CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXIT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ TRO XỈ LÒ CAO
3.2. Chương trình thí nghiệm
3.2.2. Vật liệu thí nghiệm
a. Cát
- Thành phần hạt của cát thô được sử dụng để chế tạo bê tông, hàm lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và sét), hàm lượng clorua trong cát lần lượt được quy định trong các Bảng 3.1, Bảng 3.2 và Bảng 3.3 [6].
Bảng 3.1: Thành phần hạt của cát
Kích thước lỗ sàng Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng
Cát thô Cát mịn
2,5 mm Từ 0 đến 20 0
1,25 mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15
630 m Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35
315 m Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65
140 m Từ 90 đến100 Từ 65 đến 90
Lượng qua sàng 140 m, không lớn
hơn 10 35
Bảng 3.2: Hàm lượng các tạp chất trong cát
Tạp chất
Hàm lượng tạp chất (% khối lượng, không lớn hơn) Bê tông cấp
cao hơn B30
Bê tông cấp thấp
hơn và bằng B30 Vữa Sét cục và các tạp chất dạng cục Không được có 0.25 0.50
Hàm lượng bùn, bụi, sét 1.50 3.00 10.00
Bảng 3.3: Hàm lượng ion Cl- trong cát
Loại bê tông Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép ứng
suất trước 0.01
DUT.LRCC
Loại bê tông Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép và
bê tông cốt thép và vữa thông thường 0.05
Cát có hàm lượng ion Cl- lớn hơn các giá trị quy định ở bảng 2. có thể được sử dụng nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1m3 bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế tạo, không vượt quá 0,6 kg.
Trong chương trình thí nghiệm này, loại cát sử dụng là cát đúc Đại Lộc, Quảng Nam. Cát sử dụng cát từ Sông Thu Bồn với các đặc tính cơ lý được trình bày ở Bảng 3.4 và thành phần cỡ hạt được trình bày ở Bảng 3.5 [6].
Bảng 3.4: Đặc tính cơ lý của cát đúc Đại Lộc
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết Quả
1 Modun độ lớn của cát - 2.67
2 Tổng hàm lượng bụi sét % 0.94
3 Khối lượng thể tích xốp kG/m3 1.410 4 Khối lượng thể tích bảo hòa g/cm3 2.612 5 Khối lượng thể tích khô g/cm3 2.583
6 Khối lượng riêng g/cm3 2.660
7 Độ hút nước % 1.122
8 Hàm lượng tạp chất hữu cơ - Sáng hơn mẫu chuẩn
Bảng 3.5: Thành phần cỡ hạt cát đúc Đại Lộc
Sàng số Khối lượng trên sàng
Khối lượng trên sàng tích luỹ
Phần trăm trên sàng tích luỹ
Phần trăm lọt sàng
(mm) (g) (g) (%) (%)
10.0 0.0 0.0
5.0 0.0 0.0 0.0 100.0
2.5 92 92.0 8.1 91.9
1.25 149 241.0 21.3 78.7
DUT.LRCC
Sàng số Khối lượng trên sàng
Khối lượng trên sàng tích luỹ
Phần trăm trên sàng tích luỹ
Phần trăm lọt sàng
0.63 352 593.0 52.4 47.6
0.315 409 1002.0 88.5 11.5
0.14 95 1097.0 96.9 3.1
CỠ SÀNG (mm)
Hình 3.1: Biểu đồ phân tích tỉ lệ hạt
- Đối với cát, ta tiến hành phơi ngoài nắng cho đến khi khô hoàn toàn tránh tình trạng vẫn còn nước trong cốt liệu dẫn đến thành phần cấp phối sai.
Hình 3.2: Cốt liệu trộn bê tông được phơi khô hoàn toàn
PHẦN TRĂM LỌT SÀNG (%)
DUT.LRCC
b. Cốt liệu lớn (đá 1x2)
Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định tại Bảng 3.6 theo TCVN 7570-2006 [6].
Bảng 3.6: Thành phần hạt của cốt liệu lớn Kích
thước lỗ sàng (mm)
Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm 5 - 10 5 - 20 5 - 40 5 - 70 10 -40 10 - 70 20 - 70
100 - - - 0 - 0 0
70 - - 0 0-10 0 0-10 0-10
Kích thước lỗ sàng (mm)
Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, mm
5-10 5-20 5-40 5-70 10-40 10-70 20-70
40 - 0 0-10 40-70 0-10 40-70 40-70
20 0 0-10 40-70 … 40-70 … 90-100
10 0-10 40-70 … … 90-100 90-100 -
5 90-100 90-100 90-100 90-100 - - -
Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn tuỳ theo cấp bê tông không vượt quá giá trị quy định trong Bảng 3.7.
