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con 2,700.000 2,700.000

V Kiến nghị (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

Đề tài chỉ mới dừng lại ở việc thiết kế và đánh giá khả năng tận dụng RFCC trong bê

tông PC thông qua chỉ tiêu cường độ chịu nén 7 ngày và 28 ngày Để sản phẩm có thể được

ứng dụng thực tế, cần đánh giá toàn diện các chỉ tiêu cần thiết dành cho bê tông PC theo tiêu

chuẩn GOST 51263-2012 hoặc đánh giá thêm về độ co khô, hệ số hút nước, độ dẫn nhiệt là

những chỉ tiêu mà người sử dụng xem xét khi đánh giá và lựa chọn sản phẩm

VI Phụ lục ( liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

(Họ tên, chữ ký)

PGS.TS Lê Hùng Anh

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 5

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 2

1.4 Tính mới của đề tài 2

1.5 Nội dung nghiên cứu 2

1.6 Bê tông Polystyrene 4

1.7 Xúc tác đã qua sử dụng “RFCC” 13

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 16

2.1 Phương pháp nghiên cứu 16

2.1.1 Đúc mẫu xi măng 16

2.1.2 Tạo và đúc mẫu bê tông nhẹ 18

2.1.3 Phương pháp đo khối lượng riêng và cường độ chịu nén 19

2.1.4 Phân tích các tính chất vật lý và hóa học của RFCC-KN và so sánh với tro bay 20

2.1.5 Phương pháp đánh giá thống kê 21

2.2 Vật liệu nghiên cứu 21

2.2.1 Xi măng 21

2.2.2 RFCC 21

2.2.3 Tro bay 22

2.2.4 EPS 22

2.2.5 Phụ gia 23

2.2.6 Nước 24

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 25

3.1 Kết quả thực nghiệm với xi măng PCB50 25

3.2 Xác định loại xi măng phù hợp sử dụng sản xuất bê tông nhẹ 27

3.3 Đánh giá khả năng sử dụng RFCC không nghiền làm phụ gia trong sản xuất xi măng 28 3.3.1 Thành phần, tính chất của xúc tác RFCC-KN của nhà máy Lọc dầu Bình Sơn và

2

tro bay Duyên Hải 28

3.3.2 Kết quả thực nghiệm cường độ của hỗn hợp vữa RFCC-KN và so sánh với tro bay Duyên Hải 3 30

3.4 Tỉ lệ RFCC thay thế phù hợp cho xi măng trong PC 36

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM (tất cả văn bản trên sử dụng bản photo, bản chính sử dụng khi thanh lý hợp đồng) 46

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

nhẹ, kết cấu bê tông với đa số các bọt khí nhỏ)

FCC: Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi)

RFCC: Residue Fluid Catalytic Cracking (Cracking xúc tác lớp giả sôi phần cặn)

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

4

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bê tông Polystyren Concrete 4

Hình 1.2 Tường xây bằng bê tông Polystyrene 5

Hình 1.3 Trường học xây bằng bê tông Polystyrene 5

Hình 1.5 Phân tích kích thước hạt của xúc tác FCC thải từ nhà máy lọc dầu Sohar, Oman [97] 14

Hình 2.2 Các bước tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của RFCC-KN khi phối trộn với các loại xi măng 16

Hình 2.3 Mẫu sơ bộ khi đổ khuôn và tháo khuôn theo TCVN 6016-2011 17

Hình 2.4 Mẫu đúc thử nghiệm 19

Hình 2.9 Bột tro bay sử dụng trong sản xuất xi măng tại nhà máy Fico- Nhà Bè – Tro bay Duyên Hải 3 sử dụng trong nghiên cứu 22

Hình 2.10 Hình các loại EPS được sử dụng trong nghiên cứu 23

(a) hạt EPS1, (b) hạt EPS2, (c) hạt EPS3 23

Hình 2.11 Hoạt tính của phụ gia (a) Phụ gia Mapeplast (b) Phụ gia PB Formula 24

Hình 3.1 Khối lượng riêng của các mẫu bê-tông nhẹ sử dụng PCB50 sau 7 ngày và 28 ngày dưỡng (95%CI) 26

(a) và Cường độ chịu nén trung bình (95% CI) 28

(b) của các mẫu bê-tông tạo từ hỗn hợp tương tự mẫu 573 nhưng sử dụng các loại xi măng khác nhau 28

Hình 3.4 Các mẫu phối trộn giữa OPC và RFCC ở các tỷ lệ 31

Hình 3.6 So sánh cường độ chịu nén của cấp phối chứa RFCC và tro bay 35

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các mẫu PC được tạo ra từ các cấp phối theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế 18

Bảng 3.1 Kết quả phân tích về khối lượng riêng và cường độ chịu nén của các mẫu từ PCB50 thu được sau 7 và 28 ngày dưỡng 25 Bảng 3.2 Thành phần hạt của RFCC-KN thải từ nhà máy lọc dầu Bình Sơn 28

Bảng 3.3 Thành phần hoá học của RFCC-KN, tro bay Duyên Hải 3 (% khối lượng), theo tiêu chuẩn TCVN 141:1998 29 Bảng 3.4 Thành phần các nguyên tố kim loại nặng theo QCVN 07:2009/BTNMT 29

bê tông polystyrene còn có thể sử dụng các chất thải làm nguyên liệu sản xuất (TLTK) Bê tông Polystyrene là giải pháp để khắc phục các nhược điểm của bê tông nhẹ hiện có và hỗ trợ thúc đẩy công tác bảo vệ môi trường khi mở ra hướng để thay đổi được hoàn toàn gạch nung

Tại Việt Nam, chỉ có những nghiên cứu bước đầu sử dụng EPS để tạo rỗng cho bê tông Sản phẩm thu được có khối lượng riêng từ 850 – 1300 kg/m3 vẫn còn cao hơn nhiều so với gạch AAC và gạch bê tông bọt, và vẫn sử dụng cát làm cốt liệu (TLTK???) Vì thế, cần nghiên cứu thêm để tìm ra sản phẩm PC có khối lượng riêng và cường độ tương tự gạch AAC với mục đích sử dụng làm vật liệu xây không chịu lực

Với mong muốn tự chủ về năng lượng và giảm tỷ trọng kinh tế dựa vào việc xuất khẩu nguyên liệu thô như dầu mỏ, Việt Nam đã cấp phép đầu tư cho nhiều nhà máy lọc dầu trải dài trên lãnh thổ Tuy nhiên, cả nước mới chỉ có nhà máy lọc hoá dầu Bình Sơn đang hoạt động

