7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
2.1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than làm vật liệu xây
2.1.5. Khả năng sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than vào lĩnh vực xây dựng tạ
Việt Nam
Trên thế giới tro, xỉ được tạo ra và được sử dụng suốt 80 năm qua trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau [75]. Nhiều kế hoạch/chiến lược sử dụng CCPs đã được thực hiện nhằm xác định các phương án sử dụng khác nhau để tận dụng và phân loại theo giá trị. Các chiến lược cụ thể có thể được phân loại thành ba nhóm chính dựa theo mức độ hữu ích và giá trị kinh tế của chúng, đó là khơng mang lại lợi ích, đơn giản và nâng cao (Hình 2.7):
- Việc sử dụng khơng mang lại lợi ích hoặc lưu trữ ở bãi thải được coi là mang lại gánh nặng kinh tế cho nhà sản xuất và có nguy cơ ảnh hưởng đến mơi trường.
- Sản xuất biến đổi đơn giản (STM) hay chiến lược sử dụng đơn giản có thể yêu cầu xử lý đơn giản hoặc pha trộn đơn giản với vật liệu truyền thống hoặc trực tiếp làm ra thành phẩm hoặc đưa vào xây lắp.
- Sản xuất biến đổi nâng cao (ETM) hay chiến lược sử dụng nâng cao thường sẽ yêu cầu xử lý đáng kể trước khi có thể tạo ra sản phẩm có giá trị cao hơn.
Hình 2.7. Các lựa chọn sử dụng sản phẩm đốt than STM và ETM (nguồn [75])
Trong đó:
+ Geopolymers là từ được sử dụng để chỉ các loại vật liệu vô cơ được tổng hợp từ Aluminosilicate. Vật liệu Geopolymers được nghiên cứu nhằm tạo ra quy trình thân thiện với môi trường, giảm lượng phát thải CO2;
+ Cenosphere là một loại cốt liệu nhẹ, loại hạt này có dạng hình cầu với bề mặt nhẵn. Cenosphere được ứng dụng trong công nghiệp xây dựng như: xi măng đặc biệt, vữa, vật liệu mái, panel cách âm- cách nhiệt, sơn,…
Qua tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước, khả năng sử dụng tro, xỉ NMNĐT vào lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là trong sử dụng làm vật liệu xây dựng tại Việt Nam như sau:
(1) Ứng dụng cơng trình dân dụng, thi cơng đường bộ và trong đắp đê:
Tro, xỉ có thể được sử dụng làm vật liệu san lấp đất, giúp cải thiện các đặc tính của đất và cũng như một chất ổn định. Tro bay chưa được xử lý trộn với xỉ được sử dụng để hỗ trợ nền của thiết bị lọc bụi tĩnh điện trong nhà máy nhiệt điện than. Tro bay cũng được sử dụng làm vật liệu san lấp kết cấu. Bùn tro than bay có thể được sử dụng như một vật liệu san lấp hiệu quả trong các ứng dụng cơng trình dân dụng như san lấp dưới nước, san lấp nhẹ.
Hỗn hợp tro bay và xỉ có thể là chất phụ gia hữu ích trong đất mềm để cải thiện các đặc tính kỹ thuật của nó như cường độ, khả năng chịu lực và giảm độ xê dịch. Việc sử dụng tro than bay với tỷ lệ xỉ thấp đã được thực hiện rộng rãi như một vật liệu xây dựng phục vụ trong thi công đường cao tốc. Tro bay loại F trộn với xi măng (2 - 10% khối lượng) có thể được sử dụng làm vật liệu nền trong thi công đường bộ rất hiệu quả [76].
(2) Vật liệu kết dính, xi măng OPC, vật liệu thay thế cát và geopolymer:
Xi măng OPC là chất kết dính được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp xây dựng. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng OPC có thể được thay thế một phần bởi tro bay và xỉ (McCarthy và Dhir 1999; Kula và cộng sự 2002). OPC trộn với tro bay khi được sử dụng trong thi công cho thấy sự cải thiện một số tính chất của sản phẩm như giảm chiều rộng vết nứt và chỉ số co ngót tự do (Yang và cộng sự 2007). Tro than bay có thể được sử dụng làm vật liệu thô để sản xuất vữa geopolymer (Chindaprarist và cộng sự 2009; Izquierdo và cộng sự 2009). Tro bay với tỷ lệ vôi thấp (CaO) chưa qua xử lý cũng có thể được sử dụng thành cơng trong bê tông để thay thế cho cát (Jones và MacCarthy 2005).