Bảng 3.7: Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn
Cấp bê tông Hàm lượng bùn, bụi, sét, (% khối lượng, không lớn hơn)
Cao hơn B30 1.0
Từ B15 đến B30 2.0
Thấp hơn B15 3.0
Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh được quy định
DUT.LRCC
trong Bảng 3.8.
Bảng 3.8: Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập
Mác đá dăm*
Độ nén dập trong xi lanh ở trạng thái bão hoà nước, % khối lượng Đá trầm tích Đá phún xuất xâm
nhập và đá biến chất
Đá phún xuất phun trào
140 Đến 12 Đến 9
120 Đến 11 Lớn hơn 12 đến 16 Lớn hơn 9 đến 11
100 Lớn hơn 11 đến 13 Lớn hơn 16 đến 20 Lớn hơn 11 đến 13 80 Lớn hơn 13 đến 15 Lớn hơn 20 đến 25 Lớn hơn 13 đến 15
60 Lớn hơn 15 đến 20 Lớn hơn 25 đến 34
40 Lớn hơn 20 đến 28
30 Lớn hơn 28 đến 38
20 Lớn hơn 38 đến 54
* Chỉ số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương đương với các giá trị 1 400; 1 200; ...; 200 khi cường độ chịu nén tính bằng kG/cm2.
Trong chương trình thí nghiệm này, loại đá 1x2 sử dụng là đá Phước Tường (Cẩm Lệ, Đà Nẵng). Đá sử dụng với các đặc tính cơ lý được trình bày ở Bảng 3.9 và thành phần cỡ hạt được trình bày ở Bảng 3.10.
Bảng 3.9: Đặc tính cơ lý của đá 1x2 (Phước Tường)
STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả Yêu cầu kỹ thuật
1 Tỷ lệ thoi dẹt % 15 Đạt yêu cầu
2 Khối lượng thể tích xốp kG/m3 1404 3 Khối lượng thể tích bão hòa g/cm3 2758 4 Khối lượng thể tích khô g/cm3 2733
5 Khối lượng riêng g/cm3 2803
6 Độ hút nước % 0.909
7 Độ hổng % 48.6
8 Độ ép vỡ trong xilanh % 10.5 Đạt yêu cầu
DUT.LRCC
Bảng 3.10: Thành phần cỡ hạt đá 1x2
Sàng số Khối lượng trên sàng (g) Phần trăm lọt sàng
(mm) (0.5x1) (1x2) (%)
40.0 0 0 100.0
20 0.0 275 95.9
10 0.0 3.956 36.2
5 0.0 2.390 0.2
CỠ SÀNG (mm)
Hình 3.3: Phân tích tỉ lệ theo sàng
- Đối với đá, ta tiến hành phơi ngoài nắng cho đến khi khô hoàn toàn tránh tình trạng vẫn còn nước trong cốt liệu dẫn đến thành phần cấp phối sai và kết quả sẽ không đúng với yêu cầu đề ra.
Hình 3.4: Cốt liệu trộn bê tông được phơi khô hoàn toàn
PHẦN TRĂM LỌT SÀNG (%)
DUT.LRCC
c. Xi măng
Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 6260:2009 - Xi măng porland hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật. Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng porland hỗn hợp được quy định trong Bảng 3.11. Trong chương trình thí nghiệm của luận văn, tác giả sử dụng xi măng Sông Gianh PCB 40, với các thông số kỹ thuật được trình bày ở Bảng 3.12.
Bảng 3.11: Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng porland hỗn hợp
STT Các chỉ tiêu Mức
PCB30 PCB40 PCB50
1
Cường độ nén, mặt phẳng, không nhỏ hơn:
- 3 ngày ± 45 min - 28 ngày ± 8 h
14 30
8 40
22 50
2
Thời gian đông kết, mịn - Bắt đầu, không nhỏ hơn - Kết thúc, không lớn hơn
45 420
3
Độ mịn, xác định theo:
- Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0.09 mm,
%, không lớn hơn
- Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine, cm2/g, không nhỏ hơn
10 2800
4 Độ ẩm ổn định thể tích, xác định theo phương
pháp Le Chatelier, mm, không lớn hơn 10 5 Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3), %, không
lớn hơn 3.5
6 Độ nở autoclave, %, không lớn hơn 0.8
Bảng 3.12: Thông số xi măng Sông Gianh PCB 40
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị TCVN 6260:2009
Sông Gianh PCB40 Cường độ nén:
+ Ở 72h ± 45 phút + Ở 28 ngày ± 2 giờ
N/mm2 ≥ 18
≥ 40
≥ 20
≥ 44
DUT.LRCC
Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị TCVN 6260:2009
Sông Gianh PCB40 Thời gian ninh kết:
+ Thời gian bắt đầu ninh kết + Thời gian kết thúc ninh kết
Phút ≥ 45
≤ 420
≥ 100
≤ 360 Độ nghiền mịn:
+ Lượng sót sàng 0.09 mm
+ Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine
% cm2/g
≤ 10.0
≥ 2800
≤ 4.0
≥ 3200 Độ ổn định thể tích (xác định theo Le
Chaterlier) mm ≤ 10.0 ≤ 5
Hàm lượng Anhydric sunfuric (SO3) % ≤ 3.5 ≤ 3.0
Độ nở Autoclave % ≤ 0.8 ≤ 0.8
d. Tro bay
Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định theo TCVN 10302:2014 - Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng [2]. Chất lượng các chỉ tiêu tro bay dùng cho bê tông và vữa xây quy định ở Bảng 3.13.