ổn định với công suất trên 10.000.000 thùng dầu/năm (TLTK?) Trong quá trình hoạt động một lượng chất thải rắn công nghiệp đáng kể bị thải ra và yêu cầu phải có giải pháp xử lý và quản lý thích hợp Trong số đó có xúc tác FCC bị mất hoạt tính (hay còn gọi là xúc tác qua sử dụng- gọi tắt là “RFCC”) hàng năm được thải ra nhiều nhất Khi hoạt động ổn định, trung bình mỗi ngày nhà máy thải ra từ 15- 20 tấn RFCC, thậm chí có ngày lên đến 25 tấn, tương đương với 6500 - 8500 tấn RFCC cần phải được xử lý hàng năm Hàng năm, nhà máy phải tiêu tốn một phần lợi nhuận kinh doanh cho công tác xử lý RFCC bằng biện pháp chôn lấp Có thể thấy trước khi nhiều nhà máy lọc dầu đi vào hoạt động, ví dụ như nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong năm 2018 với công suất gấp 3 lần nhà máy lọc dầu Bình Sơn, lượng RFCC thải bỏ sẽ rất lớn, đòi hỏi chi phí cao để xử lý theo quy định (TLTK?) Tại Việt Nam, cũng có những đề tài nghiên cứu liên quan đến đến việc tái sử dụng RFCC

từ nhà máy Bình Sơn nhằm giúp tiết kiệm phần kinh phí xử lý môi trường cũng như tận dụng lại nguồn nguyên liệu Nhưng chỉ mới dừng lại ở đối tượng là xi măng và RFCC phải qua thêm công đoạn nghiền (TLTK???)

Từ thực tế yêu cầu về bê tông nhẹ, khả năng sử dụng chất thải làm nguyên liệu sản xuất,

và khối lượng chất thải công nghiệp RFCC ngày càng tăng, cần có nghiên cứu bước đầu sử dụng RFCC không nghiền làm nguyên vật liệu sản xuất PC

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là thiết kế ra được cấp phối bê tông Polystyrene có sử dụng xúc tác đã qua sử dụng (RFCC) chưa nghiền của nhà máy lọc dầu Bình Sơn đạt được 2

tiêu chí về cường độ chịu nén tối thiểu (R) và khối lượng riêng (D) tương tự gạch ACC là R 28

môi trường và bước đầu đánh giá chất lượng của loại bê tông mới

1.3 Ý nghĩa của đề tài

a Ý nghĩa khoa học

 Đây là một trong những nghiên cứu ứng dụng đầu tiên tại Việt Nam trong sản xuất

bê tông nhẹ có sử dụng chất thải công nghiệp RFCC

 Đưa ra được hướng giải quyết đối với khối lượng RFCC lớn như hiện nay

 Sản xuất bê tông nhẹ nói chung cũng như bê tông nhẹ có sử dụng chất thải công nghiệp RFCC nói riêng mang lại hiệu quả to lớn đối với khu vực có nền đất yếu như Việt Nam Giảm tải cho công trình, dẫn tới giảm kinh phí xây dựng nền móng

1.4 Tính mới của đề tài

 Đề tài không những góp phần xử lý triệt để chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường,

mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cao và có khả năng ứng dụng lớn trong ngành vật liệu xây dựng, mở ra hướng phát triển mới cho ngành sản xuất gạch, phù hợp với chủ trương của Chính phủ thể hiện qua Chương trình phát triển vật liệu không nung đến năm 2020

1.5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu trên các nội dung nghiên cứu được cụ thể hóa như trong khung nghiên cứu Hình 1.1

3 Hình 1.1 Khung nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông PC có sử dụng RFCC-KN đạt các tiêu

chí R28 ngày ≥ 2,5 Mpa và D50 ≈ 459-549 kg/m3

a Nội dung 1 - Đánh giá khối lượng riêng và cường độ chịu nén thức tế của các cấp phối

bê tông sử dụng PCB 50: Loại xi măng PCB50 được sử dụng như là cơ sở để xác định

công thức phối trộn đạt yêu cầu kĩ thuật Lý do vì với hạt EPS có khả năng chịu lực kém nên khả năng chịu lực của khối bê tông mẫu phụ thuộc vào khả năng chịu lực của lớp bê tông nền, trong khi PCB50 là loại xi măng tạo ra được lớp bê tông nền có khả năng chịu lực tốt nhất Bên cạnh đó, PCB50 cũng là loại xi măng sử dụng nhiều cho các nhà máy sản xuất gạch bê tông hoặc các trạm trộn bê tông mác cao Kết qả thu được là cấp phối bê tông đạt yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng xi măng PCB50

b Nội dung 2 – Đánh giá so sánh PC tạo ra từ PCB30, PCB40 và PCB50: Với cấp phối

tốt nhất xác định được từ nội dung 1, cấp phối này được áp dụng cho các loại xi măng thương phẩm khác nhau đang cơ ở thị trường Việt Nam là PCB30 và PCB40 Từ đánh giá sự ảnh hưởng của xi măng đến sản phẩm, tìm được loại xi măng thay thế PCB50 có giá thành rẻ hơn nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra

c Nội dung 3 – Đánh giá khả năng sử dụng RFCC làm chất phụ gia trong sản xuất xi

măng: Đối với việc sử dụng RFCC trong sản xuất bê tông, đầu tiển cần phải đánh giá

khả năng sử dụng RFCC không nghiền làm chất phụ gia trong xi măng Đây là một phần quan trọng vì cần phải xác định được RFCC-KN có làm thay đổi tính chất về cường độ chịu nén của vữa được tạo thành từ hỗn hợp đó, và vì bê-tông được tạo thành hỗn hợp xi măng nên tính chất của hỗn hợp xi măng sẽ quyết định tính chất của bê-tông tạo thành Nếu lượng RFCC-KN thêm vào không làm thay đổi hay gia tăng cường

độ chịu nén thì mới có thể tiếp tục nghiên cứu đối với bê tông Vì thế nội dung này được tiến hành song với hai nội dung trên

d Nội dung 4 – Đánh giá PC tạo ra từ sự thay thế xi măng bằng chất thải công nghiệm

RFCC-KN – Các kết quả của các nội dung trên là tiền đề để tiến hành nội dung này trong đó các mẫu sẽ được đúc với tỷ lệ thay thế dần xi măng bằng RFCC, và kết quả là công thức tối ưu tạo ra bê tông nhẹ PC có sử dụng RFCC

1.6 Bê tông Polystyrene

Bê tông EPS là một loại bê tông nhẹ đặc biệt được tạo ra từ sự thay thế một phần đá nghiền sử dụng trong bê tông thường bằng các hạt xốp nhẹ trương nở polysterene (hạt EPS) (Sadrmomtazi, 2013, Modeling Compressive strength of EPS….)

