Nghiên cứu sử dụng chất thải bùn đỏ và tro bay để làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số : 60.58.80 Nghiên Cứu Sinh : Trần Hoàng Duy Giáo Viên HD : PGS.TS Nguyễn Văn Chánh TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc _ Tp, HCM, ngày tháng năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HOÀNG DUY MSHV : 10190713 Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1985 Nơi sinh: TIỀN GIANG Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VLXD Mã số ngành : 60.58.80 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chương 01 : Tổng quan tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn Chương 02 : Cơ sở khoa học làm tảng nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn Chương 03 : Đặc tính kỹ thuật hệ nguyên vật liệu sử dụng thiết kế thành phần hỗn hợp Chương 04 : Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến tính chất kỹ thuật bê tông tự lèn Kết luận kiến nghị NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 06 năm 2011 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 06 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lịng biết ơn với tất q Thầy Cơ trường Đại học Bách Khoa, khoa Kỹ thuật Xây dựng đặc biệt quý Thầy Cô môn Vật liệu Xây dựng hết lòng truyền đạt kiến thức cho em suốt năm học Đại học Cao Học vừa qua Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh, Chủ nhiệm môn Vật liệu Xây dựng Cán hướng dẫn em Với lòng nhiệt huyết cộng với phương pháp giảng dạy hướng dẫn đề tài đặc biệt, Thầy cho em hướng giải để đề tài có chiều rộng chiều sâu, giúp đỡ để em hoàn thành đề tài thời hạn qui định Xin cảm ơn tất bạn bè, người bên cạnh giúp đỡ Xin cảm ơn cộng trung tâm kiểm định chất lượng cơng trình xây dựng TP Mỹ Tho – Tiền Giang Đặc biệt Ơng Huỳnh Cơng Phúc giám đốc trung tâm tạo điều kiện tốt để tơi nghiên cứu hồn thành Luận văn Thạc sĩ Mặc dù luận văn hoàn thành với tất nỗ lực thân chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận cảm thông bảo q Thầy Cơ để em ngày hồn thiện kiến thức Ngày tháng năm 2012 Học viên thực hiện: Trần Hồng Duy LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu thực hành sở nguyên vật liệu địa phương khu vực Thành phố Hồ Chí Minh lân cận Các số liệu kết luận văn trung thực, chưa cơng bố hình thức Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả luận văn Trần Hồng Duy TĨM TẮT Trong kỹ thuật bê tông tự lèn việc nghiên cứu sử dụng hàm lượng bột để thay xi măng, làm giảm hàm lượng xi măng sử dụng mà góp phần cải tiến tính chất bê tơng tự lèn Trong luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng bột (bùn đỏ tro bay) để thay xi măng, tỉ lệ bùn đỏ tro bay chứa hàm lượng bột để thay đến tính chất độ dẻo hỗn hợp bê tông tự lèn tính chất lý bê tơng tự lèn Với tỉ lệ khảo sát : hàm lượng bột thay xi măng dao động khoảng [25-35]% tỉ lệ bùn đỏ:tro bay chứa bột [1:5-1:1] Từ chọn hàm lượng bột (bùn đỏ tro bay) tỉ lệ bùn đỏ, tro bay chứa bột để thay cho xi măng Từ kết thực nghiệm cho thấy sử dụng hàm lượng bột thay xi măng 30% tỉ lệ tro bay bùn đỏ chứa hàm lượng bột dao động theo tỉ lệ BD:TB=[1:5-1:4] hỗn hợp bê tơng tự lèn đạt tính chất sau - Độ chảy xịe hỗn hợp bê tơng tự lèn đạt từ 67.0 cm đến 68.0 cm - Thời gian hỗn hợp bê tông đạt độ chảy xịe có đường kính 50 cm (T50) 4.0 đến 4.4s - Độ chênh lệch chiều cao hỗn hợp bê tơng ngồi theo thí nghiệm J-Ring (∆H) 0.6 cm – 1.0 cm - Thời gian để hỗn hợp bê tông chảy hết phểu V thí nghiệm Vbox từ 9.4s 10.0 s - Độ chênh lệch thời gian (∆T) thí nghiệm phễu V sau khoản thời gian phút dao động từ 2.0s - 2.3s - Cường độ chịu nén cao khoảng 52.7 đến 55.6 MPa (TCVN-3118:1993) - Sau ngày tuổi cường độ chịu nén đạt gần 90% so với cường độ chịu nén 28 ngày tuổi ABSTRACT In self-compacting concrete techniques currently used to study the amount of cement powder to replace, not only reduces the amount of cement used, but also contributes to improve the properties of self-compacting concrete In this thesis research has focused on the effects of powder concentration (red mud and fly ash) to replace cement, and the rate of red mud and fly ash contained in the content of the dough to replace it to the properties of viscosity of self-compacting concrete mix and the mechanical properties of