7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu ngoài nước
1.1.5. Các nội dung đúc rút qua tổng quan các cơng trình nghiên cứu ngồi nước
- Ứng dụng của tro, xỉ trong xây dựng dân dụng là một trong những cách tốt nhất giảm thiểu các vấn đề về môi trường và xã hội liên quan tới việc thải bỏ tro, xỉ. Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng là: yêu cầu q trình tiền xử lý (điều này có thể làm tăng chi phí cho q trình sử dụng); tiềm năng gây ơ nhiễm môi trường và hạn chế về kỹ thuật để thay thế vật liệu xây dựng thông thường với số lượng lớn [82].
- Về mặt số lượng, việc tiêu thụ tro, xỉ có thể được thực hiện một cách hiệu quả nhất thông qua xây dựng địa kỹ thuật. Tuy nhiên, trong trường hợp này sẽ có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường. Việc thay thế hồn tồn đất thông thường bằng tro, xỉ cần được cân nhắc kỹ lưỡng, tuân thủ tiêu chuẩn liên quan [82].
- Theo quan điểm môi trường, ứng dụng tro, xỉ trong các sản phẩm tổng hợp gốc xi măng và gốc nhựa đường nên được nhân rộng. Các nguồn cốt liệu tự nhiên đang giảm dần, do đó việc sử dụng các phụ phẩm hay cốt liệu tái chế thay thế cho các cốt liệu tự nhiên được khuyến khích, đặc biệt là khi việc khai phá các mỏ quặng mới có thể dẫn tới phá hủy mơi trường. Thay thế các cốt liệu thông thường bằng tro, xỉ mang lại lợi ích là bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. Từ quan điểm kỹ thuật, nhiều nghiên cứu khuyến cáo rằng nên thay thế một phần tro, xỉ cho vữa và bê tông thông thường, ngoại trừ các ứng dụng vật liệu tổng hợp với mục đích đặc biệt [82].
- Cần có các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai cùng với các ứng dụng nâng cao của tro, xỉ để đẩy nhanh việc ứng dụng tro, xỉ vào nhiều cơ sở hạ tầng khác nhau để có thể tận dụng được hơn nữa các đặc tính của tro, xỉ.
- Cần có sự hỗ trợ từ chính sách để thúc đẩy lợi ích của việc sử dụng tro, xỉ. Việc thành lập hệ thống tín dụng hoặc các tổ chức nghề nghiệp hỗ trợ cho việc tái sử dụng tro, xỉ hoặc chứng chỉ xanh/bền vững của vật liệu xây dựng có thành phần từ tro, xỉ cũng có thể kích thích việc sử dụng tro, xỉ. Ví dụ hệ thống chứng chỉ thơng thường như LEED (Leadership in Energy & Environmental Design), ‘Green Globes’, BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method), và CfSH (Code for Sustainable Homes) [82].
- Do đặc tính cơ lý hóa của tro, xỉ là khác nhau vì thế việc quản lý tro, xỉ cũng phải khác nhau. Để sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu thô này và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, không chỉ các cơ quan khoa học cần tiến hành nghiên cứu mà cả các cơng ty nhiệt điện than cũng phải có trách nhiệm phát triển lĩnh vực này [80].
- Việc tăng cường sử dụng tro, xỉ có thể đạt được bằng nhiều cách. Có thể sử dụng các biện pháp khuyến khích về kinh tế. Sự phát triển của các công nghệ cho phép tạo ra được các nguyên liệu với thông số kỹ thuật tương đương, và đơi khi cịn tốt hơn so với nguyên liệu truyền thống, là yếu tố chính để khuyến khích các cơng ty sử dụng tro, xỉ trong q trình sản xuất của mình. Áp lực mơi trường là một nội dung quan trọng. Khi các tổ chức không xử lý tro, xỉ của họ và chi phí cho việc lưu bãi (hoặc chơn lấp) tăng lên, họ sẽ phải tìm cách để tái chế chúng ở mức độ cao hơn trước [80]. Tái chế tro, xỉ - một ví dụ về hiệu quả kinh tế tuần hồn, giúp đạt được mục tiêu kép về môi trường và kinh tế.