Bê tông polystyrene (gọi tắt là PC) là một hỗn hợp bao gồm xi măng, cát và hạt xốp đã trương nở “EPS” (Expanded Polystyrene) Trong đó, xi măng đóng vai trò làm chất nền và cũng đồng thời làm chất kết dính cho bê tông PC được tạo ra bằng cách sử dụng các hạt xốp hoặc EPS nhẹ nhỏ làm cốt liệu thay cho đá nghiền được sử dụng trong bê tông thường (Tài liệu tham khảo, …)

Hình 1.1 Bê tông Polystyren Concrete

Hiện nay BTN-EPS có thể được sử dụng trong nhiều thành phần kết cấu khác nhau như tường bao, tường vách, các hệ thống sàn hỗn hợp, các khối bê tông chịu tải, vật liệu nền dưới cho các vỉa hè, các kết cấu nổi trên biển Đây không phải là loại bê tông có cường độ cao như hỗn hợp bê tông có sử dụng đá làm cốt liệu, nhưng PC có lợi thế là hấp thụ năng lượng nên tính cách nhiệt và âm thanh tốt hơn, dễ dàng định hình và khả năng cắt bằng tay với các công

cụ bình thường trong xây dựng; nên loại bê tông này đặc biệt có thể được sử dụng bên trong các lớp bảo vệ của một kết cấu công trình để chống lại các tác động [71]

Do thành phần nguyên liệu là xi măng, nên phương án thi công của PC không khác nhiều so với gạch tuynel Vữa xi măng vẫn đóng vai trò làm chất kết dính hiệu quả Để thi công bằng gạch PC người thợ xây chỉ cần sử dụng vữa xây thông thường và cách thức xây tương tự gạch nung truyền thống

Các sản phẩm BTN:

5 Hình 1.2 Tường xây bằng bê tông Polystyrene

Hình 1.3 Trường học xây bằng bê tông Polystyrene

Trên thế giới, các nghiên cứu về bê tông EPS được tìm thấy ở những năm đầu thập niên

70 khi Cook (1973) đã khảo sát EPS như là một cốt liệu bê tông Sau đó có khá nhiều nghiên cứu về bê tông EPS được tiến hành cả thực nghiệm và lý thuyết [72]

Bagon và Yannas có những nghiên cứu đầu tiên về tính chất cơ học của bê tông chứa các hạt EPS trong các cấu trúc nổi sử dụng trên biển Nghiên cứu chỉ ra rằng khi so với loại bê tông perlite (một hỗn hợp siêu nhẹ được sử dụng nhiều trong hàng hải), với khối lượng riêng như nhau bằng khoảng 80% khối lượng riêng của nước biển, BTN-EPS có sức chịu nến cao hơn 50%, độ đàn hồi cao hơn 100%, độ bền cao hơn 50%, và khả năng kháng sulphate cao hơn rất nhiều [75]

Bischoff, Yamura, và Perry nghiên cứu về ứng dụng hấp thụ năng lượng, giảm các lực tiếp xúc trong suốt tác động mạnh ở vận tốc chậm Nghiên cứu chỉ ra rằng loại bê tông này có đặc tính hấp thụ năng lượng tuyệt vời –cường độ chịu nén thấp và độ biến dạng cao [76]

Perry, Bischoff và Yamura sau đó có những báo cáo về quy trình áp dụng cho thiết kế phối trộn và đúc bê tông chứa 40, 50 và 60% thể tích (ứng với khối lượng riêng 0,8; 1,0 và 1,2) cốt liệu hạt EPS Nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ tuyến tính trong khoảng xem xét giữa độ bền và khối lượng riêng Độ chịu nén tăng từ 3 đến 15MPa tương ứng với khối lượng riêng tăng từ 0,8 đến 1,2 Hỗn hợp thiết kế bao gồm xi măng Portland thông thường, hạt EPS, cát mịn, và phụ gia siêu hóa dẻo (Cormix SP5) [77]

Ravindrarajah, Sri và Tuck đã tiến hành khảo thảo thực nghiệm đối với các tính chất của

bê tông cứng chứa các hạt EPS đã được xử lý hóa học trước Thành phần hỗn hợp bao gồm xi măng Portland loại GP, muội silic từ Tasmania như là vật liệu kết dính, cát mịn từ Kurnell và cát thô từ sông Nepan Trong một vài hỗn hợp basan nghiền với kích thước 10mm được sử dụng Các hạt EPS là loại tròn được phủ hóa chất ưa nước Kết quả cho thấy cường độ, độ cứng và kháng hóa chất của bên tông cốt liệu EPS với khối lượng riêng cố định bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ nước và xi măng Mức co ngót khi sấy khố sau 84 ngày sấy đối với cốt liệu thô 10mm

và khối lượng riêng 1300 kg/m3 là 730 và 655 microstrain [78]

Park và Chisholm có báo cáo nghiên cứu về bê tông cốt liệu polystyrene Nghiên cứu khảo sát các tính chất cơ bản của loại bê tông này với khối lượng riêng mong muốn là 600 kg/m3, 800 kg/m3 và 1000 kg/m3 Nghiên cứu cũng khảo sát trong trường hợp sử dụng tro bay với các hỗn hợp có khối lượng riêng trên Xi măng, cát, EPS và nước là các thành phần chính Với hỗn hợp có khối lượng riêng 600, không sử dụng cát Kết quả thu được cho thấy (a) bê tông cốt liệu EPS rất dễ bị phân tách, vì vậy cần phải chú ý khi phối trộn để không thêm quá nhiều nước; (b) đặt và đằm loại bê tông này có thể khá khó khăn vì kĩ thuật nén rung thông thường, trong nghiên cứu này sử dụng nén bằng áp lực tay; (c) Bê tông cốt liệu EPS có KLR nhỏ hơn 1000 kg/m3 có cường độ chịu nén rất thấp vì lượng xi măng nó có Cường độ chịu nén 28 ngày từ 0,7 MPa cho KRL 600 đến 6,7 MPa cho KLR 1000, rất thấp để được coi là loại

bê tông kết cấu; (d) Tro bay khi được thêm vào hỗn hợp với tỉ lệ thay thế 30% xi măng giảm nhu cầu nước và vì thế giảm khối lượng riêng nhưng cũng làm giảm mức chịu nén [79]

