M c tiêu c aăđ tài này là nghiên c u ng d ng ngu n tro bay t nhà máy nhi tăđi n trong vi c ch t o c t li u thay th c t li uăthơăthơngăth ng c a bê tơng, nh m t n d ng t iăđaăl ng ph th i t năđ ng các bãi ch a, m raăh ngăđiăm i cho cơng cu c tìm ki m cơng ngh s n xu t c t li u tái ch và gĩp ph n b o v mơiătr ng t nhiên.ă th c hi n m cătiêuănƠy,ăcácăb c tri n khai nghiên c u bao g m:
Nghiên c uăph ngăphápăt o hình cho c t li u tro bay.
Nghiên c u nhăh ng c aăhƠmăl ngătroăbayăđ n các tính ch t k thu t c a h t c t li u.
Nghiên c uăph ngăphápăthúcăđ y quá trình phát tri năc ngăđ cho h t c t li u.
Nghiên c u nhăh ng c a c t li uătroăbayăđ n tính cơng tác và các tính ch t c ăh c c a bêătơngănh ăc ngăđ ch uănén,ăc ngăđ ch u kéo khi u n, kh iăl ng th tích và đ hútăn c.
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 29
1.4 Ph măvinghiênăc u
D a trên m c tiêu nghiên c uăđưăđ ra, ph m vi nghiên c u c aăđ tƠiănƠyăđ c ti n hành t i phịng thí nghi m b mơn V t li u Xây d ng ậ Khoa K thu t Xây d ng, tr ng
i h c Bách Khoa,ă HQGă- HCM v i các thơng s kh o sát bao g m:
C t li u tro bay t o hình b ngăph ngăphápăngu i v i thành ph n là (tro bay và xi m ng)ăho că(troăbay,ăxiăm ngăvƠăNa2SO4),ăđ căđemăđiănhƠoătr n v i t l N/CKD là 0.20, t l tro bay/CKD l năl t là 85, 88, 90, 93, 95 và 97% theo kh iăl ng và hàm l ng Na2SO4 s d ng là 0.0, 1.5, 2.0, 2.5 và 3.0%.ăSauăđĩ,ăc t li uăđ c d ng h trongăn c 14 ngày r i ki m tra các tính ch tănh ăkh iăl ng riêng, kh iăl ng th tích, Dmax và Dmin, đ hútăn c,ăđ bưoăhịaăn căvƠăđ nén d p c a c t li u. L a ch n ra lo i c t li u phù h p và t iă uăđ ti n hành s n xu t bê tơng.
C p ph i bê tơng thi t k theo TCVN 10306:2014 v i mác 70 MPa, t l N/CKD là 0.37,ăđ s t SN là 20±2 cm.
T l thay th c t li u thơ (đáăd m) b ng c t li u tro bay là 0, 20, 40 và 60% theo th tích.
M uăbêătơngăđ c ki m tra các tính ch tăc ăh cănh ăc ngăđ ch u nén 3, 7 và 28 ngày tu i, và c ngăđ ch u kéo khi u n 7 và 28 ngày tu i.
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 30
CH NGă2:ăC ăS ăKHOAăH C
2.1ăXiăm ng
Trongăxiăm ngăPortland,ăclinkerăchi m t l lênăđ n 95 ậ96%;ădoăđĩ,ănĩăquy tăđnh ph n l n các tính ch tăc ngănh ăđ cătr ngăc u trúc bên trong c aăxiăm ng [25]. Clinker xi m ngăPortlandălƠăt p h p c a nhi u khống khác nhau, bao g m các khống chính:
Khống Alite: là h n h p nhi u khốngănh ngăch y u là 3CaO.SiO2 (C3S) chi m
45 ậ 60% trong clinker. Alite là khống quan tr ng nh tătrongăclinkerăxiăm ng,ăgiúpăr n ch cănhanhăvƠăc ngăđ cao,ăđ ng th iăkhiăđĩngăr n, t a nhi t l n và ít co th tích [25].
