nghiên cứu sản xuất gạch không nung sử dụng các chất thải tro bay và tro xỉ của nhà máy nhiệt điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.88 MB, 108 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM và Công

<b>ty Cổ phần Khoa học Công nghệ Bách Khoa Tp. HCM (BKTECHS). </b>

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. Nguyễn Hữu Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Lê Anh Tuấn Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Trí

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 22 tháng 01 năm 2024.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch: PGS. TS. Nguyễn Tuấn Anh

2. Phản biện 1: PGS. TS. Lê Anh Tuấn 3. Phản biện 2: TS. Nguyễn Trí

4. Ủy viên: PGS. TS. Nguyễn Quốc Thiết 5. Ủy viên, thư ký: PGS. TS. Lê Minh Viễn

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA </b>

<b>CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc</b>

____________________ <b>_______________________________ </b>

<b>NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC HUY MSHV: 2070647 Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1998 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301

<b>I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sản xuất gạch không nung sử dụng các chất thải tro bay và tro xỉ của nhà máy nhiệt điện (Study on production of unfired bricks from fly </b>

ash of thermal powder plants).

<b>NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: </b>

- Lấy mẫu tro bay, tro xỉ tại Duyên Hải, khảo sát tính chất cơ lý hóa, hàm lượng thành phần hóa học của vật liệu tro xỉ, tro bay.

- Nghiên cứu và thiết kế các cấp phối vật liệu không nung từ cấp phối cơ bản đã được nhóm nghiên cứu bao gồm: tro bay, tro xỉ, xi măng, đá mi.

- Đánh giá tính chất tính chất cơ lý – hóa của các cấp phối theo yêu cầu kỹ thuật hiện nay: độ bền uốn, độ bền nén, độ hút nước.

- Đánh giá, phân tích hoạt độ phóng xạ của các cấp phối, sản phẩm gạch sản xuất từ tro bay, tro xỉ.

- Đề xuất các cấp phối gạch không nung tối ưu và dây chuyền sản gạch từ vật liệu tro xỉ, tro bay phù hợp với tiêu chuẩn gạch không nung hiện nay.

<b> II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023 </b>

<b>III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2023 </b>

<b>IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. HUỲNH KỲ PHƯƠNG HẠ </b>

TS. NGUYỄN HỮU SƠN

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Luận văn này là chặng đường cuối của hành trình để tơi có thể cầm trên tay tấm bằng Thạc sĩ. Kết quả này không chỉ là những nỗ lực của bản thân tơi mà trong đó cịn là sự đồng hành, hỗ trợ và khuyến khích của nhiều người, đó là thầy cơ, bạn bè và gia đình. Khi bắt đầu luận văn, tôi muốn cảm ơn tất cả những người đã ln bên cạnh giúp tơi hồn thành tốt cũng như có một trải nghiệm đáng trân trọng trong cuộc đời. Tại thời điểm hoàn thành này, trước hết, tơi bày tỏ lịng kính trọng với người hướng dẫn của mình là Phó giáo sư Tiến sĩ Huỳnh Kỳ Phương Hạ vì đã đón nhận và cho tơi được làm việc cùng với thầy từ luận văn Đại học cho đến luận văn Thạc sĩ. Thầy là một người thầy tận tâm, vui tính và tuyệt vời.

Tôi cũng vô cùng biết ơn Tiến sĩ Nguyễn Hữu Sơn, người thầy mà tôi vẫn thân thuộc gọi là anh, người hướng dẫn tốt nhất tơi từng có. Anh đã cung cấp cơ sở hạ tầng, tài nguyên cần thiết để tơi có thể hồn thành cơng việc nghiên cứu, hỗ trợ tơi trong q trình viết bài báo đến đồng hành cùng tôi báo cáo tại Hội nghị Vietgeo 2023 ở Huế. Tôi vô cùng may mắn khi được anh ấy hướng dẫn về nghiên cứu cũng như các nhận xét có giá trị và mang tính xây để hồn thiện luận văn của tơi. Hướng dẫn của anh khơng chỉ giúp tơi mở rộng tầm nhìn về cơng việc, về cuộc sống trong tương lai mà cịn dạy tôi cách làm người, giúp tôi trưởng thành hơn.

Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu của tơi trong khn khổ đề tài ‘‘Nghiên cứu sử dụng các chất thải tro bay và tro xỉ của nhà máy nhiệt điện để sản xuất vật liệu xây

<i>dựng khơng nung” mã số DS2021-20-02. Ngồi ra tôi cũng muốn cảm những người </i>

đồng hành cùng tơi trong q trình thực hiện luận văn, anh Tào Văn Huy và bạn Khấu Thị Ly. Tôi cũng cảm ơn các thầy cơ, các bạn trong nhóm nghiên cứu của Khoa Kỹ Thuật Địa chất và Dầu khí. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, tôi rất muốn dành sự trân trọng và biết ơn cho gia đình mình.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023 Học viên

Nguyễn Ngọc Huy

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>TÓM TẮT LUẬN VĂN </b>

Hiện nay, lượng phế thải tro bay, tro xỉ của các các nhà máy nhiệt điện đốt than ngày càng lớn và tăng dần qua các năm, dẫn đến các bãi chứa quá tải nên việc triển khai tái sử dụng tro bay, tro xỉ đang là một vấn đề cấp bách. Do đó, nghiên cứu đưa tro bay, tro xỉ vào thành phần gạch không nung để giải quyết lượng phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện. Hơn nữa, gạch không nung có thể cạnh tranh và thay thế loại gạch truyền thống đất sét nung được sản xuất do khai thác quá nhiều tài nguyên đất, gỗ đốt than, cũng như phát thải khí ơ nhiễm trong q trình nung ra môi trường.

Trong nghiên cứu này, các cấp phối gạch không nung được chế tạo từ phế phẩm tro bay, tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (Trà Vinh) kết hợp với xi măng Portland PCB40 Hà Tiên, đá mi. Với hàm lượng tro bay từ 40 – 70% để nhằm thay thế thành phần xi măng trong cấp phối gạch. Thành phần tro bay, tro xỉ và xi măng trước khi phối trộn được kiểm tra các đặc tính lý hóa. Các cấp phối gạch sau khi sản xuất được bảo dưỡng và được thử nghiệm các tính chất về cơ lý theo TCVN 6355:2009, TCVN 6477:2016 như: cường độ chịu nén, cường độ uốn, độ hút nước. Sau đó, cấp phối có thể đáp ứng tốt nhất các tính chất cơ lý trên được chọn để tiến hành sản xuất đại trà. Ngồi ra, nhóm nghiên cứu cũng thực hiện phân tích hoạt độ bức xạ của các cấp phối gạch để đánh giá an toàn bức xạ khi sử dụng gạch khơng nung có thành phần tro bay, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải.

Các kết quả thử nghiệm đạt yêu cầu so với gạch bê tông và gạch đất nung truyền thống, các kết quả về phân tích hoạt độ bức xạ cũng đạt yêu cầu đối với vật liệu tro bay, tro xỉ được sử dụng trong gạch không nung. Tuy nhiên, việc đánh giá các loại gạch không nung sản xuất từ tro bay, tro xỉ dựa trên các tiêu chuẩn của gạch bê tơng hay gạch đất nung chỉ mang tính chất tương đối vì thành phần cấu tạo và quy trình sản xuất khác nhau. Cần đề xuất xây dựng bộ tiêu chuẩn riêng của gạch không nung sử dụng tro bay và tro xỉ. Việc sử dụng các nguyên liệu phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện đã làm giảm đi chi phí ngun liệu rất nhiều. Do đó, gạch khơng nung từ tro bay, tro xỉ có thể cạnh tranh với các loại gạch truyền thống khác và được sử dụng rộng rãi trong tương lai.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>ABSTRACT </b>

Currently, the amount of fly ash and ash slag waste from coal-fired thermal power plants is increasing over the years, leading to overloaded landfills, so the implementation of reusing fly ash and slag is being is an urgent problem. Therefore, research is needed to incorporate fly ash and slag into unfired bricks to reduce the amount of waste products from thermal power plants. Moreover, unfired bricks can compete and replace traditional fired clay bricks created by exploiting land and wood resources for coal burning, as well as emission of polluted gases during the burning process into the environment.