Babu và cộng sự 2003 nghiên cứu cốt liệu nhẹ EPS trong bê tông và vữa có chứa muội silic như là vật liệu kết dính bổ sung Thành phần bê tông bao gồm xi măng (loại C53), muội silic, cát (kích thước khác nhau cho các hỗn hợp khác nhau từ 1.18mm đến 2.36 mm), đá giăm granite xanh (từ 10 và 20mm) và nước Bê tông EPS thu được có khối lượng riêng trong khoảng từ 1500 đến 2000 kg/m3, với cường độ chịu nén tương ứng từ 10 đến 21 MPa Khả năng chịu nén của bê tông tăng với tỉ lệ muội silica tăng Cường độ chịu nén 28 ngày tăng 75%, 85% và 95% với lượng thay thế muội silica 3%, 5% và 9% tương ứng Cường độ chịu nén có xu hướng gia tăng biên khi kích hước hạt giảm Bên cạnh đó, thậm chí với lượng muội silica thấp nhất, loại bê tông này thể khiện khả năng chống thấm và chống ăn mòn rất tốt [80] Babu và cộng sự năm 2004 tiếp tục nghiên cứu cốt liệu EPS có trong bê tông từ tro bay Lượng tro bay thay thế vật liệu kết dính là 50% Bê tông nghiên cứu được thiết kế có khối lượng riêng trong khoảng 550-2200 kg/m3 bằng sự thay thế EPS trong khoảng 99 đến 0% Cường độ chịu nén 28 ngày của bê tông nhẹ thu được trong khoảng 1.10 – 43 MPa với khối lượng riêng tương ứng Nghiên cứu tập trung khảo sát khả năng thấm, kháng hóa chất và chống ăn mòn Kết quả thu được nhìn chung cho thấy đặc tính thấm và hút nước của bê tông EPS tốt hơn so với bê tông thường vì tính chất không hút nước của EPS và tro bay Tính thấm

và hút nước sẽ tăng khi tăng thể tích EPS Tuy nhien về khả năng chịu hóa chất và ăn mòn thì thấp hơn so với bê tông thông thường [81]

7 Chen và Liu khảo sát được bằng cách thay thế một phần cốt liệu thô và tinh bằng EPS,

bê tông đạt được có KLR trong khoảng 800-1800 kg/m3 ứng với cường độ chịu nén trong khoảng 10-25MPa Muội silia mịn giúp cải thiện kết dính giữa EPS và vữa xi măng, giúp gia tăng cường độ chịu nén của bê tông EPS Thêm vào sợi thép giúp cải thiện đáng kể sự bền, dẻo của bê tông so với bê tông thông thường [82]

Le Roy và cộng sự đã giải quyết thiết kế trộn và các đặc tính cơ lý của bê tông nhẹ EPS Nghiên cứu chỉ ra để tránh sự phân chia của các hạt EPS trong bê tông, cần phải điều chỉnh ma trận ngưỡng bằng cách thay đổi các lượng dùng chất kết dính Kết quả thực nghiệm trên EPS

có kích thước khác nhau cho thất kích thước hạt càng nhỏ thì bê tông được làm cũng có mức chịu nén càng cao [83]

Trong một nghiên cứu khác về đặc tính tính cơ học của bê tông cố liệu nhẹ có chứa tro bay, Babu và các cộng sự (2005) cho thấy các hỗn hợp EPS có độ chảy và kết dính tốt với tất

cả các hỗn hợp thí nghiệm thậm chí với các mẫu không thêm các phụ gia tăng cường kết dính Khi cốt liệu bị nén gây ra khối lượng riêng cao hơn một chút so với thiết kế khoảng 50-100kg/m3, và với các hỗn hợp chứa hạt EPS lớn bị ảnh hưởng lớn hơn Cường độ chịu nén có

xu hướng gia tăng khi tuổi của bê tông tăng, khoảng cùng một giá trị 35% từ 7 đến 28 ngày và

từ 20 đến 90 ngày Cường độ giảm khi tăng phần trăm EPS Cường độ chịu lực kéo cũng giảm với phần trăm thể tích EPS gia tăng và bê tông với EPS cao hơn thể hiện sự tách ra dần dần trong khi với thể tích EPS thấp hơn bê tông bị tách ra khá đột ngột Sự biến dạng tới hạn trong các hỗn hợp có khối lượng riêng thấp hơn được thấy là cao hơn, các vết nứt có chiều dài tăng khi thể tích EPS giảm Giá trị modun đàn hồi tăng với sự gia tăng khả năng chịu nén và giảm khi phần trăm thể tích EPS tăng Giá trị modun cát tuyến được thấy giảm 40% cho mỗi 10% tăng thể tích EPS [85]

Babu và các cộng sự trong nghiên cứu khác tìm hiểu ảnh hưởng của kích thước hạt EPS lên độ bền và đặc tính dịch chuyển độ ẩm của bê tông nhẹ EPS Nghiên cứu đã sử dụng hạt trương nở (EPS) và hạt không trương nở (UPS) là cốt liệu nhẹ trong bê tông và tro b ay như là vật liệu kết dính bổ sung Kết quả cho thấy cùng một kích thước cốt liệu và khối lượng riêng,

bê tông chứa UPS có cường độ chịu nén cao hơn khoảng 70% so với bê tông EPS Tuy nhiên

bê tông chứa EPS có mức đạt được độ cứng cao hơn so với cốt liệu UPS Dưới áp lực tăng dần, loại cốt liệu EPS bì bể dần dần và đứt dẻo, trong khi đó loại chứa UPS bể giòn giống bê tông thường Nghiên cứu chỉ ra cùng một khối riêng bê tông EPS có kích hạt EPS nhỏ hơn sẽ chịu nén với cường độ cao hơn Bên cạnh đó, cùng phần trăm hỗn hợp, bên tông EPS với hạt EPS to hơn (thể tích cốt liệu lớn hơn hay khối lượng riêng thấp hơn) có sự di chuyển độ ẩm cao hơn Vết nứt nhỏ vì có sự lún của cốt liệu EPS dường như gây ra sự hấp thụ cao hơn Bê tông chứa tro bay có mức hấp thụ ẩm thấp

