Sử dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện làm nguyên liệu sản xuất vữa cường độ thấp

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 84 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ * ĐH Tôn Đức Thắng Ths.Tô Hương Chi* Ths.Hoàng Chí Công Tạ Thanh Hoàng Hiện nay, nguồn nguyên liệu từ thiên nhiên như đất sét, đá vôi và cát đang được khai thác một cách mạnh mẽ để sản xuất chất kết dính và làm cốt liệu cho vữa xi măng và bê tông. Việc tái sử dụng nguyên liệu phế thải để sản xuất chất kết dính và tận dụng làm cốt liệu thay thế cho xi măng và cát là giải pháp hữu hiệu để chúng ta có thể tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên và góp phần bảo vệ môi trường. Thời điểm hiện tại, nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 đang thải ra một lượng tro xỉ than rất lớn, nếu được nghiên cứu đúng hướng, lượng tro này sẽ là nguồn tài nguyên có giá trị chứ không chỉ là rác thải công nghiệp. Tuy nhiên, xỉ than lại là loại tro chất lượng thấp, muốn được sử dụng vào sản xuất phải trải qua quá trình tuyển chọn. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sẽ tiến hành những biện pháp để ứng dụng trực tiếp tro từ nhà máy Vĩnh Tân 2 làm cốt liệu trong xây dựng mà không cần trải qua quy trình tuyển chọn xỉ than tốn kém. Mục tiêu của nghiên cứu là tận dụng nguồn tro chất lượng thấp thải từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2 để sản xuất vữa cường độ thấp có kiểm soát (Controlled Low Strength Material) LẬP CẤP PHỐI ĐỂ THÍ NGHIỆM Thành nguyên liệu trong 1 cấp phối gồm 5 nguyên liệu kể trên (mục I). Nhưng được thay đổi trên nền tảng phương pháp tính toán cấp phối theo thể tích tuyệt đối, sự thay thế giữa nguyên liệu tái chế với nguyên liệu xây dựng đã có trên thị trường hiện tại, tạo ra vật liệu cường độ thấp có kiểm soát (CLSM). Cụ thể là tro bay thay thế cho xi măng bao gồm 4 cấp độ 0%, 10%, 20%, 30%. Tro xỉ thay thế cho cát bao gồm 3 cấp độ 0%, 50%, 100%. Từ sự thay thế như trên, tổ hợp lại được 12 loại cấp phối, chia thành 3 nhóm, mỗi nhóm 4 loại vữa CLSM. CÁC THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM 1: Tro bay loại F được dùng trong nghiên cứu này làm phụ gia khoáng trong bê tông để thay thế một phần xi măng là loại tro tuyển (tro bay hoạt tính) được cung cấp bởi Công ty cổ phần Đầu tư và tiếp vận Mekong, phường Tân Thuận Tây, quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. 2: Xi măng Portland (Cement Portland) là loại xi măng đa dụng PCB40 do công ty xi măng Hà Tiên sản xuất. 3: Cát được sử dụng trong nghiên cứu này là loại cát sông thông thường được mua tại quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. 4: Tro xỉ sử dụng trong nghiên cứu này là tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2, xã Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. 5: Nước được sử dụng trong thí nghiệm là loại nước sinh hoạt bình thường của Công ty cấp nước sinh hoạt tại địa phương. Bảng 1: 12 loại CLSM được chuẩn bị cho các thí nghiệm A1 100 0 1430 0 345 B1 100 0 715 568 355 C1 100 0 0 1136 370 C2 90 10 0 1136 370 C3 80 20 0 1136 370 C4 70 30 0 1136 370 B2 90 10 715 568 355 B3 80 20 715 568 355 B4 70 30 715 568 355 A2 90 10 1430 0 345 A3 80 20 1430 0 345 A4 70 30 1430 0 345 làm nguyên liệu sản xuất vữa cường độ thấp NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 85Số 64.2019 XÂY DỰNG & ĐÔ THỊ CÁC THÍ NGHIỆM ĐƯỢC TIẾN HÀNH Có 6 thí nghiệm: Độ chảy, độ sụt, độ co ngót, cường độ nén, sóng siêu âm, cắt trực tiếp. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 1) Kết quả đo độ chảy Độ chảy của 12 loại vữa CLSM nằm trong khoảng từ 220mm đến 275mm. Điều này hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn ACI 229 [16] là từ 200mm đến 300mm. Tro bay có thể thay thế xi măng trong vật liệu CLSM. Khi càng tăng tỉ lệ tro bay thay thế xi măng thì độ chảy cũng càng tăng theo. Mẫu C4 (Bảng 1) đạt kết quả cao nhất. 2) Kết quả đo độ sụt Độ sụt của 12 loại vữa CLSM nằm trong khoảng từ 130mm đến 160mm. Tro bay có thể thay thế xi măng trong vật liệu CLSM. Khi càng tăng tỉ lệ tro bay thay thế xi măng thì độ sụt cũng càng tăng theo. Ngoài ra, khi tăng tỉ lệ tro xỉ thay thế cho cát thì cần một lượng nước nhiều hơn mới đạt độ sụt. 3) Kết quả đo độ co ngót Sự co ngót này nằm trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn ASTM C 157 là không quá 1,5 mm/m. Độ co ngót chiều dài của 4 mẫu vữa CLSM nhóm A phát triển từ thời đểm 1 ngày đến