- Thị trường tro bay bước đầu đã hình thành trên thế giới và khá hứa hẹn. Nguồn cung tập trung chủ yếu ở Châu Á, nơi mà nhiệt điện than vẫn chiếm tỷ lệ cao trong cơ cấu nguồn điện.
Các giải kết luận nêu trên là bài học quý, có ý nghĩa thực tiễn cho Việt Nam trong việc quản lý và sử dụng tro, xỉ làm vật liệu xây dựng.
1.2. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong nước
Một số hướng nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện được quan tâm và thực hiện tại Việt Nam bao gồm: Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng, bê tơng các loại (đã được tiêu chuẩn hóa thành Tiêu chuẩn quốc gia - TCVN); Nghiên cứu tro, xỉ thay thế đất sét trong sản xuất clanhke xi măng, gạch đất sét nung; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ cho sản xuất gạch không nung: gạch bê tông (xi măng-cốt liệu), gạch bê tơng khí chưng áp, bê tơng bọt; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ kết hợp chất kết dính làm lớp móng đường giao thơng; Nghiên cứu sử dụng tro bay làm vật liệu gia cố nền đất yếu; Nghiên cứu sử dụng tro, xỉ làm cốt liệu nhẹ cho bê tông [49].
Các thuật ngữ cơ bản liên quan đến tro, xỉ NMNĐT từ các nghiên cứu trong nước sử dụng cũng tương đồng với các nghiên cứu trên thế giới. Theo [49], tro bay là thải phẩm của quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện. Khi than bị đốt cháy sẽ sinh ra tro than bao gồm hai loại, các hạt tro mịn bay lên rồi thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải gọi là tro bay (thường chiếm 75-85%) và các hạt thô hơn thu được ở đáy lị đốt gọi là tro đáy hoặc xỉ đáy. Theo tính tốn thiết kế của các nhà máy nhiệt điện, nếu sử dụng than cám trong nước để sản xuất ra 1kWh điện sẽ tiêu tốn khoảng 0,5 kg than và thải ra khoảng 0,18 kg tro, xỉ, thạch cao. Tuy nhiên trong trong thực tế, do nguồn than đầu vào, điều kiện vận hành mà lượng tro, xỉ thải ra có thể lớn hơn [11].
Đặc tính kỹ thuật của tro, xỉ NMNĐT tại Việt Nam được nêu ở nhiều nghiên cứu như [23;24;34;49;67]… Thành phần và tính chất của tro bay thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố: (1) thành phần khống hóa của than; (2) mức độ nghiền mịn than; (3) loại lò đốt và điều kiện đốt; (4) phương pháp thu hồi tro bay, xử lý và lưu trữ trước khi sử dụng. Chính vì vậy, tro bay của các nhà máy khác nhau là rất khó giống nhau. Ngồi ra, tính chất tro bay của mỗi nhà máy có thể cịn thay đổi theo chu kỳ 24h tùy thuộc vào mức độ phụ tải vận hành của nhà máy [49].
Tro bay thu được từ các nhà máy nhiệt điện đốt than phun đã được sử dụng làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng. Các nhà sản xuất xi măng thường sử dụng tro bay cho chế tạo xi măng Portland hỗn hợp (PCB) phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009. Theo phương pháp này, tro bay được cấp dưới dạng khô vào máy nghiền xi măng với lượng sử dụng tương đối thấp khoảng (3-5)%. Tỷ lệ tro bay hiện nay được trộn vào xi măng ở mức thấp như vậy (mặc dù theo tiêu chuẩn hiện hành thì lượng tro bay có thể trộn đến 40% theo khối lượng sản phẩm) là do một số vấn đề liên quan đến thiết bị công nghệ cấp tro bay vào hệ thống nghiền trộn và vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của tro bay đến tỷ trọng và màu sắc của sản phẩm xi măng sau trộn. Tro bay có khối lượng riêng nhẹ (khoảng 2,3 g/cm3), trong khi khối lượng riêng của xi măng Portland khoảng 3,15 g/cm3, nên nếu trộn tỷ lệ tro bay ở mức cao sẽ làm tăng thể tích xi măng khi đóng bao [49].