Haghi và các cộng sự chỉ ra độ bền của bê tông EPS tỉ lệ trực tiếp với khối lượng riêng của bê tông Tính chất của bê tông EPS với các hạt EPS nhỏ tốt hơn nhiều Điều này làm tăng

tự phân tán của EPS trong hỗn hộ xi măng và giúp tạo liên kết giữa các hạt EPS và vữa xi măng Cường độ chịu nén tăng với tuổi của bê tông Các hạt EPS nhỏ tạo ra bê tông có cường

độ chịu nén cao hơn, trung bình cao hơn 45% so với hạt lớn hơn Bên cạnh đó, thêm các sợi polyamide-66 làm giảm vết nứt đáng kể [86]

Bouvard cùng các cộng sự tìm hiểu về vi cấu trúc, tính chất của bê tông EPS, và nghiên cứu khả năng dự đoán các tính chất của bê tông bằng cách tiếp cận tính toán mô hình Kết quả thu được là tính dẫn nhiệt của bê tông nhẹ EPS có thể mô tả bằng mô hình bất đối xứng Brugeman trong khi cường độ chịu nén áp dụng làm mũ Gibson và Ashby Với các thông tin này có thể phân tích liệu EPS có thể đạt được các đặc điểm về nhiệt và cơ học phù hợp cùng một lúc hay không Bê tông EPS là một giải pháp thú vị cho công nghiệp xây dựng như là thành phần làm nhẹ cho các cấu trúc hỗ trợ, khi mà tính chất của vật liệu có thể dễ dàng điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần [87]

Bing và Liu đã thêm vào bê tông nhẹ EPS một lượng chất phụ gia polime mủ cao su styrene-butadiene để làm tăng tính cơ học của bê tông Kết quả khảo sát cho thấy thêm vào phụ gia này giúp cải thiện sự liên kết giữa hỗn hợp xi măng và các hạt EPS vì các màng cao su styrene-butadience được tạo ra trong hỗn hợp xi măng Khi so sánh với bê tông EPS không có chất phụ gia, khả năng chịu nén của bê tông nhẹ EPS có phụ gia polymer có thể gia tăng dần thậm chí sau 28 ngày [103]

Bisschop, Jan và Mier trong nghiên cứu về ảnh động của cốt liệt và vết nứt vi mô lên tốc độ kho của vật liệu xi măng tiến hành thực nhiện trên 3 loại cốt liệu là hạt thủy tinh, cát và hạt EPS Kết quả cho thấy nồng độ cốt liệu có hai ảnh hưởng chính đến tốc độ kho của vật liệu

xi măng Thứ nhất, nồng độ cốt liệu cao hơn gây ra hệ số khuếch tán nơi nước thấp hơn Hai

là, nồng độ cốt liệu cao hơn đồng nghĩa với lượngng nước thấp hơn cần để khuếch tán ra khỏi mẫu để đạt độ khô nhất định Vật liệu vói 59% hạt thủy tính có hệ số khô chậm hơn 1,3 lần, trong khi vật liệu với 35% hạt EPS có hệ số khô nhanh hơn 1,4 lần so với vữa xi măng thông thường có cốt liệu cát Ngoài ra, vết nứt nhỏ do sụt lún trong quá trình khô có ảnh hưởng rất nhỏ lên tốc độ kho của vật liệu và chỉ trong giai đoạn khỏi đầu của quá trình khô [104]

Chen, B., và Fang tiến hành nghiên cứu về sự đóng góp của các loại sợi đến tính chất của bê tông nhẹ EPS với 2 loại sợi là polyvinyl propionate (PP) và sợi thép Kết quả nghiên cứu cho thấy tác động “giữ” của các loại sợi khác nhau trong bê tông EPS giúp giảm tách nước bề mặt của bê tông và lắng xuống đáy của cốt liệu và tăng tính đồng đều của hỗn hợp Tuy nhiên, độ sụt của hỗn hơp bị giảm Việc thêm các sợi vào bê tông EPS gia tăng cường độ chịu nén đáng kể, tuy nhiên sự gia tăng này tùy thuộc vào thể tích EPS sử dụng và loại sợi Với cùng thể tích PES, thứ tự gia tăng là lai hợp sợi thép và PP > sợi PP > sợi thép Đối với cùng loại sợi gia cố, khoảng tăng tăng với thể tích EPS Ảnh hưởng của các sợi lên khả năng chịu kéo đứt cũng tương tự như khả năng chịu nén So với khả năng chịu nén, khoảng tăng của sức chịu kéo cao hơn tất nhiều Mức tăng tối đa có thể lên đến 35% hơn so với bê tông EPS đối chưng Tất cả các loại bê tông EPS đều co ngót cao hơn so với bê tông thông thường Với cùng phần trăm hỗn hợp, sự co ngót ở cùng thời gian xử lý tăng với lượng thể tích EPS tăng Trong khi khí, cho cùng phần trăm hỗn hợp tương tự, các loại sợi giúp cải thiện đáng kể sự kháng co ngót Cuối cùng, tất cả các bê tông EPS đều thể hiện mức hấp thụ nước thấp (dưới 3% ở 30 phút), có nghĩa là chất lượng tốt Với lượng thể tích EPS dưới 60%, hấp thụ nước của

bê tông EPS giảm với sự tăng lượng thể tích EPS Tuy nhiên, các loại sợi thêm vào không tác động đến sự hấp thụ nước đáng kể [105]

9 Chen, Bing, Fang trong một báo cáo khác về các tính chất cơ lý của loại bê tông nhẹ EPS đã có một số kết luận sau (1) Với phần trăm hỗn hợp tương tự, bê tông EPS với kích thước cốt liệu EPS nhỏ hơn sẽ có sức chịu nén cao hơn (2) Độ bền của bê tông EPS tăng cùng với sự gia tăng khối lượng riêng của bê tông và giảm phần lượng thể tích EPS Sự gia tăng độ bền này cao hơn trong vữa có độ bền cao (3) Với cùng khối lượng riêng và kích thích cốt liệu EPS, độ bền chịu nén tiêu chuẩn hóa tăng với độ bền của vữa Vì thể thêm các hạt EPS vào trong vữa bê tông có thể hiệu quả hơn để thu được bê tông độ bền cao (4) Với khối lượng riêng tương tự, các sợi PP cải thiện đáng kể độ bền của bê tông EPS Sự gia tăng độ bền lớn hơn trong vữa độ bền thấp Kết quả thể hiện rằng với bê tông EPS từ vữa có độ bền thấp khi thêm các sợi PP vào vữa bê tông thì độ bền được cải thiện đến 24% Khả năng chịu nén của bê tông EPS có sợi PP sau 28 này dưỡng lên đến 45% cao hơn so với bê tông EPS không có sợi

