Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng khi thay thế xi măng bằng phế thải rắn nghiền nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA VỮA XÂY DỰNG
KHI THAY THẾ XI MĂNG BẰNG PHẾ THẢI RẮN NGHIỀN NHỎ

Mã số: T2021-06-21

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phan Nhật Long

Đà Nẵng, tháng 11/2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA VỮA XÂY DỰNG
KHI THAY THẾ XI MĂNG BẰNG PHẾ THẢI RẮN NGHIỀN NHỎ

Mã số: T2021-06-21

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

Phan Nhật Long

NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

TT Họ và tên Đơn vị công tác và Nội dung Chữ ký
lĩnh vực chuyên môn nghiên cứu cụ
thể được giao

Khoa Kỹ thuật Xây dựng Chủ nhiệm
1 ThS. Phan trường Đại học Sư phạm

Nhật Long
Kỹ thuật

Khoa Kỹ thuật Xây dựng Thành viên
ThS. Ngô
2 Thị Mỵ trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật

Khoa Kỹ thuật Xây dựng Thành viên
TS. Võ
3 Duy Hải trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật

MỤC LỤC
Trang

MỤC LỤC .......................................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... iii

DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................................v
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................4
1.1. Tổng quan về phế thải xây dựng ..............................................................................4
1.2. Tổng quan về phế thải công nghiệp..........................................................................6
1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.........................................7

1.3.1. Tình hình nghiên cứu thay thế chất thải rắn xây dựng ...............................7
1.3.2. Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng tro bay, xỉ thép để
sản xuất vật liệu trong ngành xây dựng................................................................7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ NGHIÊN CỨU ........................................................................10
2.1. Nguồn vật liệu và các thông số...............................................................................10
2.1.1. Xi măng ....................................................................................................10
2.1.2. Cát.............................................................................................................10
2.1.3. Tro bay......................................................................................................11
2.1.4. Xỉ lò cao....................................................................................................11
2.1.5. Bột gạch đỏ và gạch men..........................................................................12
2.2. Nguồn gốc, cơ chế, độ hoạt tính và vai trị của các loại phụ gia khoáng từ phế thải
rắn xây dựng và công nghiệp.........................................................................................14
2.2.1. Xỉ lò cao nghiền mịn ................................................................................14
2.2.2. Tro bay......................................................................................................15
2.2.3. Bột gạch men và gạch đỏ..........................................................................16
2.3. Phương pháp tính tốn cấp phối .............................................................................22
2.3.1. Thành phần vữa tiêu chuẩn ASTM C109/C109M-99 ..............................22
2.3.2. Thành phần vữa tiêu chuẩn theo TCVN 6016:2011 (ISO 679:2009) ......22
2.4. Phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật liệu..........................................22

i

2.4.1. Quy trình trộn vữa ....................................................................................22

2.4.2. Xác định chỉ số hoạt tính cường độ của gạch men và gạch đỏ theo TCVN
6882:2011. ..........................................................................................................23
2.4.3. Chỉ tiêu vữa tươi .......................................................................................23
2.4.4. Chỉ tiêu vữa đóng rắn ...............................................................................26
2.5. Kết luận chương .....................................................................................................28
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT ............29
3.1. Đặc tính kỹ thuật của hồ xi măng sử dụng gạch men và gạch đỏ thay thế xi
măng ..............................................................................................................................29
3.1.1. Cấp phối thí nghiệm .................................................................................29
3.1.2. Khối lượng thể tích hồ xi măng................................................................29
3.1.3. Thời gian đông kết....................................................................................30
3.1.4. Cường độ hồ xi măng ...............................................................................31
3.1.5. Độ hút nước, thể tích lổ rỗng và tốc độ siêu âm của mẫu hồ xi măng .....36
3.2. Sử dụng phế thải rắn trong xây dựng và công nghiệp thay thế xi măng trong chế tạo
vữa xây dựng .................................................................................................................38
3.2.1. Thành phần cấp phối.................................................................................38
3.2.2. Thay thế xi măng bằng gạch men.............................................................39
3.2.3. Thay thế xi măng bằng gạch đỏ................................................................43
3.2.4. Thay thế xi măng bằng tro bay .................................................................46
3.2.5. Thay thế xi măng bằng xỉ lò cao ..............................................................48
3.2.6. So sánh cường độ giữa các mẫu thử .........................................................50
3.3. Nhận xét..................................................................................................................51
3.3.1. Đối với hồ thay thế xi măng gạch đỏ và gạch men ..................................51
3.3.2. Đối với vữa thay thế xi măng bằng phế thải rắn ......................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................53
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................54