Bên cạnh sử dụng tro bay cho chế tạo xi măng Portland hỗn hợp thì việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho chế tạo các loại xi măng đặc biệt như xi măng bền sun phát, xi măng ít tỏa nhiệt, xi măng chịu mặn (bền nước biển) cũng đã được nghiên cứu khá nhiều tại Việt Nam. Sử dụng tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện trong nước có thể chế tạo được các loại xi măng bền sun phát loại vừa và loại cao theo tiêu chuẩn TCVN 7711:2013 Xi măng Portland hỗn hợp bền sun phát hoặc ASTM C1157, xi măng Portland hỗn hợp ít tỏa nhiệt loại vừa và loại thấp theo TCVN 7712:2013 hoặc ASTM C1157.
Trong những năm trước đây (giai đoạn 2004-2015), khi các dự án xây dựng nhà máy thủy điện triển khai hàng loạt, tro bay chủ yếu sử dụng cho các dự án xây dựng đập thủy điện sử dụng bê tơng đầm lăn (RCC) [34]. Ví dụ như nghiên cứu của Vũ Hải Nam về sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lượng lớn thông thường dùng cho đập trọng lực [41].
Tro, xỉ nhiệt điện hiện nay chủ yếu cung cấp cho cho sản xuất xi măng (nghiền cùng clanhke xi măng) và phụ gia khoáng cho bê tông (các trạm trộn bê tông, nhà máy bê tông đúc sẵn), cơ sở sản xuất gạch không nung (gạch bê tông và gạch AAC), làm vật liệu san lấp (như nghiên cứu của Đinh Quốc Dân và cộng sự [23;24]), làm nền và mặt đường cho cơng trình giao thơng (Hồng Tùng và cộng sự [65]), xử lý nền móng cơng trình (Bùi Phú Doanh [24]). Nghiên cứu cơng nghệ thu hồi tro bay của nhiệt điện Cao Ngạn dùng cho sản xuất vật liệu không nung (Nguyễn Trung Kiên [35]); Nghiên cứu sử dụng phế thải tro xỉ than nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia cho bê tơng (Phạm Tồn Đức [26]); Sử dụng tro bay (Vĩnh Tân) và bùn đỏ (Tân Rai - Nhân Cơ) làm chất kết dính Geopolime để chế tạo các loại gạch không nung và cấu kiện xây dựng dùng trong xây dựng cơng trình vùng thành phố Hồ Chí Minh (Nguyễn Hồng Hải và cộng sự [32]); Nghiên cứu hồn thiện và chuyển giao cơng nghệ sử dụng tro bay nhiệt điện Duyên Hải để sản xuất bê tơng tại khu vực phía Nam (ng Hồng Sơn [46]); Nghiên cứu, ứng dụng sản xuất gạch không nung sử dụng tro, xỉ Nhà máy nhiệt điện Na Dương (Nguyễn Văn Hoan [33]); Nghiên cứu tính năng bê tơng cát sử dụng tro bay, xỉ lị cao cho kết cấu cơng trình trong mơi trường biển miền
trung (Nguyễn Tấn Khoa [37]); Nghiên cứu sử dụng cát đỏ Bình Thuận và tro bay nhiệt điện Vĩnh Tân làm móng và mặt đường giao thơng nơng thơn khu vực duyên hải Nam Trung Bộ (Vũ Hoàng Giang [28]); Sử dụng tro xỉ nhiệt điện trong xây dựng cơng trình nền và mặt đường giao thơng [65]. Ứng dụng cọc xi măng – tro bay – cốt liệu (Cement – Fly ash – Gravel pile: CFG) để xử lý nền móng cơng trình xây dựng tại Việt Nam [24].