PP (5) Độ bền chịu kéo đứt tằng cùng với độ bền chịu nén Với cùng phần trăm hỗn hợp, các sợi PP cải thiện đáng kể độ bền chịu kéo của bê tông EPS, cao hơn 44% so với bê tông EPS không có sợi PP (sau 28 ngày dưỡng) [88]

Bai, Xu và Gao trong nghiên cứu về tính chất biến dạng của bê tông EPS ở các cường độ tác động khác nhau đã chuẩn bị các mẫu với phần trăm thể tích EPS là 10%, 20%, 30%, 40%

và 50% Sử dụng biến dạng tới hạn làm chỉ số, kết quả thu được cho thấy tính biến dạng của

bê tông EPS tăng với phần trăm thể tích EPS trong khoảng 0-40% Và tính biến dạng giảm khi phần trăm thể tích đạt 50% Để tăng tính biến dạng, phần trăm thể tích tối ưu của EPS là 40% [90]

Ling và Teo khảo sát các tính tính của gạch bê tông nhẹ gồm tro vỏ trấu và cốt liệu EPS Kết quả khảo sát cho thấy với các mẫu bê tông khác nhau, thành phần không khí và độ sụt ở trong khoảng từ 5,2 đến 6,9% và 65 đến 100 mm Tất cả các mẫu đều có khối lượng riêng nhỏ hơn 2000 kg/m3, ở khối lượng riêng này chúng được phân loại là nhẹ Khối lượng riêng của các mẫu giảm khi phần trăm thay thế tro vỏ trấu tăng Các mẫu có sự thay thế 10%

có khối lượng riêng trung bình là 1745,38 kg/m3, khoảng 2% nhẹ hơn so với mẫu đối sách không có sự thay thế tro vỏ trấu Cường độ chịu nén của mẫu này ở tất cả các điều kiện dưỡng ngoại trừ dưỡng khí kho đáp ứng tiêu chuẩn cho gạch bê tông chịu lực loại 2 của Malaysia (MS76:1972) Các giá trị hấp thụ nước giảm khi sự thay thế tro vỏ trấu tăng Mẫu có sự thay thế 10% tro vỏ trấu có các giá trị hấp thụ nước trong khoảng từ 13% đến 16% ở 28 ngày dưỡng mẫu trong tất cả các điều kiện trong nước và khí khô Dưỡng mẫu trong nước tối đa đến

90 ngày tạo ra cường độ chịu nén lớn nhất và giá trị hấp thụ nước thấp nhất Trong khi đó, dưỡng mẫu bằng khí khô tạo ra cường độ chịu nén thấp nhất và khả năng hấp thụ nước cao nhất [91] Qua đó có thể thấy mẫu với sự thay thế 10% tro vỏ trấu là phối trộn tối ưu Sadrmomtazi và công sự nghiên cứu khả năng tạo ra bê tông nhẹ EPS có các bậc đa sức bền có chứa muội silic và tro vỏ trấu và đánh giá đặc tính cơ và độ bền Nhiều hỗn hợp được tạo ra bằng cách thay thế 0%, 15%, 25%, 40% và 55% thể tích cốt liệu tự nhiên bằng hạt EPS, thay thế xi măng với 10% muội silic hay 20% tro vỏ trấu và thêm vào các sợi propylene thải ở các

tỉ lệ phầm trăm 0,013%, 0,038%, 0,063% và 0,127% thể tích bê tông Các hỗn hợp này được đánh giá bằng các thử nghiệm về khả năng nhịu nén, độ bền chịu kéo, độ uốn, vận tốc dao động siêu âm, co ngót khô, hấp thụ nước và kháng điện Một số kết luận sau được rút ra là nhìn chung khi thêm vào các hạt EPS làm giảm các tính chất độ bề, tuy nhiên các kết quả cho thấy tiềm năng tạo ra bê tông với các bậc độ bền khác nhau, trong đó bê tông bậc cấu trúc có thể được tạo ra bằng cách thay thế 15% hạt EPS và sử dụng 20% tro vỏ trấu cũng như thay thế 25% EPS và 10% muội silic Còn áp dụng 40% hạt EPS tạo ra bê tông có bậc trung bình và 55% EPS cho ra bê tông cách nhiệt (âm) Dạng đứt gãy của các mẫu bê tông có chứa các hạt EPS dưới lực nén được quan sát là dần dần và các mẫu có khả năng chịu lực sau khi gãy mà không bị tách rồi hoàn toàn, trong khi các hạt EPS gây ra hình thức gãy đột ngột ở chỗ cong

Với vấn đế này, sự dụng sợi propylene thải bù đắp một phần khuyết điểm này, tuy nhiên chúng không giúp cải thiện các đặc tính khác Việc áp dụng muội silec cải thiện các tính chất của bê tông bao gồm cơ học, sức bền và tính xốp; trong khi đó, tro vỏ trấu với hoạt tích pozzolanic thấp hợp gây ra một số đặc điểm không mong muốn, đặc biệt ở giai đoạn ban đầu Đặc tính trở điện của bê tông EPS cao hơn bê tông thường, đặc biệt là loại chứa cả hỗn hợp muội silica và tro vỏ trấu [97]

Xu và các đồng sự khảo sát đặc điểm cơ học của bê tông và gạch nhe cốt liệu EPS Nghien cứu chỉ ra liều lượng EPS đóng vai trò quan trọng nhật trong việc quyết định về khối lượng riêng và sức chịu nén của bê tông nhẹ, sau đó đến tỉ lệ nước và xi măng Giá trị khối lượng riêng của bê tông EPS gần như giảm tuyến tính khi thể tích EPS và tỉ lệ nước và xi măng tăng, những điều này cũng làm khả năng chịu nén giảm Hình dạng của biểu đồ ứng suất biến dạng của bê tông EPS tương tự như bê thông thông thường Và điều kiện tối yêu cho khối lượng riêng thấp nhất thu được ở 500 kg/m3 xi măng, 0.55 W/C, 25% thể tích EPS và 35% tỉ

lệ cát [97]