self-compacting concrete Researching is to replace the amount of cement powder within the range [25-35]% and the rate of sludge: fly ash powder is contained in [1:5-1:1] From there, select the content of flour (red mud and fly ash) and the rate of red mud, fly ash contained in the flour to replace the cement From experimental results show that the amount can be used to replace cement powder is 30% and the rate of fly ash and sludge contained in the content of flour that the ratio of BD oscillation: TB = [1:5-1 4], the self-compacting concrete mix to achieve the following properties - The Slumflow of self-compacting concrete mix achieved from 67.0 to 68.0 cm - Time to achieve concrete mixture flow spread diameter 50 cm is 4.0 to 4.4s - The difference in height of the concrete mix between inside and outside the JRing test (ΔH) of 0.6 cm - 1.0 cm - Time to concrete mixture flowing in all experiments speculum V” 9.4s - 10.0 s - The difference in time (ΔT) in the funnel experiment V after time period ranging from 2.0s - 2.3s - Compressive strength of about 52.7 to 55.6 MPa (TCVN-3118: 1993) - After days of age, the compressive strength reached nearly 90% compared with the compressive strength at 28 days old MỤC LỤC Danh mục hình vẽ bảng biểu Danh mục ký hiệu viêt tắt CHƯƠNG 01: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TƠNG TỰ LÈN 1.1 Ý nghĩa tính cấp thiết đề tài 1.2 Lịch sử phát triển bê tông tự lèn 10 1.3 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn 12 1.3.1 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn giới 12 1.3.2 Tình hình nghiên cứu bê tơng tự lèn Việt Nam 16 1.4 Tổng quan tình hình tận dụng chất thảy bùn đỏ 24 1.4.1 Các phương pháp xử lý bùn đỏ giới 24 1.4.2 Các phương pháp xử lý bùn đỏ Việt Nam 26 1.5 Mục tiêu đề tài 28 1.6 Nhiệm vụ đề tài 28 CHƯƠNG 02: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TƠNG TỰ LÈN 2.1.Tính lưu biến 29 2.2.Sự phân tầng không đồng bê tông 43 2.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất bê tông tự lèn 44 2.3.1 Quá trình tạo mẫu 44 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu tính dẻo hỗn hợp bê tơng 47 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu tính chất lý bê tơng tự lèn 50 CHƯƠNG 03: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHÀN HỖN HỢP 3.1 Bùn đỏ 54 3.2 Tro bay 55 3.3 Xi măng 57 3.4 Lượng nước trộn 58 3.5 Phụ gia siêu dẻo 59 3.6 Cốt liệu nhỏ cốt liệu lớn 60 3.7 Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn 62 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG TỰ LÈN 4.1.1.Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến khả lắp đầy hỗn hợp bê tơng qua thí nghiệm Slump Flow: 66 4.1.2.Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến khả năng lắp đầy đánh giá tính phân tầng bê tơng qua thí nghiệm V_funnel 69 4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng bùn đỏ tro bay đến khả chảy vượt qua rào cản J-Ring hỗn hợp bê tông tự lèn 72 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN TÍNH CƠ LÝ CỦA BÊ TƠNG TỰ LÈN 5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến cường độ chịu nén bê tông tự lèn 75 5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến cường độ chịu kéo bê tông tự lèn 81 5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay bùn đỏ đến độ co ngót 82 5.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng bột thay xi măng đến độ co ngót bê tông tự lèn 82 5.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng bùn đỏ đến độ co ngót bê tông tự lèn 83 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hệ nguyên vật liệu sử dụng làm bê tông tự lèn (SCC)tại Nhật Bản Bảng 1.2 Nguyên vật liệu bê tông tự lèn (SCC) Bảng 1.3 Đặc tính hỗn hợp bê tông tự lèn Bảng 1.4 Thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn cho thêm 10-25% vào hỗn hợp Bảng 1.5 Tổng hợp kết kiểm tra Bảng 1.6 Thành phần hỗn hợp bê tông Bảng 1.7 Đặc tính hỗn hợp bê tơng tự lèn Bảng 1.8 cấp phối hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.9 kết kiểm tra tính dẻo hỗn hợp bê tơng tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.10 Sự phát triển cường độ bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.11 Cấp phối bê tông tự lèn mác bê tông thiết kế M25 áp dụng vào tho công van