In this study, unfired brick aggregates were made from waste fly ash and slag from Duyen Hai thermal power plant (Tra Vinh) combined with Portland PCB40 Ha Tien cement and crushed stone. Fly ash content ranges from 40 – 70% to replace cement in brick mix. Before mixing, the composition of fly ash, slag and cement is checked for physical and chemical properties. After production, brick aggregates were maintained and tested for physical and mechanical properties according to TCVN 6355:2009, TCVN 6477:2016 such as: compressive strength, flexural strength and water absorption. Then the mix that best meets the above physical and mechanical properties was chosen to conduct mass production. In addition, the research team also analyzed the radioactivity of brick gradations to evaluate radiation safety when using unfired bricks containing fly ash and slag from Duyen Hai thermal power plant.

The test results are satisfactory compared to concrete bricks and traditional fired clay bricks, and the results of radiation activity analysis are also satisfactory for fly ash and slag materials used in the construction. However, the evaluation of unfired bricks produced from fly ash and slag based on the standards of concrete bricks or fired clay bricks is relative because the composition and production process are different. It is proposed to develop a standard for unfired brick using fly ash and slag. Using waste materials from thermal power plants has greatly reduced material costs. Therefore, unfired bricks made from fly ash and slag can compete with other traditional bricks and be widely used in the future.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tơi và được sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Hữu Sơn và PGS. TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.

Nếu phát hiện có bất kì sự gian lận nào chúng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trường Đại học Bách khoa Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh khơng liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do chúng tôi gây ra trong q trình thực hiện (nếu có).

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023 Tác giả

Nguyễn Ngọc Huy

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Tính cấp thiết của đề tài ... 1

Mục tiêu nghiên cứu ... 3

Nội dung nghiên cứu ... 3

Tính mới của đề tài ... 4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG ... 5

1.1. Gạch không nung ... 5

1.1.1. Khái niệm về gạch không nung ... 5

1.1.2. Phân loại gạch không nung ... 5

1.1.3. Ưu, nhược điểm của gạch không nung ... 8

1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ... 9

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ... 13

1.4. Tro bay và tro xỉ ... 14

1.5. Quy trình sản xuất gạch khơng nung trong cơng nghiệp ... 20

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỐI LIỆU VÀ SẢN PHẨM GẠCH KHÔNG NUNG ... 23

2.1. Nguyên vật liệu sản xuất gạch không nung ... 23

2.1.1. Xi măng ... 23

2.1.2. Tro bay, tro xỉ ... 25

2.1.3. Đá mi ... 26

2.1.4. Nước ... 26

2.2. Phương pháp phối liệu cấp phối gạch không nung ... 27

2.2.1. Q trình geopolymer hóa... 27

2.2.2. Nghiên cứu phối liệu cấp phối vữa gạch trong phịng thí nghiệm . 31 2.2.3. Thử nghiệm cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của vữa gạch ... 37