(3) Gạch, ngói và vật liệu xi măng tổng hợp
Tro bay hoặc hỗn hợp tro bay trộn với xỉ, cát và vôi đã được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu để phát triển gạch rắn, gạch ngói gốm và các khối bê tơng. Các nhà
nghiên cứu cũng xác nhận rằng gạch tro bay cho cường độ chịu nén cao hơn trong khi khối lượng lại nhẹ hơn và cho thấy độ hút nước thấp hơn so sánh với gạch đất sét thông thường.
(4) Các sản phẩm chống cháy
Các sản phẩm chống cháy có thể được phát triển bằng cách sử dụng tro, xỉ trộn với các loại chất thải khác. Tro bay được sử dụng làm thành phần chính trộn với rác thải giấy dư và chất thải công nghiệp khác, chất thải RTi (chất thải sau phản ứng đầu tiên vào ilmenit trong sản xuất titan đioxit) và vermiculite (lên dến 10%) để tạo ra các tấm có khả năng cách nhiệt cao hơn. Những tấm và đĩa này có thể được sử dụng để sản xuất cửa chống cháy, cửa sổ chống cháy và cho các sản phẩm chống cháy khác. Người ta thấy rằng cả tro bay và tro, xỉ đều làm tăng khả năng chống cháy của sản phẩm làm bằng tro bay, nhờ vào đặc tính bốc hơi của tro. Từ đó, nó sẽ tạo ra các hạt nhỏ chống cháy [76].
(5) Gốm thủy tinh
Gốm thuỷ tinh có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, từ ngành công nghiệp xây dựng đến sản xuất các sản phẩm chuyên dụng như gương kính viễn vọng. Tro than bitum được sử dụng để tổng hợp thuỷ tinh và gốm thuỷ tinh, những thứ sử dụng Anorthite (CaAl2Si2O8) làm pha gốm thuỷ tinh chính. Thuỷ tinh hố tro than bay bằng cách sử dụng Na2O + CaO và BaO + CaO làm chất phụ gia được thực hiện để tạo các hạt tinh thể gốm thuỷ tinh nano với kích thước trung bình dưới 300 nm: pha chính của gốm thuỷ tinh này được xác định là Wollastonite (Ca-SiO3). Gốm thuỷ tinh vơ định hình được sản xuất bằng cách sử dụng tro than (40 - 50% khối lượng) trộn với các chất thải khác như đá thuỷ tinh, đá dolomit nổi [77].
Gốm thuỷ tinh có các đặc tính cơ học rất đặc biệt, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn, độ bền cơ học cao và khả năng ổn định trong nhiều ứng dụng. Gốm thuỷ tinh làm từ tro bay được thử nghiệm về các tính chất cơ lý, hệ số giãn nở nhiệt, mật độ, độ cứng và độ bền uốn và thu được kết quả rất khả quan, đảm bảo đạt đủ điều kiện trong nhiều ứng dụng ngành xây dựng [77].
gốm thuỷ tinh thu được [77].
(6) Sử dụng tro, xỉ làm vật liệu san lấp
Nghiên cứu của Viện Khoa học công nghệ xây dựng về tro, xỉ NMNĐT tại Việt Nam cho thấy:
Tro, xỉ là vật liệu rời, có thành phần và kích cỡ hạt bụi thơ, nhẹ về trọng lượng, đáp ứng yêu cầu về tính trương nở (trừ tro, xỉ của NMNĐ Na Dương) và có khả năng nén chặt, hồn tồn đáp ứng với các yêu cầu làm vật liệu san lấp. Khi sử dụng vật liệu tro, xỉ làm vật liệu san lấp, để đảm bảo độ ổn định lún của thể đắp cần đầm nén tới độ chặt ít nhất 0,95, cịn để đảm bảo ổn định độ bền, ổn định tự thân mái dốc thể đắp cần gia cường mái dốc bằng các vật liệu khác có độ bền cao hơn, chống được xói lở hoặc bằng hỗn hợp vật liệu tro, xỉ gia cường với chất liên kết như xi măng với hàm lượng khơng ít hơn 5% đến 10% trọng lượng.
Các địa điểm phù hợp để san lấp bằng tro, xỉ là các mỏ đã khai thác, các vùng đất trũng, san nền xây dựng khu công nghiệp hoặc bến cảng và nền đường giao thông. Thi công san lấp bằng tro, xỉ khơng địi hỏi sử dụng trang thiết bị đặc biệt, quy trình thi cơng tương tự quy trình áp dụng cho cơng tác đất nói chung.