Theo điều tra của Viện Vật liệu xây dựng thì lượng tro tiêu thụ chủ yếu là tro bay (xuất dạng khô từ si-lô vào xe bồn). Tỷ lệ tro bay tiêu thụ so với tổng lượng phát thải tùy thuộc vào nhà máy (chủ yếu quyết định bởi khoảng cách đến các nhà máy xi măng, các khu vực dự án xây dựng sử dụng khối lượng bê tơng lớn), số liệu trung bình khoảng (20-30)%, một số nhà máy có tỷ lệ tiêu thụ tro bay cao như Phả Lại 2, ng Bí, Hải Phịng lượng tỷ lệ tiêu thụ khoảng (60-80)%. Hiện nay lượng tro, xỉ nhiệt điện Phả Lại được xử lý và bán ra thị trường khoảng trên 300.000 tấn/năm [34].
Tro bay thu được từ các nhà máy nhiệt điện đốt than tầng sơi ít được tiêu thụ mà thường tồn chứa tại các bãi thải gần khu vực nhà máy do chất lượng tro, xỉ của cơng nghệ lị hơi CFB rất khó sử dụng được ngay cho các nhà máy sản xuất xi măng hoặc làm phụ gia cho bê tông. Tro, xỉ của các nhà máy sử dụng cơng nghệ CFB có thể sử dụng cho mục đích san nền. Một vài nhà máy đã nghiên cứu và triển khai các phương án tiêu thụ như tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn được sử dụng cho sản xuất gạch không nung, tro bay của nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả có thể làm phụ gia cho xi măng và làm vật liệu tại một số cơng trình san lấp mặt bằng [34].
Với các nghiên cứu về đặc tính cơ lý hóa và khả năng ứng dụng của tro, xỉ của các NMNĐT tại Việt Nam thì tro, xỉ là một ví dụ hiệu quả của kinh tế tuần hồn. Tác giả Phạm Thị Thu Hà (2020) đã có những phân tích cho thấy sử dụng tro, xỉ NMNĐT làm vật liệu xây dựng là một áp dụng hiệu quả về kinh tế tuần hồn trong ngành cơng nghiệp Việt Nam. Việc sử dụng tro, xỉ than sẽ đem lại lợi ích kép, thậm chí là 3-4 lần [29].
Một số nội dung đúc rút từ các nghiên cứu trong nước:
Tại Việt Nam, những năm gần đây với sự vào cuộc của Chính phủ, các nghiên cứu về tro, xỉ bắt đầu được quan tâm nhiều hơn và đạt được kết quả trong nghiên cứu
và thực nghiệm. Kết quả từ các nghiên cứu này giúp nâng cao cơ sở khoa học về vật liệu tro, xỉ ở các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam. Các nghiên cứu đã đưa ra các ứng dụng khả thi sử dụng tro, xỉ và đề xuất các giải pháp tăng khả năng sử dụng (tiêu thụ) tro, xỉ theo phạm vi nghiên cứu. Các vấn đề về môi trường do nguy hại từ tro, xỉ đã được nêu ra, tuy nhiên đều nhận định nên sử dụng tro, xỉ như nguồn vật liệu thứ sinh và giảm ảnh hưởng ô nhiễm môi trường. Cần có nhiều các nghiên cứu để tro, xỉ thực sự trở thành mặt hàng thương mại.
Các cơng trình nghiên cứu trong nước thường chỉ đánh giá về mặt kỹ thuật và ứng dụng vào kết cấu hoặc loại hình cơng trình cụ thể, thiếu các nghiên cứu khoa học về vấn đề thúc đẩy sử dung tro, xỉ làm vật liệu xây dựng trong phát triển mơ hình kinh tế tuần hồn.
1.3. Khoảng trống nghiên cứu, những vấn đề luận án tập trung nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu của đề tài