7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu ngoài nước
1.1.3. Các nghiên cứu liên quan đến ứng dụng của tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than
than trong xây dựng
Các nghiên cứu và ứng dụng sử dụng tro, xỉ trên thế giới rất phong phú và đa dạng, trong đó các nghiên cứu và ứng dụng của tro bay nhiều hơn. Điều này là do tro bay có nhiều đặc tính cơ lý hóa ưu thế hơn so với tro đáy và xỉ. Việc sử dụng tro, xỉ trong xây dựng mang lợi ích cả về mơi trường và kinh tế. Ước tính chi phí quản lý các phụ phẩm đốt than (trong đó có tro, xỉ NMNĐT) ở Mỹ là 30USD/tấn [92]. Chi phí quản lý tro, xỉ hiệu quả theo cách thân thiện với môi trường là một vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến kinh tế của ngành công nghiệp khai thác than và sản xuất điện [92].
Có nhiều phương án sử dụng tro bay trong các lĩnh vực khác nhau, trong đó lĩnh vực xây dựng là chủ yếu. Tro bay có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô trong sản xuất clanhke xi măng, trộn với clanhke, hoặc trộn với xi măng thành phẩm [86][92], thay thế một phần xi măng trong bê tơng [84]. Theo Naik và cộng sự thì tro bay có thể được dùng làm thành phần chính của xi măng hỗn hợp, vượt trên 70% tổng hỗn hợp xi măng [92]. Nó có thể được sử dụng để thay thế lên đến 100% lượng cát trong sản xuất vật liệu cường độ thấp có kiểm sốt, phù hợp cho việc hỗ trợ nền móng và san lấp các hố đào, mố cầu, tường chắn, v.v; để lấp các đường hầm, cống rãnh và các cơng trình ngầm khác; làm kè, v.v. Tro bay có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu tổng hợp nhẹ bằng phương pháp xử lý nung và không nung. Tro bay có và khơng có khói silica có thể được sử dụng trong sản xuất bê tông hiệu suất cao, việc kết hợp
tro bay trong bê tông làm giảm đáng kể chi phí bê tơng [94]. Các tiêu chuẩn hiện hành của Úc cho phép bổ sung 7,5% tro bay trong lò nung xi măng, và ngành công nghiệp này đang thử nghiệm bổ sung 12,5% Tiêu chuẩn Châu Âu cho phép 22,5% tro bay được nghiền chung với clinker. Tiêu chuẩn của Trung Quốc với xi măng pooclang truyền thống (GB 175-2007) cho phép sử dụng tới 40% tro bay. Tiêu chuẩn bê tông của Trung Quốc cho phép sử dụng 15 tới 70% tro bay, với bê tơng ứng suất trước có tỷ lệ sử dụng thấp nhất và bê tơng đầm lăn có tỷ lệ sử dụng cao nhất. Chính phủ UAE thực hiện các quy định vào năm 2015 yêu cầu tất cả các dự án cơ sở hạ tầng lớn phải sử dụng ít nhất 60% xi măng có chứa tro hoặc xỉ [78].
Tro bay có giá thành rẻ hơn đất, do đó các nhà thầu dân dụng được khuyến khích sử dụng tro bay thay thế cho đất. Tro bay có thể được sử dụng làm vật liệu san lấp, giúp cải thiện đặc tính của đất cũng như một chất ổn định [86]. Những ưu điểm và nhược điểm của tro bay được sử dụng trong san lấp cơng trình và đắp đê được biểu hiện trong Bảng 1.4 dưới đây.
Bảng 1.4. Tổng hợp ưu điểm và nhược điểm của tro bay sử dụng trong san lấp cơng trình và đắp đê [72]
Ưu điểm Nhược điểm
- Dễ dàng nèn chặt bằng các thiết bị xây dựng tiêu chuẩn với nhiều loại nước khác nhau;
- Dễ dàng xử lý do trọng lượng nhẹ và kích thước hạt đồng đều, mịn;
- Cường độ chịu cắt lớn tạo ra các bờ đê ổn định;
- Trọng lượng nhẹ nên dễ vận chuyển và hữu ích cho các khu vực có nền đất kém; - Thời gian đông kết nhanh dẫn đến các vết lún thấp sau khi thi cơng;
- Thường có sẵn ở khu vực thành thị, nơi các nguồn vật liệu khác có thể khan hiếm; - Độ ẩm có thể điều chỉnh tại nguồn để dễ sử dụng trong các điều kiện thời tiết và loại đất.
- Dễ bị xói mịn bên trong và ngồi bởi nước;
- Dễ bị khơ và xói mịn do gió, gây ra bụi;
- Hạt mịn làm mịn các thiết bị xây dựng, đặc biệt là máy ủi và các loại máy bánh xích;
- Dễ bị hố lỏng nếu bão hoà; - Nếu bão hoà, dễ bị ảnh hưởng bởi sương giá;
- Sự khơng thơng dụng có thể dẫn tới việc phản đối từ các cơ quan quản lý, nhà thầu và công chúng.
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
(Rifa và cộng sự 2009). Do đó, việc ứng dụng chúng trong xây dựng đường cao tốc đã được thực hiện từ lâu (Moulton và cộng sự 1973). Việc sử dụng tro 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 (Kim và cộng sự 2005; Kumar và Patil 2006). 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 (Lav và cộng sự 2006) [86]. Ngồi ra tro bay có thể làm vật liệu xây dựng và sản phẩm kỹ thuật như làm gạch gói, gốm thủy tinh, các sản phẩm chống cháy [86].
Tương tự như tro bay, xỉ cũng có những lựa chọn ứng dụng tương tự, bao gồm: Ứng dụng trong xây dựng dân dụng, trong xi măng portland và geopolyme, trong gạch và các sản phẩm bê tông đặc, sảm phẩm gốm thủy tinh và trong xử lý nước và nước thải [86]. Xỉ có đặc tính tương tự với cát tự nhiên, một số nghiên cứu được thực hiện để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát tự nhiên. Tuy nhiên họ kết luận rằng cường độ nén giảm khi tỷ lệ thay thế xỉ tăng lên [92]. Một số nghiên cứu khác đã được thực hiện để tìm hiểu tác dụng của xỉ khi nghiền thành bột chưa qua xử lý trong ứng dụng làm vật liệu san lấp kết cấu.
Hình 1.2. Sử dụng tro than trong các lĩnh vực khác nhau [86] (Nguồn: ACAA (2010), ECOBA (2008), Dewangan và cộng sự (2010), Cao và cộng sự