Bảng 3.13: Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây
Chỉ tiêu Loại tro
bay
Lĩnh vực sử dụng - Mức
a b c d
1. Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3,
% khối lượng, không nhỏ hơn
F C
70 45 2. Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh
tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, không lớn hơn
F C
3 5
5 5
3 6
3 3 3. Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối
lượng, không lớn hơn
F C
- 2
- 4
- 4
- 2 4. Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối
lượng, không lớn hơn
F C
12 5
15 9
8*
7
5*
5
DUT.LRCC
Chỉ tiêu Loại tro bay
Lĩnh vực sử dụng - Mức
a b c d
5. Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan), % khối lượng, không lớn hơn
F
C 1,5
6. Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn F
C 3
7. Lượng sót sàng 45m, % khối lượng, không lớn hơn
F
C 25 34 40 18
8. Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng,
%, không lớn hơn
F
C 105 105 100 105 9. Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn
hơn
F
C 0.1 - - 0.1
10. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kG) của tro bay dùng:
- Đối với công trình nhà ở và công cộng, không
lớn hơn 370
- Đối với công trình công nghiệp, đường đô thị
và khu dân cư, không lớn hơn 740
Hiện nay, nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 với hai khối Lò hơi – Tuabin – Máy phát, mỗi khối có công suất thiết kế 600 MW, lượng tiêu thụ than vào khoảng 2,9 triệu tấn/ năm tương ứng với lượng tro, xỉ đáy lò khoảng 1 triệu tấn/năm. Với nguồn phụ phẩm dồi dào này, sẽ đáp ứng phần nào nhu cầu vật liệu xây dựng cho đường giao thông nông thôn của tỉnh. Có thể kể đến một số ứng dụng chính của tro bay, xỉ đáy lò trong xây dựng giao thông như: sử dụng làm phụ gia khoáng cho bê tông xi măng, bê tông đầm lăn, bê tông tự lèn; dùng thay bột đá trong bê tông Asphalt, gia cố móng đường, cải thiện đặc tính của đất. Ngoài ra, tro bay, xỉ đáy lò còn được dùng để đắp nền, đắp trả kết cấu, làm vật liệu đất lấp sau tường chắn và cát nhân tạo cho bê tông… Thông qua các kết quả thí nghiệm của Viện Vật liệu xây dựng, tro bay và xỉ đáy lò Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1 đáp ứng được các tiêu chuẩn, hoàn toàn có thể ứng dụng làm vật liệu xây dựng, cho rất nhiều các ứng dụng khác nhau mà các nghiên cứu trên toàn thế giới đã chứng minh. Bên cạnh đó, sản phẩm tro bay và xỉ đáy lò của Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng I đã được Viện Công nghệ môi trường và Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam lấy và phân tích mẫu xác nhận không phải là chất thải nguy hại theo Quy chuẩn
DUT.LRCC
Kỹ thuật Quốc gia về ngưỡng nguy hại QCVN 07:2009/BTNMT [45].
Tro bay sử dụng trong chương trình thí nghiệm là tro bay Vũng Áng 1 (Hà Tĩnh) với các thông số kỹ thuật thể hiện trong Bảng 3.14. Theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014, tro bay Vũng Áng 1 là loại F vì có tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 >70% [2].