cống Ngọc Hùng – Nam Định Bảng 1.12 Lượng vật liệu cho 1m3 bê tông tự lèn dùng để chế tạo đập xà lan Bảng 1.13 Thành phần cấp phối bê tông tự lèn kg/m3 Bảng 1.14 Tính cơng tác cường độ SCC Bảng 1.15 Kết thí nghiệm cường độ nén tính cơng tác SCC Bảng 1.16 Cấp phối bê tông tự lèn xây dựng đường ô tô, sân bay Bảng 1.17 bảng kết tính dẻo cường độ xây dựng đường ô tô, sân bay: Bảng 1.18 Bảng thành phần cấp phối chế tạo bê tông tự lèn mác 200 Bảng 1.19 Bảng kết độ dẻo bê tông tự lèn mác 200: Bảng 2.1 Phạm vi giới hạn chảy (σ0) độ nhớt dẻo (ηpl) cho hồ xi măng, vữa, bê tông thông thường (bê tông thường bê tông chảy), bê tông tự lèn (SCC), xác định mơ hình Bingham Hình 2.1 Tính chất Hooken ứng suất tỉ lệ với biến dạng Tính chất Newton ứng suất tỉ lệ với tốc độ cắt Hình 2.2 Sơ đồ minh họa hạt thuộc nhóm kích thước biết tác dụng lực (trục x) huyền phù, điều kiện độ nhớt, khả chảy cần thiết chất lỏng, lực hút / lực đẩy (trục y) Các độ lớn liên quan phạm vi đặc tính Hình 2.3 Minh họa hàm số khoảng cách hạt, Hình 2.4 Khi cho huyền phù vào hỗn hợp kích cỡ hạt, lực tương tác với Hình minh hoạ làm cách để cân nhóm lực khác (x-axis) ảnh hưởng đến độ nhớt, khả chảy lượng nước (y-axis) Các đại lượng liên quan với đặc tính Hình 2.5 Minh họa loại dòng chảy dạng đường cong đặc điểm hình dạng chúng Hình 2.6 Xác định giới hạn chảy cố định (σs), phép đo ứng suất – biến dạng, từ điểm mà giới hạn dẻo bị lệch khỏi đường tuyến tính nó, hay đỉnh ứng suất Hình 2.7 Xác định giới hạn chảy rõ ràng (σ0 σapp) cách ngoại suy từ đường cong điều chỉnh, cách áp dụng mơ hình lưu biến Sơ đồ minh họa đa thức bậc điều chỉnh đường cong, mơ hình Bingham áp dụng để đo dịng chảy cong Hình 2.8 Đo giá trị độ chảy xòe đặc trưng lưu biến, riêng lẻ cho 550 hỗn hợp với phạm vi rộng độ sệt Hình 2.9 Khoảng chảy xòe (hỗn hợp với khoảng cách < 500 mm bị loại trừ) tham sô lưu biến Bingham (giới hạn chảy độ nhớt dẻo) cho SCC từ bào cáo I, bổ sung giá trị tiêu biểu cho SCC Hình 2.10 Thí nghiệm Slump Flow Hình 2.11 Kích thước V kiểm tra vữa Hình 2.12 Thí nghiệm V Hình 2.13 Cấu tạo vịng J-Ring Hình 2.14 Thí nghiệm J-Ring Hình 2.15 Mẫu bê tơng dưỡng hộ khn; trước dưỡng hộ nước, dưỡng hộ nước Hình 2.16 Gia công bề mặt , mẫu trước sau gia cơng bề mặt Hình 2.17 Mẫu bê tông tự lèn trước sau bị phá hủy thí nghiệm 85 Đã nghiên cứu thiết kế cấp phối, tỉ lệ thành phần nguyên vật liệu BTTL Cấp phối cho bê tông tự lèn dùng tro bay kết hợp với bùn đỏ: Mẫu BD:TB %bột BĐ Kg TB Kg X Kg C Kg Đ Kg PGSD lit N lit B15 1:5 0.30 25.64 128.18 412.70 760.00 870.00 9.33 176.62 B14 1:4 0.30 30.81 123.24 413.51 760.00 870.00 9.35 176.92 Đã nghiên cứu thực nghiệm tính chất kỹ thuật bê tơng tự lèn chất lượng cao đạt được: Tính cơng tác hỗn hợp bê tông tự lèn chất lượng cao đạt tốt theo tiêu chuẩn EN 459-2: • Độ chảy xịe hỗn hợp bê tông tự lèn đạt từ 67.0 cm đến 68.0 cm • Thời gian hỗn hợp bê tơng đạt độ chảy xịe có đường kính 50 cm (T50) 4.0 đến 4.4 s • Độ chênh lệch chiều cao hỗn hợp bê tông ngồi theo thí nghiệm J-Ring (∆H) 0.6 cm – 1.0 cm • Thời gian để hỗn hợp bê tơng chảy hết phểu V thí nghiệm Vbox từ 9.4s 10.0 s • Độ chênh lệch thời gian (∆T) thí nghiệm phễu V sau khoản thời gian phút dao động từ 2.0s - 2.3s Tính lý độ bền bê tông tự lèn: Với hàm lượng bột mịn thay xi măng (B+T)/X=30, tỉ lệ bùn đỏ: tro bay chứa bột dao động từ BĐ:TB=[1:5-1:4] chế tạo thành cơng bơ tơng có khả tự lèn có các tính chất lý sau • Cường độ chịu nén cao khoảng 52.7 đến 55.6 MPa (TCVN-3118:1993) Cải biến nâng cao độ đặc sít cấu trúc bê tơng tự lèn: Với hàm lượng bột mịn thay xi măng (B+T)/X=30, cấu trúc bê tơng có độ đặc hơn, lỗ rỗng giảm đáng kể phản ứng pozzolana lấp đầy tro bay 86 lỗ rỗng Chúng khơng đóng vai trị hạt siêu mịn nhét đầy cấu trúc mà tác dụng với Ca(OH)2 sinh q trình thủy hóa xi măng để tạo thành khoáng chất lượng cao calcium silicate hydrat C-S-H Khả ứng dụng vào sản xuất hướng phát triển đề tài: Xét mặt khoa học từ kết cơng trình thử nghiệm, triển khai công nghệ bê tông tự lèn, chứng minh đề tài thành công phương diện khoa học thực tiễn: • Về vật liệu : tận dụng nguồn vật liệu sẵn có nước (bùn đỏ+ tro bay) nghiên cứu cải thiện tính chất độ nhớt công nghệ sản xuất loại bê tơng tự lèn • Đề tài đáp ứng nhu cầu chiến lược công nghệ sản