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

2.2.4. Quy trình phối trộn cấp phối gạch không nung ... 39

2.2.5. Khảo sát tính cơ lý của cấp phối gạch khơng nung ... 41

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ... 55

3.1. Tính chất cơ lý và hóa học của nguyên vật liệu... 55

3.1.1. Tro bay, tro xỉ ... 55

3.1.2. Xi măng Hà Tiên PCB40 ... 56

3.2. Khảo sát đặc tính cơ lý cấp phối gạch trong phịng thí nghiệm ... 57

3.3. Khảo sát đặc tính cơ lý của gạch khơng nung ... 60

3.3.1. Cường độ chịu nén ... 60

3.3.2. Cường độ chịu uốn ... 65

3.3.3. Độ hút nước ... 66

3.4. Hoạt độ phóng xạ của các mẫu gạch không nung ... 68

3.5. Dây chuyền sản xuất gạch không nung được đề xuất... 73

3.6. Khái tốn giá thành chi phí một viên gạch ... 74

3.7. Ứng dụng sản phẩm gạch xây đa màu ... 76

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 79

4.1. Kết luận ... 79

4.2. Kiến nghị ... 80

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 84

PHỤ LỤC ... 92

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1.1. Một số loại gạch khơng nung ... 5

Hình 1.2. Một số loại gạch xi măng cốt liệu ... 6

Hình 1.3. Gạch khơng nung tự nhiên được phong hóa từ đá bazan ... 6

Hình 1.4. Một số loại gạch ba vanh ... 7

Hình 1.5. Gạch bê tơng nhẹ bọt... 7

Hình 1.6. Gạch bê tơng siêu nhẹ AAC ... 8

Hình 1.7. Quy trình sản xuất gạch khơng nung tự động của DmC ... 20

Hình 1.8. Sơ đồ khối q trình sản xuất gạch khơng nung ... 22

Hình 2.1. Nguyên liệu sử dụng sản xuất gạch: tro xỉ (A), tro bay (B), xi măng Hà Tiên PCB40 (C), đá mi (D), nước (E) ... 23

Hình 2.2. Quá trình hydrate hóa của xi măng Portland... 25

Hình 2.3. Cấu trúc poly(sialates) theo Davidovits ... 28

Hình 2.4. Phản ứng của các quá trình tạo chuỗi polymer ... 29

Hình 2.5. Sơ đồ thể hiện q trình kiềm hóa của tro bay ... 30

Hình 2.6. Quy trình sản xuất vật liệu geopolymer từ tro bay ... 30

Hình 2.12. Phối trộn cấp phối gạch trong phịng thí nghiệm ... 37

Hình 2.13. Thử nghiệm cường độ uốn của mẫu... 38

Hình 2.14. Kiểm tra cường độ nén của mẫu ... 39

Hình 2.15. Sơ đồ khối quá trình cấp phối gạch khơng nung trong thí nghiệm ... 40

Hình 2.16. Quy trình sản xuất gạch khơng nung ... 41

Hình 2.17. Mẫu thử cường độ nén của gạch 4 lỗ theo TCVN 6355-2:2009 ... 43

Hình 2.18. Thử nghiệm cường độ chịu nén của các cấp phối gạch theo TCVN 2:2009 ... 44

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

6355-Hình 2.19. Thử nghiệm cường độ chịu nén của các cấp phối gạch theo TCVN

6477:2016 ... 45

Hình 2.20. Sơ đồ thử cường độ uốn ... 47

Hình 2.21. Thử nghiệm cường độ chịu uốn của các cấp phối gạch ... 48

Hình 2.22. Thử nghiệm độ hút nước của các cấp phối gạch ... 49

<b>Hình 2.23. Hệ đo gamma phơng thấp GC3520 ... 50 </b>

Hình 3.1. Cường độ chịu nén của các mẫu vữa gạch ... 57

Hình 3.2. Cường độ chịu uốn của các mẫu vữa gạch... 59

Hình 3.3. Cường độ chịu nén của các cấp phối gạch theo (A) TCVN 6477:2016 và (B) TCVN 6355-2:2009 ... 61

Hình 3.4. Mối liên hệ của cường độ chịu nén theo TCVN 6477:2016 và TCVN 2:2009 ... 64

6355-Hình 3.5. Cường độ chịu uốn của các cấp phối gạch tại 28 ngày tuổi ... 65

Hình 3.6. Độ hút nước của các cấp phối gạch... 66

Hình 3.7. Sản phẩm gạch khơng nung đa màu ... 77

Hình 3.8. Nhà mẫu của sản phẩm gạch không nung tại Trường Đại học Bách khoa TP.HCM ... 78