Zhao và các cộng sự trong nghiên cứu về tác động làm cứng trong bê tông EPS đã chuẩn

bị các mẫu với phần trăm thể tích EPS là 10%, 20%, 30%, 40% và 50% Sử dụng chỉ số hấp thụ năng lượng đặc biệt, tác động làm cứng của bê tông EPS với tỉ lệ EPS khác nhau dưới các lực được khảo sát Nghiên cứu kết luận để cải thiện tính chất biến dạng, tỉ lệ thể tích EPS tối

ưu là 20% [92]

Chen và Liu cung cấp thêm những dữ liệu về các tác động của việc thêm vào các bọt EPS thay thế một phần các hạt EPS Kết quả cho thấy lượng bọt thích hợp cho vào hỗn hợp bê tông EPS có thể cải thiện đáng kể khả năng làm việc của bê tông và có thể giảm hạt EPS nổi trên bề mặt trong suốt quá trình lắng Mức độ cải thiện khả năng làm việc của bê tông mới giả với sự gia tăng hàm lượng bọt Khi lượng bọt đạt 20% thể tích, sự gãy vụn bọt xảy ra trong hỗn hợp trong quá trình rung lắc Hàm lượng bọt tối ưu được nhận thấy là khoảng 10-15% thể tích Sử dụng các bọt với đường kích 25-100μm thay thế các hạt EPS trong bê tông EPS có thể cải thiện đáng kể sức chịu nén của bê tông Với bê tông EPS có KLR 400 kg/m3, cường độ chịu nén của bê tông bọt EPS với lượng bọt 15% thể tích là 3 Mpa, gấp đôi so với bê tông EPS không có thêm bọt EPS Thêm bọt vào trong bê tông EPS làm giảm đáng kể khả năng gẫn nhiệt của bê tông Với bê tông EPS được tạo ra có KLR 400 kg/m3 và 800 kg/m3 có độ bền đạt được là 3MPa và 13MPa và độ dẫn nhiệt là 0.009W/m.kg và 0.25 W/m.kg [93]

Elsalah và các đồng sự đánh giả về ảnh hưởng của EPS lên các đặc tính của bê tông bao gồng khả năng chịu uốn, hấp thụ nước và sụt lún Kết quả thực nghiệm chỉ ra giảm KLR 12% làm giảm khả năng chịu uốn 25,3% ở mức thay thế 25% EPS về thể tích Tuy nhiên, bê tông với độ bền thấp hớn có giá trị hấp thụ nước cao hơn, có nghĩa là tăng thể thế thay thế EPS giá tăng sự hấp thụ nước và tăng độ sụt của bê tông [94]

Liu, Ning và Chen tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của kích thước các hạt EPS lên các tính chất vật liệu của bê tông nhẹ EPS Nhóm tác giả đã phát triển thành công

bê tông EPS có KLR 1100 kg/m3 với cường độ chịu nén 28 ngày khoảng 12MPa, là loại bê tông đạt được sự tích hợp trong cấu trúc và chức năng kết cấu Nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và phần trăm thể tích của bê tông EPS gần như theo phân rã dạng hàm

mũ liên quan đến kích thước hạt EPS và thành phần của bê tông Kích thước hạt EPS ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn, chủ yếu tác động việc giảm độ cao chịu uốn mặt cắt hiệu dụng Phương pháp đo siêu âm để giám sát sự phát triển rạn nứt bên trong bê tông EPS đến phạm vị nhất định cho thấy quá trình hỏng của bê tông EPS có thể chia thành 3 pha Tuy nhiên vì cấu trúc bên trọng đặc biệt của bê tông EPS, quá trình hỏng khác với bê tông thông thường Dạng hỏng của bê tông EPS liên quan đến phần trăm thể tích EPS khi hàm lượng cao hơn thì có biến

11 Schackow cùng các đồng sự nghiên cứu các tính chất cơ học và nhiệt của bê tông nhẹ sử dụng chất khoáng vecmiculit (VEC) và EPS sử dụng phụ gia tạo bọt và phụ gia siêu dẻo Kết quả cho thấy với cường độ chịu nén cao nhất cho hỗn hợp có VEC là 14.80 MPa và có EPS là 15.55 MPa Với lượng phụ gia tạo bọt thấp hơn và lượng cốt liệu nhẹ ít hơn tạo ra bê tông nhẹ

có cường độ chịu nén cao hơn Phụ gia tạo bọt cũng làm giảm KLR Cả hai loại bê tông nhẹ EPS và VEC có thể được phân loại như là vật liệu phi cấu trúc và có thể được dùng để trám hay lấp KLR của bê tông nhẹ sử dụng VEC trong nghiên cứu nằm trong khoảng 1.130 g/cm3đến 1.290 g/cm3, trong khi với bê tông EPS trong khoảng 1.070 g/cm3 đến 1.250 g/cm3 Đối với tính chất dẫn nhiệt, bê tông nhẹ VEC có độ dẫn nhiệt thấm hơn so với bê tông EPS Trong khi đó, bê tông EPS có độ bền cao hơn và nhẹ hơn bê tông VEC Bê tông EPS có điểm mạnh hơn là các hạt EPS có thể có từ tái chế, không hấp thụ nước như là VEC Hàm lượng cốt liệu EPS hoặc VEC trong bê tông nhẹ tốt nhất trong nghiên cứu này là 55%, nhưng khi chỉ yêu cầu cường độ chịu nén đến 6MPa, thì hàm lượng 65% cốt liệu nhẹ có thể sử dụng để có KLR nhỏ hơn [96]

Xu và các đồng sự nghiên cứu dự đoán cường độ chịu nén và môdun đàn hồi của bê tông nhẹ EPS1 Kết quả chỉ ra rằng KLR của bê tông nhẹ EPS nhẹ hơn KLR của bê tông thường, và mức giảm sẽ lớn hơn khi hàm lượng EPS gia tăng Cường độ chịu nén giảm đáng kể với việc gia tăng cốt liệu EPS Tuy nhiên khắc với bê tông thường, gia tăng tỉ số nước/xi măng tăng cường độ chịu nén của bê tông nhẹ chứa phần trăm EPS cao Nghiên cứu đưa ra mối quan hệ giữa cường độ chịu nén sau 28 ngày dưỡng và thể tích EPS Cường độ chịu kéo đứt và cường

độ chịu nén của bê tông nhẹ giảm với hàm lượng EPS tăng Bê tông với thể tích EPS cao hơn

sẽ đứt gãy dần dần hơn là đột ngột Mô-đun đàn hồi của bê tông nhẹ EPS giảm gầm như tuyến tính với sự gia tăng phần thể tích EPS [97]