xuất bê tơng tự thích hợp cho cơng trình xây dựng sở hạ tầng, mà không cần phải trang bị thêm thiết bị đắt tiền so với bê tơng thơng thường Những đóng góp đề tài nghiên cứu: • Lần Việt Nam nghiên cứu đầy đủ cách có hệ thống để sử dụng hỗn hợp bùn đỏ tro bay chất vừa đóng vai trị chất tạo bột giúp cho bê tông dễ dàng chảy vừa đóng vai trị chất tạo nhớt để tăng khả chống phân tầng, chìm lắng cốt liệu để chế tạo bê tông vừa tự lèn chặc không cần đầm nén rung thi công mà giữ độ đồng • Cơng nghệ chế tạo bê tơng đặc biệt tự lèn phù hợp điều kiện thiết bị thi công bê tông thi công bê tông thông thường, dễ dàng phổ biến áp dụng vào thực tế với quy mô rộng rãi xây dựng công trình • Bê tơng tự lèn nâng cao mức an toàn lao động cho người xây dựng nhờ việc giảm chi phí nhân cơng, hạn chế đáng kể độ ồn thi công xây dựng sử dụng thiết bị đầm chặt cho bê tông, nhờ giảm nhiễm mơi trường • Đề tài đóng góp có ý nghĩa khoa học áp dụng triển khai mang lại hiệu rõ rệt kỹ thuật, kinh tế xã hội 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ouchi, Nakamura, Osterson, Hallberg, and Lwin, “Applications of Self-Compacting Concrete in Japan, Europe and The United States”, 2003 [2] Masahiro Ouchi, Trường đại học công nghệ Kochi, Nhật Bản “Lịch sử phát triển ứng dụng bê tông tự đầm Nhật Bản”, 2003 [3] Applications of self-compacti ng concret e in japa n, europe and the unit ed state, Masahiro Ouchi, Kochi University of Technology, Kochi, Japan [4] Abhishek S Shethji and C Vipulanandan “Flow Properties of Self Consolidating Concrete with Time” Center for Innovative Grouting Material and Technology Department of Civil and Environmental Engineering University of Houston, Houston, 2004 [5] Dr R Sri Ravindrarajah, D Siladyi and B Adamopoulos “Development of highstrength Self-Compacting concrete with reduced segration potential” Centre for Built Infrastructure Research, University of Technology, Sydney, Australia, 2003 [6] Mario Collepardi, “Self-Consolidating concrete in the presence of fly-ash for massive structures”, Enco, Engineering Concrete, Ponzano Veneto (Italy), 2004 [7] TS Nguyễn Như Quý, “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu bột tro bay nhiệt điện đến tính chất hỗn hợp bê tông tự lèn” trường Đại Học Xây Dựng [8] PGS.TS Hồng Phó Un Kết nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào cơng trình thủy lợi - Viện Thủy Cơng [9] PGS.TS Hồng Phó Un “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ bê tông tự lèn thi công đập xà lan di động cho cơng trình thủy lợi vùng triều” [10] TS Vũ Quốc Vương “Nghiên cứu số cấp phối tính chất chủ yếu bê tơng tự lèn dùng cát nghiền” Bộ môn Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thủy lợi [11] Nghiên cứu ứng dụng bê tông tự lèn xây dựng đưừng ô tô, sân bay ThS Nguyễn Biên Cương - Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa [12] “Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn (SCC) mác 200” Tạp chí KHCN Xây dựng, số 4/2007 (Nguồn tin: Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học cán trẻ lần thứ IX, tháng 8/2006) 88 [13] H.J.H Brouwers, H.J Radix, “Self-Compacting Concrete: Theoretical and experimental study” The NetherlandsReceived 11 August 2004; accepted June 2005 [14] Hồng Hải, “Xử lý bùn thải từ nhà máy chế biến quặng Boxit – tốn sản xuất cơng nghiệp”, 2007 [15] Tạp chí Tia Sáng Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, “Khai thác Boxit Tây nguyên: nguy rủi ro.” [16] Đỗ Quang Minh, “Chất kết dính từ bùn đỏ”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, số 56/2006, p112-115 [17] František Škvára, Lubomír Kopecký, Jiøí Nìmeèek, Zdenìk Bittnar, Microstructure of geopolymer materials based on fly ash, 2006 [18] Nguyễn Danh Phương, “Đăk Nông đứng trước tốn hậu khai thác Bơ-xit”, 2008, www.thiennhien.net/news/140/ARTICLE/4669/2008-02-28 [19] Oleg Bortnovsky, Zdenka Sobalid ,… and Miroslav Svoboda Structure and stability of geopolymers synthesized from kaolinitic and shale clay residues Geopolymer 2005 Table of Content, 2006 [20] P Billberg, Influence of filler characteristics on SCC rheology and early hydration, in Proc 2nd Int Symp on SCC, Japan, 2001, pp 285-294 [21] V.L Bonavetti, H Donza, G Menéndez, O Cabrera, E.F Irassar, Limestone filler