Khống Belite: thành ph n khống ch y u là 2CaO.SiO2 (C2S) chi m 20 ậ 30% trong
clinker. Belite là khống quan tr ng th 2ătrongăclinkerăxiăm ng,ăđĩngăr năt ngăđ i ch m, cho c ngăđ banăđ uăkhơngăcaoănh ngăv sau phát tri năc ngăđ t t [25].
Khống Alumoferitcalci: cĩ cơng th c 2CaO.pAl2O3.(1-p)Fe2O3 (pă≤ă 0.7),ăt n t i
d i d ng 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) chi m 7 ậ 15% trong clinker. Alumoferitcalci là khốngăđĩngăr năchoăc ngăđ th pănh ngălƠăkhốngăn ng nh t v iă a = 3.77 g/cm3 [25].
Khống Aluminattricalci: t n t i ch y uă d i d ng 3CaO.Al2O3 (C3A) chi m
10 ậ 18%; ngồi ra, d i nh ngăđi u ki n nh tăđ nhăc ngăcĩăth t n t iăd i d ng nghèo vơi. C3A là khống cĩ tính k t dính, d ng tinh th l păph ng,ăđĩngăr n nhanh, t a nhi u nhi t và là khống khơng b nătrongămơiătr ngăsunfată(n c bi n) [25].
Ngồi ra, trong clinker cịn t n t i m tăl ng nh các oxit và h p ch t trung gian khác. Xiăm ngănhƠoătr n v iăn c s t o thành v a d o,ăđĩngăr n d năthƠnhăđáăxiăm ng.ă đi u ki n nhi tăđ vƠăđ m thích h p,ăđáăxiăm ngăphát tri năc ngăđ khơng ng ng, lúc đ u nhanh và v sau ch m d n [25]. Ph n ngăđĩngăr n c a xi m ngăkhơngăbaoăgi tr ng tháiăt nh,ăsauă28ăngƠyăđĩngăr n v năcịnăhƠmăl ng l năxiăm ngăch aăb hydrat hĩa, quá trìnhăđĩngăr n v n cịn ti p t c x y ra trong c u trúc bê tơng [25].
Quáătrìnhăđĩngăr n cĩ th g mă3ăgiaiăđo n: hịa tan, hĩa keo và k t tinh x y ra theo các ph n ng (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) và (2.5):
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 31
2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (2.1)
2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (2.2)
3CaO.Al2O3 + 6H2O 3CaO.Al2O3.6H2O (2.3)
4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O (2.4) CaO.Fe2O3.nH2O + 2Ca(OH)2 3CaO.Fe2O3.6H2O + qH2O (2.5)
S n ph m c a quá trình này g m các gel hydrate hĩa d ng hình kim (CậSậH là khống b n,ăđĩngăvaiătrịăt oăc ngăđ choăđáăxiăm ng),ăd ng t m l c giác (CH), xem Hình 2.1 (a). Các gel này hịa tan vào dung dchăchoăđ năkhiăđ t tr ng thái quá bão hịa thì k t tinh thành tinh th , theo th i gian các tinh th t o thành s n ph măđĩngăr năcĩăc ngăđ [25].
Hình 2.1 nh SEM c a khống portlandite d ng t m l c giác (a) [26]và khống ettringite trên n n portlandite (b) [27]
Khi cĩ m tăđáăth ch cao, s x y ra các ph n ng ph (2.6) và (2.7) t o ra khống m i, xem Hình 2.1 (b):
3CaO.Al2O3 + 3CaSO4.2H2O + 26H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (2.6) (Trisulfat/Ettringite)
3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4.2H2O + 4H2O 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O (2.7) (Monosulfat)
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 32
2.2 Tro bay
Tro bay (Fly Ash): lo i th i ph m b i m năthuăđ c t i b ph n l ng b i khí th i c a
nhà máy nhi tăđi n t quáătrìnhăđ t than [28].