thời điểm 28 ngày nằm trong khoảng 0,08 mm/m đến 0,50 mm/m. Nhóm B nằm trong khoảng 0,10 mm/m đến 0,60 mm/m. Nhóm C nằm trong khoảng 0,16 mm/m đến 0,73 mm/m. Tất cả các mẫu đều nằm trong phạm vi cho phép. 4) Kết quả đo cường độ nén Hình 1.1. Độ chảy của 12 loại cấp phối Hình 1.3. Cường độ nén nhóm A Hình 1.4. Cường độ nén nhóm B Hình 1.5. Cường độ nén nhóm C Hình 1.2. Độ sụt của 12 loại cấp phối NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 86 HỌC VIỆN CÁN BỘ QUẢN LÝ XÂY DỰNG VÀ ĐÔ THỊ Theo tiêu chuẩn ACI 229 thì vật liệu CLSM dùng thay cho đất đắp để đắp rãnh đào đường ống thì có cường độ không nhỏ hơn 0,3 MPa. Các mẫu được đo trong thời gian 91 ngày. Trong hình 1.3 thì có 3 loại vữa A1, A2, A3 là không đạt theo tiêu chuẩn này. Trong hình 1.4 thì 4 loại vữa nhóm B đều đạt theo tiêu chuẩn từ thời điểm 10 ngày tuổi. Trong hình nhóm C thì 4 loại vữa này đều đạt theo tiêu chuẩn từ thời điểm 3 ngày tuổi. 5) Xác định vận tốc sóng siêu âm của vữa CLSM (Ul- trsonic pulse velocity) Vận tốc sóng siêu âm của 4 mẫu vữa CLSM nhóm A phát triển đến thời điểm 91 ngày nằm trong khoảng 373 m/s đến 1310 m/s, nhóm B nằm trong khoảng 500 m/s đến 1380 m/s, nhóm C nằm trong khoảng 570 m/s đến 2010 m/s. Điều này là rất thấp so với vận tốc siêu âm của bê tông thông thường là từ 3500 m/s trở lên. Vận tốc sóng siêu âm dao động trong khoảng 500 m/s đến 2010 m/s tương ứng với cường độ nén dao động trong khoảng 0,13 MPa đến 1,78 MPa. Nhìn chung với phương pháp này cho thấy các mẫu thử đều đạt cường độ so với tiêu chuẩn 0.3 MPa của ACI 229. 6) Xác định C, φ của vữa CLSM thông qua thí nghiệm cắt trực tiếp (Direct-shear test) Ở thời điểm 1 ngày tuổi có 6 loại vữa (4 loại A và 2 loại B) có góc nội ma sát gần giống với đất sét (nhỏ hơn 40°), còn 6 loại vữa còn lại (2 loại B còn lại và 4 loại C) có góc nội ma sát gần giống với đất cát chặt (lớn hơn 40°). Đối với vữa nhóm B và nhóm C, chỉ thực hiện được thí nghiệm cắt với mẫu ở 1 ngày và 7 ngày tuổi. Thời điểm 28 ngày, cường độ kháng cắt của mẫu vượt quá khả năng của thiết bị, vốn chỉ được thiết kế để cắt mẫu đất. Tóm lại ở thời điểm ban đầu 1 ngày tuổi thì vật liệu CLSM có ứng xử gần giống với đất rời, khi càng tăng thời gian thì vật liệu CLSM có ứng xử lại gần giống với bê tông. KẾT LUẬN Tro xỉ tại nhà máy Vĩnh Tân không phải là loại tro tuyển nên chất lượng thấp, và chưa có nghiên cứu nào đảm bảo độ an toàn về chất lượng nếu sử dụng tro xỉ từ nhà máy Vinh Tân 2. Nhưng qua kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả, với mẫu cấp phối nhóm B (Bảng 2) thì hoàn toàn có thể ứng dụng vào chế tạo ra vật liệu cường độ thấp có kiểm soát (CLSM). Cả 4 mẫu này qua thực nghiệm đều đáp ứng các tiêu chuẩn của ACI 229, tiêu chuẩn ASTM. Các mẫu nhóm B đều có thể cho ra các vữa bê tông tươi cường độ thấp (CLSM) đảm bảo chất lượng, hiệu quả kinh tế cao, khắc phục ô nhiễm môi trường và tiết kiệm tài nguyên khoáng sản, đất đai tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2, huyện Tuy Phong, tỉnh Ninh Thuận. Ứng dụng: Làm nguyên liệu cho sản xuất vữa bê tông tươi cường độ thấp (CLSM), sử dụng để đắp cho bộ phận có thể đào lên được bằng dụng cụ giản đơn như đắp rãnh đào đường ống. [1] TCVN 7572-2 : 2006 (2006), Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử - Phần 2: Xác định thành phần hạt, Tiêu chuẩn Việt Nam. [2] TCVN 4199-1995 (1995), Đất xây dựng - Phương pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm bằng máy cắt phẳng, Tiêu chuẩn Việt Nam. [3] Nguyễn Văn Chánh (2009), "Bê tông tự lèn sản xuất kiểm nghiệm và thi công", Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, Số 12, trang 52-58. [4] Nguyễn Thị Chiều Dương (2011), Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng, Luận văn Tốt nghiệp Đại học, Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh. [5] Tạ Ngọc Đôn, Võ Thị Liên (2005), “Zeolit từ tro bay. Tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng. Nghiên cứu chuyển hoá tro bay thành zeolit X có độ tinh thể cao trong điều kiện mềm”, Tạp chí Hoá học và ứng dụng, số 5, trang 32-35. Tiếng Anh [6] ACI-229R (2005), Standard Controlled-low strength materials, reproved 2005. [7] ASTM C618-05 (2005), Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete, approved 2005. Bảng 2: Mẫu cấp phối nhóm B Hình 1.6. Biểu đồ tương quan giữa vận tốc siêu âm và cường độ nén B1 100 0 715 568 355 B2 90 10 715 568 355 B1 80 20 715 568 355 B1 70 30 715 568 355 TÀI LIỆU THAM KHẢO