cement in low w/c concrete, Cem Concr Res 33 (2003) 865-871 [22] M Nehdi, S Mindess, P-C Aïtcin, Rheology of high-performance concrete: Effect of ultrafine particles, Cem Concr Res 28 (1998) 687-697 [20] Oskar Esping, “Early age properties of Self – compacting concrete – Effects of fine aggragate and limestone filler”, Department of Civil and Environmental Engineering Building Technology, Chalmers university of technology, Goteborg, Sweden 2007 [21] Ø Bjøntegaard, T.A Hammer, E.J Sellevold, Cracking in high performance concrete before setting, in Proc of Int Symp on High Performance and Reactive Powder Conc retes, Sherbrooke, 1998 89 [22] A Yahia, M Tanimura, Y Shimoyama, Rheological properties of highly flowable mortar containing limestone filler-effect of powder content and W/C ratio, Cem Concr Res 35 (2005) 532-539 [23] P Lawrence, M Cyr, E Ringot, Mineral admixtures in mortars effect of type, amount and fineness of fine constituents on compressive strength, Cem Concr Res 35 (2005) 1092-1105 [24] F.H Wittmann, On the action of capillary pressure in fresh concrete, Cem Concr Res (1976) 49-56 [25] I Soroka, N Setter, The effect of fillers on strength of cement mortars, Cem Concr Res (1977) 449-456 [26] V.L Bonavetti, V.F Rahhal, E.F Irassar, Studies on the carboaluminate formation in limestone filler-blended cements, Cem Concr Res 31 (2001) 853-859 [27] K.D Ingram, K.E Daugherty, A review of limestone addition to Portland cement concrete, Cem Concr Comp 13 (1991) 165-170 [28] J Péra, S Husson, B Guilhot, Influence of ground limestone on cement hydration, Cem Concr Comp 21 (1999) 99-105 [29] I Soroka, N Stern, Calcareous fillers and the compressive strength of portland cement, Cem Concr Res (1976) 367-376 [30] H.F.W Taylor, Cement Chemistry, 2nd Edition, London, 1997 [31] M Sari, E Prat, J.K Labastire, High strength self-compacting concrete - Original solutions associating organic and inorganic admixtures, Cem Concr Res 29(6) (1999) 813-818 [32] T Vuk, V Tinta, R Gabrovek, V Kaui, The effects of limestone addition, clinker type and fineness on properties of Portland cement, Cem Concr Res 31 (2001) 135 [33] C.F Ferraris, H.O Karthik, H Russell, The influence of mineral admixtures on the rheology of cement paste and concrete, Cem Concr Res 31 (2001) 245-255 [34] I Soroka, N Stern, Calcareous fillers and the compressive strength of portland cement, Cem Concr Res (1976) 367-376 The 5th ASEAN Civil Engineering Conference (ACEC) & the 5th ASEAN Environmental Engineering Conference (AEEC) and the 3rd Seminar on Asian Water Environment “Civil and Environmental Engineering for Sustainable Development” 25-26 October, 2012 Windsor Plaza Hotel, Ho Chi Minh City, Vietnam ( ) AUN/SEED-Net MIs nominee (√ ) Member Institution Participant ( ) Non-Member Institution Participant PRESENTER’S BIODATA Paper ID number : Technical Session : (Please tick (9) in the parentheses) Conference secretariat use only ( ) Structural engineering ( √ ) Construction engineering and management Paper Title : Brief Description of Paper (2-3 sentences) : Name of Presenter Designation Affiliation/Department /Firm/Organization/Institute Date of Birth Gender Nationality Email Address Passport Number/ I.C Academic Background Brief Work Experience/Professional background : : : : : : : : : : ( ) Transportation engineering ( ) Geotechnical and geometrics engineering ( ) Water resources engineering ( ) Disaster, climate change adaption and mitigation ( ) Air, water and waste pollution control ( ) Preservation and restoration of water environment in Asia (Asian Core Program) COMBINE RED MUD WITH FLY ASH TO PERFORMANCE POWDER FOR MIX DESIGN SELF COMPACTING CONCRETE Researching to find powder –Red mud and Fly ash- to replace cement is 30%, the Red mud and Fly ash ratio is 1:5 contained in the fine powder replace cement the self-compacting concrete mix Tran Hoang Duy Master Student Department of Construction Materials, Ho Chi Minh City University of Technology, Viet Nam 10/02/1985 Male Viet Nam depnha@gmail.com B3648174 Research material of construction - Civil Engineering, graduated 2010 - Master student of department of Construction Materials, Ho Chi Minh City University of Technology, Viet