Tro tuy n (Fly Ash Selected):ăTroăbayăđưăquaăcơngăngh x lý khơ ho c tuy nă t
đ lo i b t thành ph n khơng mong mu n, nh m nâng cao thành ph n ch tăl ng h u ích trong s d ng [28].
Tro bay là h n h p c a oxit nhơm (Al2O3), oxit canxi (CaO), oxit silic (SiO2), oxit s t (Fe2O3),ăoxităl uăhu nh (SO2) và m tăl ngăthanăch aăcháyăh t. Theo thành ph n hĩa h c, troăbayăđ c phân lo i thành 2 lo i [28]:
- Tro axit (Acid Ash) ậ F:ăTroăbayăthuăđ c t đ t than nhà máy nhi tăđi n,ătrongăđĩă hƠmăl ng CaO đ n 10%.
- Troăbaz ă(BasicăAsh)ăậ C:ăTroăbayăthuăđ c t đ t than nhà máy nhi tăđi n, trong
đĩăhƠmăl ng CaO l năh nă10%.
Vi c s d ng ph giaăkhốngălƠătroăbayăvƠăpuz lanăchoăs n xu t bê tơng là r t ph bi n,ătrongăđĩ,ătroăbayăth ngăđ c s d ng nhi uăh nădoăcĩănhi uă uăđi m:ăđ m n cao và h t hình c u, ho t tính cao, gi măđ căđángăk l ngădùngăxiăm ngăsoăv iăpuz lanămƠăv n đ m b o các yêu c u c a bê tơng [29].ă i v i các c p ph iăbêătơngăthơngăth ng, khiăđ thành kh i l n, nhi tăđ trong lịngăbêătơngăđoăđ c r t cao, cĩ th l năh nă400C gây nguy c ăn t do ng su t nhi t. Vi c s d ng ch tăđ n m năgiúpăđ tăđ c 3 m căđích:ă1ăậ gi m đ căl ng nhi t sinh ra trong lịng bê tơng, 2 ậ gi m giá thành bê tơng m tăcáchăđángăk , 3 ậ đ m b o tính d thiăcơngăvƠăc ngăđ cho bê tơng [29]. M t khác, vi c s d ng ch t đ n m năchoăbêătơngăcịnăcĩăỦăngh aăkhác,ăđĩălƠăt ngăđ đ c ch c và ch ng th m nh vào vi c l p kín các khe r ng c a c t li u [29].
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 33
2.3 nhăh ngăc aăhƠmăl ngătroăbayăthayăth ăđ năcácătínhăch tăc aăh ăn năxi
m ngăậ tro bay
Khi tro bay tham gia vào h n năxiăm ng,ăph n ng pozzolanic s x y ra do SiO2 và calcium hydroxit (Ca(OH)2)ăđ t oăthƠnhăcalciumăsilicateăhydrateătheoăph ngătrình (2.8) và (2.9), xem Hình 2.2.
Ca(OH)2 + SiO2* CaO.SiO2.H2O (2.8)
2Ca(OH)2 + Al2O3* 2CaO.Al2O3.2H2O (k t tinh) (2.9)
Chú thích: *: ho t tính
Các khống CậSậH và CậAậHăđ c k t tinh l păđ y các l r ng,ăt ngăđ đ c ch c choăđáăxiăm ng.ăTrongăquáătrìnhăhydratăhĩa,ăs k t t a c a CậSậH và Ca(OH)2 c n cĩ Ca2+ trong dung dchăđ đ t m c bão hịa. S cĩ m t c a tro bay làm cho quá trình hydrat hĩa c a C2S ch m l iătrongăgiaiăđo năđ u, do trì hỗn hình thành Ca(OH)2 [30]. Nguyên nhân lƠădoăhƠmăl ngăxiăm ngăgi m d năđ n n ngăđ Ca2+ gi m và m t ph n ion Ca2+ b h p th trên b m t các h t tro bay và t đĩălƠmăgi m Ca2+ trong dung d ch. Doăđĩ,ăvi c b sung tro bay làm trì hỗn quá trình hydrat hĩa c aăxiăm ngă tu i s m [30].