Hình 4.1. Các sản phẩm gạch khơng nung và mơ hình nhà mẫu của nhóm nghiên cứu ... 81

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>DANH MỤC BẢNG </b>

Bảng 1.1. So sánh gạch không nung và gạch nung đất sét ... 9

Bảng 1.2. Sản lượng than khai thác nội địa và nhập khẩu cấp cho điện ... 15

Bảng 1.3. Lượng tro xỉ thải ra từ NĐT khi đốt than nội địa và than nhập khẩu ... 16

Bảng 1.4. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong tro xỉ của các NMNĐ so với nồng độ quy định của QCVN 07: 2009/BTNMT ... 18

Bảng 1.5. Diện tích bãi chứa tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện ... 19

Bảng 2.1. Thành phần các nguyên vật liệu sử dụng cho các cấp phối gạch nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm ... 32

Bảng 2.2. Thành phần các nguyên vật liệu sử dụng cho các cấp phối gạch được nghiên cứu trong luận văn ... 33

Bảng 2.3. Khối lượng riêng và độ ẩm của nguyên vật liệu sản xuất gạch ... 33

Bảng 2.4. Tính toán khối lượng đầu vào để tạo thành 1 m<small>3</small> vữa gạch cho các cấp phối nghiên cứu ... 34

Bảng 2.5. Một số chỉ tiêu thí nghiệm đánh giá tính cơ lý của vật liệu xây dựng ... 42

Bảng 2.6. Hệ số hình dạng K theo kích thước mẫu thử ... 46

Bảng 2.7. Tiêu chuẩn liều của EC (1999) ... 52

Bảng 3.1. Tính chất cơ lý và hóa học của tro bay, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (Trà Vinh) ... 55

Bảng 3.2. Tính chất cơ lý của xi măng Hà Tiên PCB40 ... 56

Bảng 3.3. Tổng hợp kết quả thí nghiệm các cấp phối vữa gạch theo các ngày tuổi khác nhau ... 57

Bảng 3.4. Cường độ chịu nén của các cấp phối gạch theo TCVN 6477:2016 và TCVN 6355-2:2009 ... 60

Bảng 3.5. Giá trị cường độ chịu nén của gạch không nung thực hiện theo hai tiêu chuẩn TCVN 6477:2016 và TCVN 6355-2:2009 ... 63

Bảng 3.6. Cường độ chịu uốn sau 28 ngày theo TCVN 6355-3:2009 và độ hút nước theo TCVN 6355-4:2009 của các cấp phối gạch ... 66

Bảng 3.7. Hoạt độ phóng xạ trong mẫu gạch khơng nung với các cấp phối khác nhau ... 69

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>Bảng 3.8. Suất xả khối của các mẫu đo (Bq/kg/h) ... 70 Bảng 3.9. Chỉ số nguy hiểm bức xạ của các mẫu gạch thành phẩm ... 71 Bảng 3.10. Liều hiệu dụng hằng năm đối với phơi chiếu ngoài gamma và phơi chiếu </b>

trong radon khi một người sống trong căn phịng chuẩn (4×3×2,5) m<small>3</small> ... 73 Bảng 3.11. Khối lượng mẫu cần lấy để sản xuất 4 cấp phối gạch ... 75 Bảng 3.12. Tính tốn chi phí ngun liệu cho 1 viên gạch ... 76

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT </b>

<b>ASTM </b> American Society for Testing

<b>and Materials </b>

Hiệp hội Thí nghiệm và Vật

<b>liệu Hoa Kỳ BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường </b>

CFS Calcium fluoride and calcium silicate

Công ty CP KHCN Bách Khoa TP. HCM

Công ty Cổ phần Khoa học Công nghệ Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh (BKTECHS)

phụ gia

chuẩn được nêu

NMNĐ Nhà máy nhiệt điện NMNĐT Nhà máy nhiệt điện than

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

VLXKN Vật liệu xây không nung Vật liệu xây dựng được tạo ra khơng qua q trình nung