Nam 2010-2012 COMBINE RED MUD WITH FLY ASH TO PERFORMANCE POWDER FOR MIX DESIGN SELF COMPACTING CONCRETE Tran Hoang Duy1, Nguyen Van Chanh2 Department of Construction Materials, Ho Chi Minh City University of Technology, Viet Nam depnha@gmail.com, 2nvchanh@hcmut.edu.vn, ABSTRACT Self compacting concrete (SCC) is becoming a widely applied building material In self-compacting concrete techniques currently used to study the amount fine powder to replace of cement, not only reduces the amount of cement used, but also contributes to improve the properties of self-compacting concrete Researching found powder –Red mud and Fly ash- to replace cement is 30%, the Red mud and Fly ash ratio range is 1:5 contained in the fine powder replace cement the self-compacting concrete mix The test results for acceptance characteristics of self-compacting concrete such as slump flow; J-ring, V-funnel are presented Further, compressive strength at the ages of 28 days was also determined and results are 55.6 Mpa Keywords: Red mud, Fly ash, Self compacting concrete, Mix design, Property INTRODUCTION: -Fly ash was generally released into the atmosphere Fly ash is generally stored at coal power plants or placed in landfills About 43% is recycled often used to supplement Portland cement in concrete production [1] Some have expressed health concerns about this [2] -Red mud is a solid waste product of the Bayer process[3].Red mud which is residual product of aluminum from bauxite Red mud cannot be disposed of easily In most countries where Red mud is produced, it is pumped into holding ponds The red colour is caused by the oxidised iron present, which can make up to 60% of the mass of the Red mud[4][5][6] In addition to iron, the other dominant particles include silica, unleached residual aluminium, and titanium oxide[7] Due to the Bayer process the mud is highly basic with a pH ranging from 10 to 13 During the 1980s, Professor Okamura and his PhD student Kazamasa Ozawa (currently professor) at the University of Tokyo, Japan developed a concrete called Self Compacting Concrete (SCC) that was cohesive but flowable and took the shape of the formwork without use of any mechanical compaction -The main properties of fresh self compacting concrete: • Filling ability (excellent deformability) • Passing ability (ability to pass reinforcement without blocking) • High resistance to segregation Fig Comparison of mix proportioning between Self-Compacting Concrete and conventional concrete[8] -Self-compacting concrete (SCC) applications have to combine a high fluidity and fluidity retention with high segregation resistance when the concrete flows through the confined zone of reinforcing bars -For SCC, it is generally necessary to use super plasticizers in order to obtain high mobility Adding a large volume of powdered material or viscosity modifying admixture can eliminate segregation The powdered materials that can be combine Red mud with Fly ash to performance powder of self compacting concrete MATERIALS AND MIX PROPORTION: 2.1 Materials: 2.1.1 Red mud: Chemical composition of Red mud: Al2O3: 31.26%, Fe2O3: 47.44%, SiO2: 6.17%, CaO: 0.41, Na2O: 6.64%, TiO2: 6.73%, Cr2O3: 0,.22%, P2O5: 0,24%, SO3: 0,44%, Cl: 0.15% - pH = 13: A large amount of alkaline sludge - Density of Red mud: 2.92 g/cm3 Fig Results analysis X-ray of Red mud Fig Results analysis X-ray of Fly ash The results of analysis XRD of Red mud shows the mineral compositions mainly are: Gibsite (Al2O3.3H2O) 54,7%, geothite (FeOOH) 27,22%, hematite (Fe2O3) 6,45 % gypsum (CaSO4.2 H2O) 7,8% 2.1.2 Fly ash: Chemical composition of Fly ash: SiO2: 48.8%, Al2O3: 18.6%, Fe2O3: 6.3%, CaO: 0.8%, MgO: 0.7%, K2O : 3.5%, Na2O: 0.98%, LOI: 20.32% - Density of Fly ash : 2.1 g/cm3 The results of analysis XRD of Fly ash (Fig 3) shows the mineral compositions mainly are quartz and mulit There are also small amounts crystal phase of hematite and magnetite 2.1.3 Cement: Chemical composition of cement: SiO2: 18,9%, Al2O3 :4,5%, Fe2O3:3.1%, CaO:63%, MgO: 1.7%, SO3: 2,6%, K2O:0.5%, C3A: 6.8%, LOI 4.7% Table Properties of Portland PC50 Properties density (g/cm3) Blaine fineness (cm2/ g) Consistency (%) Initial Setting time (min) Final Setting