Cui và các đồng sự đề xuất mô hình ứng xuất-biến dạng của bê tông nhẹ EPS Nghiên cứu chỉ ra rằng cường độ chịu nén của bê tông có xu hướng tăng khi KLR khô và thời gian dưỡng tăng Với KLR khô trong khoảng 800 – 1200 kg/m3, mỗi quan hệ giữa cường độ chịu nén và KLR khô là by fc = 6,46ln(ρ) – 40,18 Tỉ số cường độ chịu nén lằng trụ trên cường độ chịu nén lập phương lớn hơn bê tông thường, và nằm trong khoảng 0,83 đến 0,95 Sự biến dạng cao nhất của bê tông EPS là khoảng 3,5-5,1% cao hơn bê tông thường 2% Ứng suất của

bê tông EPS có xu hướng giảm từ từ ở vùng biến dạng lớn hơn trong nhánh dốc xuống của đường ứng xuất – biến dạng Có thể thấy, bê tông EPS có tính dễ uốn và khả năng tiêu năng lượng tốt hơn so với bê tông thường Mối quan hệ ứng xuất – biến dạng nén trục dọc của bê tông EPS khác rất nhiều so với bê tông thường Và mô hình ứng xuất – biến đạng phân tích tiêu biểu của bê tông thường không thể mô tả được đường ứng xuất – biến dạng của bê tông EPS Nghiên cứu cũng đã xây dựng đươc mô hình ứng xuất – biến dạng cho bê tông EPS phù hợp với kết quả thử nghiệm và có thể được dùng cho phân tích và thiết kế trong ứng dụng công trình cấu trúc của bê tông EPS [98]

Sayadi và đồng sự có đánh giá ảnh ưởng của các hạt EPS lên khả năng chống lửa, truyền nhiết và sức bền chịu nén của bê tông xốp [97]

Fernando, P L N., Jayasinghe, M T R., & Jayasinghe, C (2017) Structural feasibility of

Expanded Polystyrene (EPS) based lightweight concrete sandwich wall panels Construction and Building Materials, 139, 45–51

Tại Việt Nam

Ở Việt Nam các nghiên cứu về bê tông nhẹ PC đã được quan tâm từ những năm 2010 nhưng chỉ có một vài nghiên cứu được tiến hành sử dụng các nguyên liệu trong nước

Bên cạnh đó, ngoài việc sử dụng nguyên liệu chính là xi măng và các hạt xốp EPS, PC còn có thể sử dụng các chất thải công nghiệp không nguy hại thay thế một phần nguyên liệu sản xuất.

Tại Việt Nam cũng có những nghiên cứu về loại bê tông này Kim Huy Hoàng, Đỗ Kim Kha, Trương Văn Việt, Bùi Đức Vinh, Nguyễn Văn Chánh (2010) đã nghiên cứu chế tạo 2 loại bê tông nhẹ EPS: một loại dùng để làm panel tường có khối lượng thể tích 875-1150 kg/m3 với cường độ chịu nén từ 7,5 đến 15 Mpa và loại kia dùng làm panel sàng có khối lượng thể tích 1275 kg/m3 với cường độ chịu nén đến 20 Mpa Các sản phẩm này có khối lượng riêng vẫn còn cao hơn nhiều so với gạch ACC và gạch bê tông bọt Bên cạnh đó, EPS đươc sử dụng để tạo rỗng cho bên tông và cát vẫn được dùng để làm cốt liệu

Gần đây nhất là nghiên cứu của nhóm tác giả Thắng, Đức và Nghĩa (2018) đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng, kích thước hạt polystyrene, thời gian rung khi tạo hình và sợi polypropylene đến cường độ chịu nén Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén giảm khi thời gian rung tăng Bê tông thu được có khối lượng thể tích từ 650-900 kg/m3, cường độ chịu nén đạt được trong khoảng 3 – 7,5MPa Và việc sử dụng sợi PP cải thiện rất lớn tính chất của bê tông

Hoàng Minh Đức (2018) đã nghiên cứu tạo bê tông nhẹ cách nhiệt kết cấu sử dụng hạt polystyrol phồng nở

Có thể thấy là tại các nghiên cứu về bê tông nhẹ PC mặc dù đã được bắt đầu lâu nhưng vẫn chưa được sự quan tâm nhiều trong nghiên cứu vật liệu xây dựng

Bên cạnh đó, ngoài việc sử dụng nguyên liệu chính là xi măng và các hạt xốp EPS, PC còn có thể sử dụng các chất thải công nghiệp không nguy hại thay thế một phần nguyên liệu sản xuất Hiện nay, có một số nghiên cứu về sử dụng tro bay trong PC như:

 Báo cáo tổng quan “Ứng dụng phụ gia khoáng tro bay vào công nghệ vữa xi măng tự chảy không co ngót” Hoàng Quốc Gia, Vũ Quốc Vương

 Báo cáo khoa học “Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến một số tính chất

cơ lý của bê tông đầm lăn sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô ở Bà Rịa – Vũng Tàu, Nguyễn Đức Trọng, Trương Văn Đoàn, Trương Quang Việt”

 Nghiên cứu “Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay thay thế xi măng và quy trình dưỡng

hộ nhiệt ẩm đến mức độ phản ứng Pozzolanic cử hệ xi măng – tro bay” cảu ThS Nguyễn Lê Thi

 Nghiên cứu “Phân tích việc sử dụng tro bay xỉ than thải ra từ các nhà máy điện ở Việt Nam, Phan Hữu Duy Quốc, Viện khoa học công nghiệp, Đại học Tokyo, Nhật Bản.Trên thực tế, việc sử dụng trong tro bay là nguyên vật liệu trong sản xuất PC đã được tiêu chuẩn hóa và thương mại hóa:

 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10302:2014, Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng

 Viện Khoa học vật liệu thuộc Viện Khoa học Việt Nam và Công ty CP Công nghiệp và Dịch vụ Cao Cường đã xây dựng nhà máy thu hồi chế biến tro bay Dự án được tiến hành tháng 07/2006 với công suất thiết kế 8 nghìn tấn sản phẩm/năm Hiện nay, dây chuyền đã đi vào sản xuất ổn định với công suất 200 tấn/ngày

 Dự án thủy điện Sơn La, Dự án thủy điện Bản Chát cũng sử dụng xi măng được sản xuất từ tro bay của nhà máy nêu trên

Ngoài ra còn có những đề tài, nghiên cứu sử dụng chất thải vào bê tông PC hay bê tông