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>MỞ ĐẦU </b>

<b>Tính cấp thiết của đề tài </b>

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật càng mạnh mẽ thì nhu cầu về các cơng trình xây dựng càng phải có chất lượng cao, tiết kiệm chi phí, cũng như các vật liệu xây dựng ngày càng phải thân thiện với môi trường, nhằm nâng cao cuộc sống của con người. Từ đó, việc nghiên cứu vật liệu xây không nung từ các nguyên liệu là chất thải môi trường từ khu công nghiệp như: tro bay, bột vải, bột gỗ, bột kim loại,... đang ngày càng được quan tâm.

Vật liệu xây theo dòng thời gian xuất phát từ vật liệu xây truyền thống gạch đất sét phơi khơ đến bê tơng kết dính bằng vơi rồi xi măng cốt liệu, vật liệu composite,... cho đến nay đang được phát triển theo hướng tận dụng sự phát triển của công nghệ để thiết kế các loại vật liệu xây thân thiện với môi trường.

Gạch đất sét nung truyền thống đươc sản xuất từ việc khai thác đất nơng nghiệp và nung trong lị than củi. Điều này dẫn đến làm giảm đất canh tác nông nghiệp, sử dụng than củi nhiều dẫn đến phá rừng, làm tăng nguy cơ gây ra thiên tai như bão lũ, hạn hán. Bên cạnh đó, việc sử dụng than củi cũng sẽ gây ra các loại khí độc hại SOx, NOx,... gây ô nhiễm môi trường. Hiện trạng môi trường ngày càng ơ nhiễm ở các khu vực có khu cơng nghiệp trong đó có các lị gạch nung, điều đó cũng gây ảnh hưởng nặng nề cho môi trường sống của con người. Để có thể cải thiện được những vấn đề trên, việc sử dụng VLXKN hay gạch không nung là một giải pháp tối ưu vào lúc này. Để sản xuất gạch không nung thường dựa vào các nguồn nguyên liệu như: xỉ than, cát, chất kết dính, các loại phế thải. Dựa vào các phản ứng hóa đá của sự liên kết các nguyên liệu, gạch không nung tự đóng rắn những vẫn đạt được các chỉ tiêu về tính cơ lý hóa, đảm bảo khả năng sử dụng trong xây dựng. Việc sử dụng gạch không nung sẽ góp phần: làm giảm đi việc khai thác đất sét làm giảm đi nguồn tài nguyên đất, giảm đi diện tích đất canh tác nơng nghiệp; khơng sử dụng các nguồn nguyên liệu hóa thạch, than, củi, nên giảm đi việc khai phá rừng để lấy củi; tận dụng được các nguồn phế thải nhằm bảo vệ môi trường, giúp phát triển bền vững, biến nguồn phế thải này thành nguồn tài nguyên thứ cấp của con người.

Gạch không nung hay VLXKN đã được sử dụng rộng rãi và phổ biến trên thế

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

giới như ở châu Âu, Mỹ, Nhật,... Tuy nhiên ở Việt Nam, loại vật liệu này vẫn chưa được sử dụng nhiều. Trước thực trạng đó, ngày 28/4/2010, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 567/QĐ-TTg về việc phê duyệt chương trình phát triển VLXKN đến năm 2020. Ngày 16/4/2012, Thủ tướng Chính phủ ra Chỉ thị số 10/CT-TTg về việc tăng cường sử dụng VLXKN và hạn chế sản xuất, sử dụng gạch đất sét nung. Bộ Xây dựng có Thơng tư số 09/2012/TT-BXD ngày 28/11/2012 quy định sử dụng VLXKN trong các cơng trình xây dựng. Trong đó, các cơng trình xây dựng được đầu tư bằng ngân sách Nhà nước bắt buộc phải sử dụng VLXKN từ ngày 15/01/2013.