time (min) Compressive strength (MPa) Cement PC50 3.02 3390 26,3 140 170 53,2 2.1.3 Aggregate: Coarse aggregate is created by combine CA1 (particle size composition 4.75 – 0.075 mm) and CA2 (particle size composition 9.5 – 4.75 mm) Density of fine aggregate: 2.625 g/cm3 Density of coarse aggregate: 2.84 g/cm3 Table Sieve analysis of coarse aggregates Size (mm) 2,5 1,25 0,63 0,315 0,160 under (%) 1,29 15,23 25,75 45,33 11,65 0,76 Table Sieve analysis of fine aggregates Size (mm) 9.5 6.35 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 under CA (%) 7.15 29.26 47.65 14.71 1.23 0 0 0 CA (%) 1.02 3.89 7.72 3.9 45.68 21.31 13.48 2.83 0.08 0.08 2.2 Mix proportion: In this study, self compacting concrete mixes are designed with different mixture powder include Red mud and Fly ash (RF) replace cement within the range [25-35]% In addition, Red mud and Fly ash ratio are different [1:5-1:1] The water to binder (red mud, Fly ash, cement) ratio (W/(RM+FA+C)) all mixture were respective 0.28 Super plasticizer was used at a constant ratio of 1.4% by volume of powder components (red mud, Fly ash, cement powder) Mixture design is given in Table Table Mix Proportion of self compacting concrete use combine Red mud with Fly ash Mix2 R0F1 R1F5 R1F4 R1F3 R1F2 R1F1 RM:FA 0:1 1:5 1:4 1:3 1:2 1:1 RF/X 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 RM (kg/m3) 25.64 30.81 38.6 51.67 78.14 FA(kg/m3) 152.6 128.2 123.2 115.8 103.4 78.14 C(kg/m3) 408.7 412.7 413.5 414.7 416.8 420.9 S(kg/m3) 760 760 760 760 760 760 CA(kg/m3) 870 870 870 870 870 870 SP (lit) 9.26 9.33 9.35 9.37 9.41 9.48 W (lit) 175.2 176.6 176.9 177.4 178.1 179.6 RM: Red mud FA: Fly ash S: fine aggregates RF: Red mud + Fly ash CA: Coarse aggregates C: Cement SP: super plasticizer RM:FA: ratio Red mud and Fly ash PROPERTIES OF SCC USE RED MUD AND FLY ASH: 3.1 Mechanical properties Fresh concrete: After mixing, test Slum flow, V-funnel, J-ring of self compacting concrete (EFNARC) Hard Concrete: The samples are casted into the forms of 100mm cube for compressive strength (TCVN 3118:1993), 100mm diameter cylinder for splitting tensile strength (ASTM C496) and 100x100x400mm beam for flexural strength (ASTM C1018) and shrinkage 3.2 Properties of fresh concrete 3.2.1 Slum Flow, J-Ring test: Fig Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to slum flow Fig Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to J-Ring - The ratio RM:FA contained in the powder increases with the rate of 0:1, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1 That means that the Red mud concentration in the mixture increases The fig 4: slum flow R0F1 (only use Fly ash) is higher other mix - When replacement cement increases with the value RF/X=0.25, RF/X=0.30, RF/X=0.35 Due to mix Fly ash and Red mud contains more fine-grained components more circular structure of the Fly ash so as the rate RF/X increases, the Slum flow values increase correspondingly - Fig The height difference between inside and outside the circle J-Ring will decrease and the ability fill when mixed self-compacting concrete across reinforcing bars increase when the ratio RM:FA increase from (1:5Ỉ1:1) 3.2.2 V_funnel test: Fig Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to V-funnel test Fig Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to V-funnel test after minute - The fig show Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to V-funnel First, Red mud add in SCC (R0F1ỈR1F5), make time to SCC flow crossing V-funnel increase Because Red mud have made the concrete mix has a higher viscosity and reduce deterred aggregate absorbed After that, B1T5 to B1T4, B1T3, B1T2, B1T1 red mud add in SCC more and more make V-funnel time decrease The Fig show effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to The difference in flow time after minutes in V-funnel test (∆T) The ∆T of R0F1 higher than 5s, specified sample only use Fly ash without red mud, occurs following sedimentation of aggregates sank a period of time T (5 minutes) 3.3 Properties of hardened concrete: 3.3.1 Compressive strength Fig Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to Compressive strength Fig Influence the development of compressive strength The Effect