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thông số của xi măng Sông Gianh PCB40 ..................................................10
Bảng 2.2. Thông số của cát Đại Lộc - Quảng Nam.......................................................10
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu cơ lý của Tro bay ......................................................................11
Bảng 2.4. Các chỉ tiêu cơ, lý của xỉ lò cao ....................................................................11
Bảng 2.5. Các chỉ tiêu cơ, lý của gạch men và gạch đỏ ................................................14
Bảng 2.6. Xác định chỉ số hoạt tính cường độ của mẫu ................................................22
Bảng 3.1. Thành phần hồ xi măng với tỷ lệ N/CKD=0,5..............................................29
Bảng 3.2. Khối lượng thể tích hồ xi măng của gạch men và gạch đỏ (kg/m3)..............29
Bảng 3.3. Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết .........................................................30
Bảng 3.4. Cường độ hồ xi măng của gạch men ở các ngày tuổi (Mpa) ........................31
Bảng 3.5. Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch men thay thế một phần xi măng so
với mẫu đối chứng (%) ..................................................................................................32
Bảng 3.6. Cường độ hồ xi măng của gạch đỏ ở các ngày tuổi (Mpa) ...........................33
Bảng 3.7. Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch đỏ thay thế một phần xi măng so với
mẫu đối chứng (%) ........................................................................................................34
Bảng 3.8. Độ hút nước, thể tích lỗ rỗng của hồ xi măng đã đóng rắn 28 ngày của gạch
men, gạch đỏ. (%)..........................................................................................................36
Bảng 3.9. Tốc độ siêu âm các ngày tuổi của gạch men (m/s) .......................................36
Bảng 3.10. Tốc độ siêu âm các ngày tuổi của gạch đỏ (m/s) ........................................36
Bảng 3.11. Bảng thành phần cấp phối thay thế xi măng bằng phế thải rắn ..................39
Bảng 3.12. Bảng giá trị độ lưu động và khối lượng thể tích vữa tươi (mẫu gạch men) 39
Bảng 3.13. Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế gạch men ..................................41
Bảng 3.14. Giá trị độ hút nước mẫu gạch men (%).......................................................42
Bảng 3.15. Bảng giá trị độ lưu động và khối lượng thể tích vữa tươi (mẫu gạch đỏ)...43
Bảng 3.16. Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế gạch đỏ .....................................44
Bảng 3.17. Giá trị độ hút nước mẫu gạch đỏ (%)..........................................................45
Bảng 3.18. Giá trị độ lưu động của vữa khi sử dụng tro bay (cm)................................46
Bảng 3.19. Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế Tro bay .....................................47

iii

Bảng 3.20. Giá trị độ lưu động của vữa khi sử dụng xỉ lò cao (cm) .............................48
Bảng 3.21. Giá trị trung bình cường độ mẫu thay thế Xỉ lị cao ...................................49