Theo dự báo của Bộ Xây dựng, nhu cầu sử dụng vật liệu xây ở nước ta giai đoạn 2015-2020 là 24 – 33 tỷ viên quy tiêu chuẩn. Sản xuất 1 tỷ viên gạch nung đất sét phải tiêu tốn 1,5 triệu m<small>3</small> đất sét, tương đương 75 ha đất khai thác ở độ sâu 2 m cùng 150 000 tấn than và thải ra môi trường 0,57 triệu tấn CO2. Đến năm 2020, mỗi năm chúng ta phải khai thác 50 triệu m<small>3</small> đất sét (tương đương 2500 ha đất khai thác ở độ sâu 2 m) cùng 5 triệu tấn than và thải ra môi trường 0,57 triệu tấn CO2.

Trước thực trạng sử dụng gạch nung ở Việt Nam cịn chiếm tỷ lệ cao từ 90 – 95% có thể gây ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính, ảnh hưởng đến diện tích đất canh tác, ngày 02/4/2015, tại văn bản số 110/TB-VPCP, Phó Thủ tướng Hồng Trung Hải đã đưa ra ý kiến kết luận về tình hình thực hiện Chương trình Phát triển vật liệu xây dựng khơng nung.

Bên cạnh đó, căn cứ vào Quyết định số 452/QÐ-TTg ngày 12/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ đã ban hành phê duyệt Ðề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các NMNÐ, nhà máy hóa chất, phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, với mục tiêu đến năm 2020 là: Ðối với tro, xỉ nhiệt điện làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng khoảng 14 triệu tấn; thay thế một phần đất sét để sản xuất clinker khoảng 8 triệu tấn; thay thế một phần sét để sản xuất gạch đất sét nung khoảng 7 triệu tấn; làm phụ gia khoáng cho sản xuất bê tông và gạch không nung khoảng 2 triệu tấn; làm vật liệu san lấp mặt bằng cơng trình, hồn nguyên mỏ và làm đường giao thông khoảng 25 triệu tấn. Tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện được dùng làm vật liệu xây dựng phải đáp ứng các yêu cầu tại QCVN 16: 2017/BXD quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về sản phẩm hàng hóa vật liệu xây dựng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Thực tế hiện nay, lượng tiêu thụ tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam cịn ít là do cơng nghệ đốt để lại lượng than dư trong tro xỉ còn cao; quá trình xử lý lượng than dư phức tạp, chi phí lớn. Mặt khác, để làm các vật liệu từ tro xỉ, phải sử dụng thêm một lượng lớn xi măng, cát và đá làm chất kết dính và cải thiện tích chất cơ lý khiến chi phí sản xuất tăng cho nên rất khó ứng dụng trong thực tế. Bên cạnh đó theo quy hoạch phát triển một số ngành cơng nghiệp như nhiệt điện, phân bón, bauxite – alumina đã tạo ra ngày càng nhiều các chất thải công nghiệp như tro bay, tro xỉ, thạch cao, bùn đỏ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trước thực trạng này, những vấn đề cấp bách đang đặt ra, đó là cần nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu, sử dụng triệt để lượng lớn tro xỉ, tro bay (với hàm lượng cao) để tăng khả năng tiêu thụ phế thải đồng thời giảm các vấn đề: ô nhiễm, hiệu ứng nhà kính, … phát sinh.

Từ các yếu tố về cơ sở xã hội, pháp lý và nhu cầu thực tiễn nêu trên, VLXKN trong đó có gạch không nung, đặc biệt sử dụng tro xỉ, tro bay đang là vẫn đề cần được đẩy mạnh nghiên cứu để phát triển mạnh hơn trong ứng dụng. Vì vậy, nghiên cứu và đấy mạnh sản xuất gạch không nung sử dụng nguồn tro bay, tro xỉ của nhà máy nhiệt điện là cần thiết trong thời gian tới để thay thế nguồn vật liệu truyền thống. Đây cũng là lý do lựa chọn tên đề tài luận văn cao học.