Bảng 3.14: Thông số kỹ thuật của tro bay Vũng Áng 1
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN
10302:2014 1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % 79.83 Min 45 2 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh
tính quy đổi ra SO3 % 0.08 Max 6
3 Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd % 0.02 Max 4
4 Hàm lượng mất khi nung MKN % 6.72 Max 15
5 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan) % Nhỏ hơn
0.01 Max 0,1
e. Tro xỉ lò cao
Xỉ lò cao (GBFS - Granulated Blast Furnace Slag) là dạng rác thải rắn, sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang trong lò cao. Quy trình sản xuất xỉ hạt lò cao nghiền mịn không quá phức tạp và khá phổ biến tại nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Sau khi được đưa vào dây chuyền nghiền, xỉ hạt được nghiền mịn đến tỷ diện lớn hơn 5.000 cm2/g, đạt tiêu chuẩn loại S95 theo TCVN 11586:2016 [1], mịn hơn xi măng và trở thành một loại phụ gia khoáng hoạt tính rất tốt cho xi măng, bê tông. Xỉ lò cao được dùng trong thí nghiệm này là loại S95 Hòa Phát.
Đầu năm 2018, thực hiện chủ trương chế biến, xử lý sâu tại chỗ và tận dụng nguồn nhiệt dư trong quá trình luyện gang thép, Tập đoàn Hòa Phát đã cải tạo hệ thống tạo xỉ hạt bằng nước lạnh áp lực cao và đầu tư thêm 01 dây chuyền nghiền xỉ hạt lò cao tại Khu liên hợp sản xuất gang thép Hải Dương. Đây là dây chuyền công nghệ nghiền đứng, đồng bộ vào loại hiện đại nhất hiện nay, công suất 115 tấn/h, tương đương 750.000 tấn/năm. Với S95, Việt Nam có thể sản xuất đại trà xi măng, bê tông bền trong môi trường nước biển, nước mặn và nước lợ, ngăn chặn sự xâm thực của clo và sunfat, đáp ứng nhu cầu tăng tuổi thọ cho các công trình trên biển, trên đảo và ven biển. Pha thêm 30-50% S95 thay thế cho xi măng sẽ chế tạo được bê tông tỏa nhiệt thấp và bê tông mác cao sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn, bê tông có độ chịu uốn nén và chống thấm cao. S95 cũng có thể sử dụng cho bê tông cọc đất để xử lý nền móng yếu, làm vật liệu cho tấm trần, tấm tường và ngói xi măng cát. Đặc biệt, sản phẩm này sẽ giúp hạ giá
DUT.LRCC
thành bê tông thương phẩm trộn sẵn khi thay thế 30-50% S95 cho xi măng PC50, PCB40, do giá bán S95 Hòa Phát thấp hơn giá xi măng [46].
Thành phần hóa học của xỉ lò cao Hòa Phát S95 được thể hiện tại Bảng 3.15 và một số chỉ tiêu chất lượng của hạt xỉ lò cao Hòa Phát S95 được thể hiện tại Bảng 3.16.
Bảng 3.15: Thành phần hóa học trung bình của xỉ lò cao Hòa Phát S95 Oxit FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2
% 0.38 33.85 13.74 40.08 8.16 0.25 0.82 0.68
Bảng 3.16: Một số chỉ tiêu chất lượng của hạt Xỉ lò cao Hòa Phát S95
Chỉ tiêu Đơn vị
Sản phẩm S95 Hòa Phát S95
Hòa Phát
TCVN 11586:2016
Khối lượng riêng g/cm3 2.8 ≥ 2.8
Bề mặt riêng cm2/g 4500 ≥ 4000
Chỉ số hoạt tính cường độ 7 ngày 28 ngày
% 83
96
≥ 75
≥ 95
Tỷ lệ lưu động % 92 ≥ 90
Độ ẩm % 0.8 ≤ 1.0
Hàm lượng Magie oxit (MgO) % 8.16 ≤ 10.0
Hàm lượng anhydric sunfuric (SO3) % 1.0 ≤ 4.0
Hàm lượng ion Cl- % 0.001 ≤ 0.02
Hàm lượng mất khi nung (MKN) % 1.0 ≤ 3.0
f. Nước
Tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 - Yêu cầu nước trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu [8], như sau:
- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ, không có màu, lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15 mg/l, độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12.5;
- Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa quy định trong bảng 2.15. Nước sử dụng nguồn nước thành phố Đà Nẵng cấp tại Phòng Thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Trong giới
DUT.LRCC
hạn đề tài không thí nghiệm kiểm tra chất lượng nước.
Bảng 3.17: Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa
Mục đích sử dụng
Hàm lượng tối đa cho phép (mg/l) Muối
hòa tan
Ion sunfat (SO4-2)
Ion clo (Cl-)
Cặn không
tan 1. Nước trộn bê tông và nước trộn vữa bơm
bảo vệ cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước.
2.000 600 350 200
2. Nước trộn bê tông và nước trộn vữa chèn
mối nối cho các kết cấu bê tông cốt thép. 5.000 2.000 1.000 200 3. Nước trộn bê tông cho các kết cấu bê tông
không cốt thép. Nước trộn vữa xây dựng 10.000 2.700 3.500 300