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 34
2.4ăCácăph ngăphápăthúcăđ yăc ngăđ ă ătu iăs măchoăh ăn năxiăm ngăậ tro bay
Nh căđi m l n nh t c aăbêătơngăcĩătroăbayălƠăc ngăđ tu i s m th p. Do t căđ ph n ng pozzolanic ch m, các nghiên c u cho th y tác d ng c a ph n ng pozzolanic r t ítăchoăđ n tu i 7 ngày và s đĩngăgĩpăt ngăc ngăđ đángăk cĩ th x y ra sau 28 ngày [32]. M t s ph ngăpháp đ nâng cao t căđ phát tri năc ngăđ tu i s m là gi m t l n c/ch t k t dính, kích ho tăthúcăđ y ph n ng nhanh và kích ho t tro bay t o m m tinh th tr c khi tr n bê tơng [3]. C th :
Ph ngăphápăc ăh călƠmăt ngăm căđ ăph nă ng [3]:ăPh ngăphápăkíchăho tă nƠyăs ăd ngăbi năphápănghi năm năthêmătroăbay,ăt ngădi nătíchăb ăm tăti păxúcăvƠăcĩă s ăthayăđ iăv ăhĩaălỦătrênăb m tătroăbay.
Ph ngăphápătraoăđ i/ăbi năđ iăm tăthƠnhăph năaluminosilicateătrongăh năh pă t oănhi uăthƠnhăph năthamăgiaăph nă ngăh n [3]:ăb ăsungăthêmăvơiăCa(OH)2,ăb ăsungă thêmăsilicaăfumeă(SF),ầ
L aăch nălo iăxiăm ngăvƠăt ăl ăn c/ch tăk tădính [3]: Vi c s d ng t l N/CKDăd i 0.4 tr thành yêu c u g nănh ăb t bu căđ s n xu tăbêătơngătínhăn ngă cao [33]. T l N/CKD cĩ th đápă ngăđ c khi s d ng ph gia siêu d o gi măn c t m cao. Nh ngăl uăỦăn u s d ng ph gia siêu d o quá li u gây ra s phân t ng tách n c, tách v a, bê tơngăkhơngăđ ng nh t, quá li uăc ngăs gây ra hi năt ngăđơngăk t ch m c a bê tơng [34].
S ăd ngăph ăgiaăt ngăt căph căh p [3]: Hi n nay, vi c s d ng các ch t ho t hĩaă đ c bi tă nh ă natriăsulfat (Na2SO4)ă đangă đ că đ xu tă đ thúcă đ y ph n ng pozzolan c a tro bay.
Ch t ho t hĩa Na2SO4 ph n ng v i s n ph m hydrat hĩa c aă đáă xiă m ngă (t c Ca(OH)2) [35] theoăph ngătrìnhă(2.10), t oăraăNaOHălƠmăt ngăđ pH c a dung dch,ăđ y nhanh s hịaătanătroăbayăvƠăt ngăt căđ ph n ngăpozzolanătheoăph ngătrình (2.8) và (2.9) m c 2.3. Cùng v iăđĩ,ăCaSO4.2H2O ti p t c ph n ng v i khống 3CaO.Al2O3.6H2O c a
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 35
đáăxiăm ngăt o ra ettringite [35] theoăph ngătrìnhă(2.11). ng th i, Na2SO4 c ngăgĩpă ph năt ngăn ngăđ SO42- và t đĩăgiúpăhìnhăthƠnhăettringiteănhi uăh n [35].
Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O CaSO4.2H2O + 2NaOH (2.10)
3(CaSO4.2H2O) + 3CaO.Al2O3.6H2O + 20H2Oă ă3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (2.11)
2.5 nhăh ngăc aăc tăli uăl năđ năcácătínhăch tăc aăbêătơngăvƠăbêătơngăt i
2.5.1ăHìnhăd ngăvƠăc uătrúc
bêătơngăcĩăc ngăđ cao v i t l N/X th p,ăkíchăth c h t càng l n thì càng làm gi măc ngăđ .ă i u này cĩ th gi i thích r ngăkhiăđ ng kính c t li u càng l n, t ng di n tích b m t ti p xúc gi a c t li u và n năđáăxiăm ngăcƠngănh , d năđ n l c liên k t c a vùng chuy n ti p (ITZ) nh ;ădoăđĩ,ălƠmăgi măc ngăđ c a bê tơng [36]. Các h t cĩ b m t thơ rápăcĩăđ bámădínhăcaoăh năcácăh t nh n. Khi s d ng c t li u thơ cĩ hình d ng gĩc c nh, thon dài, d t, cĩ b m t thơ ráp, xem Hình 2.3, c n dùng nhi uăcátăvƠăxiăm ngăđ l păđ y l r ng gi a các h t c t li u thơ [36].ăTuyănhiên,ăđi u này l i làm gi măđ s t và ph iăt ngă l ngăn cădùngăđ đ m b o tính cơng tác, khi năc ngăđ bê tơng gi măvƠăt ngăđ tách n c.ăDoăđĩ,ăkhiăs d ng c t li u trịn, ít gĩc c nh gi măđ c 4 ậ 5%ăl ngăxiăm ngăs d ng [36]. Vì v y, h n h p bê tơng t t nh tăđ c t o ra khi thành ph n h t c a c t li u liên t c t h tătr nănh năđ n h t r t nhám.
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 36
2.5.2ăTr ngătháiăh tăc tăli u
m c a c t li uăđ căxácăđ nh t n t iăd i b n tr ng thái, g m khơ hồn tồn, khơ b m t,ăbưoăhịaăn c khơ b m t và m hồn tồn [37], xem Hình 2.4. C t li u r ngăđ c làm mătr c khi s d ng cho k t qu khi ti p xúc v i h tăxiăm ng, t trong c t li uăđưănh ra bên ngồi m tăl ngăn căt ngăđ i khi h n năxiăm ngăb tăđ uăđĩngăr năđ giúp cân b ngăđ m vùng chuy n ti p gi a hai b m t. Khi c t li u khơ, nĩ h p th l ngăn c nhào tr n và làm gi măđángăk tính cơng tác c a h n h p bê tơng, hi năt ng này s đ c lo i b khi c t li uăđ c làm m t tr c [37]. Theo Tao, c t li u tái ch (Recycled Fine Aggregate ậ RFA) cĩ kh n ngăhútăn c cao nên tác gi đưăti n hành nghiên c u nhăh ng c a tr ng thái m c a c t li u tái ch đ i v i tính ch t c aăbêătơngăt iăc ngănh ăc ngăđ vƠăđ b n c a bê tơng [38]. Cĩ ba lo i tr ngătháiăđ măđ c s d ng trong nghiên c u này là khơ hồn tồn (Oven Dry ậ OD), khơ b m t (Air Dry ậ AD)ăvƠăbưoăhịaăn c khơ b m t (Saturated Surface Dry ậ SSD). K t qu thuăđ c cho th y b ng cách gi nguyên hàm l ng c t li u tái ch và t ng t l n c/xiăm ngăkhơngăđ i, v i s giaăt ngăđ m trong c t li u, kh n ngăch ng n t c a bê tơng tái ch s d ng c t li u tr ng thái SSD cho hi u qu cao nh t, r iăđ n AD và cu i cùng là OD [38].