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phát sinh phế thải xây dựng tại một số thành phố [2] .....................................4
Hình 1.2. Tỷ lệ các thành phần chất thải rắn xây dựng [1] .............................................5
Hình 1.3. Vai trò của nhà máy nhiệt điện than trong quy hạch điện lực quốc gia [3] ....6
Hình 1.4. Tình hình cơng bố sáng chế nguyên liệu từ phế thải/rác thải dùng sản xuất vật
liệu ngành xây dựng trên cơ sở số liệu sáng chế quốc tế. [4]..........................................8
Hình 1.5. Tình hình cơng bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng tro xỉ trong sản xuất
vật liệu ngành xây dựng theo thời gian [4]......................................................................8
Hình 2.1. Gạch đỏ được đập nhỏ...................................................................................12
Hình 2.2. Gạch đỏ sau khi nghiền .................................................................................12
Hình 2.3. Cơng tác chuẩn bị vật liệu .............................................................................13
Hình 2.4. Gạch men sau khi nghiền ..............................................................................13
Hình 2.5. Phiếu kết quả thí nghiệm ...............................................................................13
Hình 2.6. Xỉ hạt lị cao sau khi làm nguội [3] ...............................................................14
Hình 2.7. Cấu trúc bề mặt của xỉ ...................................................................................15
Hình 2.8. Cơ chế lấp đầy của xỉ lị cao..........................................................................15
Hình 2.9. Hình dạng hạt tro bay ở trạng thái tự nhiên và qua kính hiển vi điện tử quét
SEM [3] .........................................................................................................................15
Hình 2.10: Cơ chế làm việc của tro bay ........................................................................16
Hình 2.11. Sơ đồ tổng thể các thí nghiệm đánh giá khả năng hoạt tính của gạch men và
gạch đỏ...........................................................................................................................17
Hình 2.12. Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch đỏ.......................................................18
Hình 2.13. Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch men ....................................................18
Hình 2.14. Bản đồ phân bố nguyên tố của tro bay ........................................................18

Hình 2.15. Bản đồ phân bố nguyên tố của xỉ ................................................................19
Hình 2.16. Bản đồ phân bố nguyên tố của xi măng ......................................................19
Hình 2.17. Biểu đồ các nguyên liệu ban đầu [9] ...........................................................19
Hình 2.18. Cấu trúc của gạch đỏ ...................................................................................20
Hình 2.19. Cấu trúc bề mặt của gạch men.....................................................................21

v

Hình 2.20. Cấu trúc của xi măng ...................................................................................21
Hình 2.21. Quy trình trộn vữa .......................................................................................23
Hình 2.23. Sơ đồ cấu tạo bàn dằn..................................................................................24
Hình 2.23. Thí nghiệm xác định độ lưu động................................................................25
Hình 2.24. Mẫu thí nghiệm độ hút nước .......................................................................26
Hình 2.25. Thí nghiệm nén mẫu....................................................................................27
Hình 2.26. Cường độ mẫu khi nén đơn vị kN ...............................................................27
Hình 2.27. Mẫu sau khi nén...........................................................................................28
Hình 3.1. Biểu đồ so sánh thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết mẫu chuẩn và mẫu thay
thế gạch men..................................................................................................................30
Hình 3.2. Biểu đồ so sánh thời gian bắt đầu và kết thúc đơng kết mẫu chuẩn và mẫu thay
thế gạch đỏ.....................................................................................................................31
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện cường độ phá hoại mẫu thay thế gạch men........................32
Hình 3.4. Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch men thay thế một phần xi măng so
với mẫu đối chứng (%) ..................................................................................................33
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện cường độ phá hoại mẫu thay thế gạch đỏ...........................34
Hình 3.6. Sự biến thiên cường độ nén mẫu có gạch đỏ thay thế một phần xi măng so với
mẫu đối chứng (%) ........................................................................................................35
Hình 3.7. Tốc độ siêu âm mẫu gạch men ......................................................................37
Hình 3.8. Tốc độ siêu âm mẫu gạch đỏ .........................................................................37
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu gạch men .................................................40
Hình 3.10. Biểu đồ so sánh khối lượng thể tích mẫu gạch men....................................40

Hình 3.11. Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu gạch men............................................42
Hình 3.12. Biểu đồ so sánh khối lượng thể tích mẫu gạch đỏ.......................................43
Hình 3.13. Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu gạch đỏ..................................................44
Hình 3.14. Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu gạch đỏ ..............................................45
Hình 3.15. Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu tro bay ...................................................46
Hình 3.16. Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu thay thế Tro bay.................................47
Hình 3.17. Biểu đồ so sánh độ lưu động mẫu Xỉ lò cao................................................48

vi

Hình 3.18. Sự thay đổi cường độ chịu nén mẫu thay thế Xỉ lị cao ..............................49
Hình 3.19. Biểu đồ so sánh giá trị cường độ tại 28 ngày tuổi (Mpa) ............................50

vii

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu đặc trưng kỹ thuật của vữa xây dựng khi thay thế xi
măng bằng phế thải rắn nghiền nhỏ

- Mã số: T2021-06-21

- Chủ nhiệm: ThS. Phan Nhật Long

- Thành viên tham gia: ThS. Ngô Thị Mỵ; TS. Võ Duy Hải

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Thời gian thực hiện: 12 tháng

2. Mục tiêu:

- Nghiên cứu thay thế xi măng bằng phế thải xây dựng, công nghiệp ( gạch men,
gạch đỏ, xỉ, tro bay ) trong vữa xây dựng.