of RF/X ratio and RM/FA ratio to the compressive strength of concrete is shown in Figure 8, compressive strength of R1F5 is highest After days of age, the compressive strength reached nearly 90% compared with the compressive strength at 28 days old 3.3.3 Shrinkage : *Effect of RF/X, RM/FA ratio to shrinkage : Fig10 Effect of RF/X ratio to shrinkage Fig11 Effect of RM/FA ratio to shrinkage - Fig 10 using powder (RM+FA) replace cement more and more will make the shrinkage higher - Specific point in days: value shrinkage of Mix R1F5 (RF/X = 0.30) value is 508 μm/m and value shrinkage of mix R1F5 (RF/X = 0.35) value is 410 μm/m - Powders content (Red mud and Fly ash) are fine-grained; in the solid, Fly ash and red mud not hinder the process of shrinkage On the other hand, Fly ash and Red mud absorbing large water should make up for shrinkage - Fig 11 Using RM:FA ratio increase more and more will make the shrinkage higher - Specific point in days: value shrinkage of mix R0F1 (RF/X = 0.30) value is 356 μm/m and value shrinkage of mix R1F5 (RF/X = 0.30) value is 412 μm/m 4.CONCLUTION: Through the research results show that the amount can be used powder (Red mud and Fly ash) to replace cement is 30% and RM:FA ratio range is 1:5, the self-compacting concrete mix to achieve the following properties • The Slum flow of self-compacting concrete mix achieved from 67.0 to 68.0 cm • The difference in height of the concrete mix between inside and outside the J-Ring test (ΔH) of 0.6 cm - 1.0 cm • Time to concrete mixture flowing in all experiments speculum V 9.4s - 10.0 s • The difference in flow time after minutes in V-funnel test ranging [2.0s - 2.3s] • Compressive strength of about 52.7 to 55.6 MPa (TCVN-3118: 1993) • After days of age, the compressive strength reached nearly 90% compared with the compressive strength at 28 days old REFERENCES: Chemical & Engineering News, 23 February 2009, "The Foul Side of 'Clean Coal'", p 44 2."Is Fly ash an inferior building and structural material" Science in Dispute 2003 Kurniawan, TA.; Chan, GY.; Lo, WH.; Babel, S (Aug 2006) "Comparisons of low-cost adsorbents for treating wastewaters laden with heavy metals." Sci Total Environ 366 (2–3): 409–26 Schmitz, Christoph (2006) "Red mud Disposal" Handbook of aluminums recycling pp 18 ISBN 978-3-8027-2936-2 Chandra, Satish (1996-12-31) "Red mud Utilization" Waste materials used in concrete manufacturing pp 292–295 ISBN 978-0-8155-1393-3 Mining, Society for; Metallurgy, Exploration (U.S (2006-03-05) "Bauxite" Industrial minerals & rocks: commodities, markets, and uses pp 258–259 Babel, S.; Kurniawan, TA (Feb 2003) "Low-cost adsorbents for heavy metals uptake from contaminated water: a review" J Hazard Mater 97 (1–3): 219–43 H Okamura and M Ouchi / Journal of Advanced Concrete Technology Vol 1, No 1, 5-15, 2003 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN HOÀNG DUY Ngày, tháng, năm sinh : 10/02/1985 Nơi sinh : Tiền Giang Địa liên lạc : 15 F Nam kỳ Khởi Nghĩa, Mỹ Tho – Tiền Giang ĐT : 0988 608 765 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Thời gian Văn Chuyên ngành Nơi đào tạo 2003-2009 Kỹ sư Vật liệu – Công nghệ VL Đại học Bách Khoa Tp HCM 2010-2012 Thạc Sỹ Vật liệu – Công nghệ VL Đại học Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian 2009 - 2010 2010 - 2011 2011 - Đề tài nghiên cứu Nơi công tác Nghiên cứu kỹ thuật thi Đại học Bách Khoa công dầm cầu hộp Tp HCM Nghiên cứu kỹ thuật bê tông Đại học Bách Khoa tự lèn Tp HCM Nghiên cứu sử dụng chất thảy Đại học Bách Khoa bùn đỏ tro bay để làm phụ Tp HCM gia chế tạo bê tông tự lèn Bộ phận Kỹ thuật Kỹ thuật Kỹ thuật ... lớn chất thải 1.5 Mục tiêu đề tài: Trên sở tổng quan tình hình nghiên ứng dụng bê tông tự lèn, tro bay, bùn đỏ giới nước thấy việc nghiên cứu nghiên cứu sử dụng chất thải bùn đỏ, tro bay làm phụ. .. nghiên cứu sử dụng chất thảy bùn đỏ tro bay để làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn - Trên sở thực nghiệm đánh giá • Sự ảnh hưởng bùn đỏ, tro bay đến tính dẻo hỗn hợp bê tơng tự lèn • Sự ảnh hưởng bùn. .. sinh: TIỀN GIANG Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VLXD Mã số ngành : 60.58.80 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN NHIỆM VỤ VÀ NỘI