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 37
2.5.3ăThƠnhăph năh t
C t li u cĩ thành ph n h t t t là khi các kho ng tr ng do hình d ngăkhơngăđ u c a các c t li u l n s đ c l yăđ y b i nh ng h tăcĩăkíchăth c nh h năvƠăkho ng tr ng c a c t li u nh s đ c l păđ y b i các h tăxiăm ngăchoăđ n khi l r ng trong bê tơng là nh nh t [40], xem Hình 2.5. i uănƠyăđ m b o kh iăl ngăbêătơngăt ngăđ i ch t, cĩ tính cơng tác t t,ăt ngăc ngăđ và mang l i tính kinh t cao trong h n h p bê tơng. V iăhƠmăl ng xiăm ngăkhơngăđ iăvƠăđ đ c ch căđ c gi nguyên, khi thành ph n h tăđ c ph i tr năđ t t iă uăs cho ra t l n c/xiăm ngăhi u qu nh tăvƠăc ngăđ bê tơng phát tri n cao nh t [41].
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 38
CH NGă3:ăH ăNGUYểNăV TăLI Uă
VÀăPH NGăPHỄPăNGHIểNăC U
3.1 H nguyênăv tăli u
3.1.1ăH ănguyênăv tăli uăs năxu tăc tăli uătroăbaya.ăXiăm ng a.ăXiăm ng
Nguyên li uăđ c s d ngălƠăXiăm ngăPortlandăPC40 Type I c a CơngătyăNghiăS n,ă xem Hình 3.1. Các ch tiêu k thu t c a lo iăxiăm ngănƠyăphùăh p v i các tiêu chu nănh ă
B ng 3.1.
Hình 3.1 Xi m ngăNghiăS năPC40ăTypeăI
B ng 3.1 Ch tiêu k thu t c aăXiăm ngăNghiăS năPC40ăTypeăI
Ch tiêu PC40 K t qu Ph ngăphápăth
C ngăđ ch u nén (MPa)
3 ngày 21 37.0 TCVN 6016:2011
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 39
Ch tiêu PC40 K t qu Ph ngăphápăth
L ngăn c tiêu chu n (%) Khơngăquyăđnh 30 TCVN 6017:2015
Th i gian ninh k t (phút)
B tăđ u ≥ă45 140 TCVN 6017:2015
K t thúc ≤ă375 175
Kh iăl ng riêng (g/cm3) Khơngăquyăđnh 3.1 TCVN 4030:2003
b. Tro bay
Tro bay là ngu n nguyên li u ph th i,ăđ c t n d ng thu l i t các nhà máy nhi t đi n Duyên H i, xem Hình 3.2. Thành ph n hĩa và các ch tiêu k thu t c a tro bay s d ng cĩ th xem trong B ng 3.2 và B ng 3.3.
Hình 3.2 Tro bay t nhà máy nhi tăđi n
B ng 3.2 Thành ph n hĩa c a tro bay
Thành
ph n hĩa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O MgO SO3
M t khi nung K t qu (% kh i l ng) 56.4 24.9 8.1 2.0 0.4 5.2 0.8 0.5 7
LU NV NTH CS GVHD: TS. BÙI PH NG TRINH
HVTH: NGUY NTR N NG KHOA 40
B ng 3.3 Ch tiêu k thu t c a tro bay
Ch tiêu Quyăđnh K t qu
Kh iăl ng riêng (g/cm3) Khơngăquyăđnh 2.25
m, % kh iăl ng ≤ă1 0.5
L ng sĩt trên sàng 0.045 mm ≤ă25 20
T k t qu phân tích thành ph n hĩa c aătroăbay,ăđ i chi u v i TCVN 10302:2014 [28], cho th y tro bay s d ng là tro bay lo i F (cĩ ch a ítăh nă10% CaO), và các ch tiêu phù h păđ đúcăm u bê tơng ho c v a.
c.ăCh tăho tăhĩaănatriăsulfat
Natri sulfat (Na2SO4)ăđ c s d ngătrongăđ tài nghiên c u này nh măt ngăt căđ