- Đánh giá ảnh hưởng đặc tính kỹ thuật của vữa thay thế xi măng bằng phế thải
rắn.
3. Tính mới và sáng tạo: Tận dụng nguồn phế thải xây dựng, công nghiệp trong nước
nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đánh giá được ảnh hưởng về đặc tính kỹ
thuật của vữa khi thay thế xi măng bằng các phế thải rắn.
4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Đánh giá các đặc tính vữa tươi và sự phát triển cường độ của hồ xi măng và vữa
thân thiện môi trường được sản xuất bằng chất thải rắn xây dựng và công nghiệp nghiền
nhỏ.

Các thí nghiệm chỉ tiêu đã đánh giá khả năng hoạt tính của bột gạch đỏ và gạch
men. Khả năng thay thế xi măng bằng phế thải rắn phát sinh trong xây dựng và công
nghiệp.
5. Tên sản phẩm: Bài báo trong danh mục hội đồng chức danh Giáo sư Nhà nước.

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Hiệu quả khoa học: Góp phần hiểu rõ hơn ảnh hưởng của việc thay thế xi măng

bằng phế thải xây dựng và cơng nghiệp đến các đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng
- Hiệu quả đào tạo: Góp phần nâng cao chất lượng đào tạo ngành Xây dựng tại Đại

học Đà Nẵng.
- Hiệu quả kinh tế: Góp phần giảm thiểu chi phí xử lý rác thải công nghiệp và xây

dựng.
- Các đơn vị tư vấn thiết kế, các phòng thí nghiệm và chủ đầu tư quan tâm đến

việc tái chế nguồn phế thải rắn trong xây dựng và công nghiệp.
7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Hình 1. Bản đồ phân bố nguyên tố của xi măng

Hình 2. Cấu trúc của xi măng

Hình 3. Cấu trúc của gạch đỏ Hình 4. Cấu trúc bề mặt của gạch men

Hình 5. Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch đỏ

Hình 6. Bản đồ phân bố nguyên tố của gạch men

Hình7. Biểu đồ so sánh giá trị cường độ tại 28 ngày tuổi (Mpa)

TM. Hội đồng Khoa Ngày tháng năm
Chủ tịch Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên) (ký, họ và tên)

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:

Project title: Research on technical characteristics of construction mortar when
replacing cement with crushed solid waste

Code number: T2021-06-21

Coordinator: MS. Phan Nhat Long

Implementing institution: University of Technology and Education

Duration: from 12/2021 to 11/2022

2. Objective(s):

Research to replace cement with construction and industrial waste (ceramic
bricks, red bricks, slag, fly ash) in construction mortar.

Evaluation of the effect of technical characteristics of mortar to replace cement
with solid waste.

3. Creativeness and innovativeness:

Utilizing domestic industrial and construction waste sources to solve the problem
of environmental pollution, assessing the impact on technical characteristics of mortar
when replacing cement with wastes solid waste.

4. Research results:

Evaluation of fresh mortar properties and strength development of
environmentally friendly cement pastes and mortars produced using crushed industrial
and construction solid waste.

The criterion experiments have evaluated the activity ability of red brick powder
and a ceramic brick. The possibility of replacing cement with solid waste generated in
construction and industry.

5. Products: Articles in the list of councils for the title of State Professor.

6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

Scientific effect: Contribute to a better understanding of the effect of replacing
cement with construction and industrial waste on the technical characteristics of
construction mortar

Training effectiveness: Contributing to improving the quality of construction
training at the University of Danang.

Economic efficiency: Contribute to reducing the cost of industrial and
construction waste treatment.

55