<b>Mục tiêu nghiên cứu </b>

Đánh giá các tính chất cơ lý, hóa của tro bay, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 – Trà Vinh nhằm khẳng định khả năng sử dụng các nguyên liệu này của các nhà máy nhiệt điện làm vật liệu sản xuất gạch không nung.

Thử nghiệm các loại cấp phối gạch không nung (gạch 4 lỗ) từ tro bay, tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 – Trà Vinh bao gồm đánh giá ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của cấp phối gạch. Góp phần đưa ra giải pháp về tái sử dụng các chất thải công nghiệp (tro xỉ, tro bay) để sản xuất vật liệu dùng trong xây dựng, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường hướng tới sự phát triển bền vững.

<b>Nội dung nghiên cứu </b>

Lấy mẫu tro bay, tro xỉ tại Duyên Hải, khảo sát tính chất cơ lý hóa, hàm lượng thành phần hóa học của vật liệu tro xỉ, tro bay.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Nghiên cứu và thiết kế các cấp phối vật liệu không nung từ cấp phối cơ bản đã được nhóm nghiên cứu bao gồm: tro bay, tro xỉ, xi măng, đá mi.

Đánh giá tính chất cơ lý – hóa của các cấp phối theo yêu cầu kỹ thuật hiện nay: độ bền uốn, độ bền nén, độ hút nước.

Đánh giá, phân tích hoạt độ phóng xạ của các cấp phối gạch sản xuất từ tro bay, tro xỉ.

Đề xuất các cấp phối gạch không nung tối ưu đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của mác gạch M7,5 và dây chuyền sản gạch từ vật liệu tro xỉ, tro bay phù hợp với tiêu chuẩn gạch không nung hiện nay.

Ở Việt Nam, hiện nay có rất nhiều dây chuyền sản xuất gạch khơng nung, tuy nhiên các dây chuyền cịn sử dụng nhiều nguyên liệu từ cát, xi măng làm cốt liệu, sử dụng các ngun liệu phế thải cịn ít. Nhằm giúp xử lý nhanh và nhiều hơn lượng tro xỉ, tro bay từ các nhà máy nhiệt điện còn tồn đọng rất nhiều, nhóm nghiên cứu định hướng sử dụng hàm lượng cao tro xỉ, tro bay trong cấp phối, đồng thời giảm hàm lượng xi măng giúp làm giảm giá thành vật liệu bằng việc bổ sung đá mi. Điều này góp phần giải quyết triệt để lượng chất thải cơng nghiệp, giảm chi phí vật liệu, đồng thời nâng cao giá trị trong việc sản xuất vật liệu xanh phục vụ cho lĩnh vực xây dựng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG </b>

<b>1.1. Gạch không nung </b>

<b>1.1.1. Khái niệm về gạch không nung </b>

Gạch không nung là một loại gạch cần sự tác động về cơ học để định hình và tự đóng rắn mà khơng cần qua giai đoạn nung. Độ bền của gạch không nung là nhờ công đoạn ép, rung và thành phần kết dính của chúng. Sức nén một viên gạch không nung đạt tối đa 35 MPa. Gạch khơng nung có khoảng 300 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau về kích cỡ viên gạch khác nhau. Một số loại gạch khơng nung được thể hiện Hình 1.1.

Gạch khơng nung ở Việt Nam cịn được gọi là gạch block, gạch bê tông, gạch block bê tông... Mặc dù được phổ biến trên thế giới, nhưng ở Việt Nam, gạch không nung vẫn chiếm tỷ lệ thấp.

Hình 1.1. Một số loại gạch khơng nung

<b>1.1.2. Phân loại gạch không nung 1.1.2.1. Gạch xi măng cốt liệu </b>

Gạch xi măng cốt liệu (hay còn gọi là gạch bê tông, gạch block) là một loại gạch không nung được tạo thành từ hỗn hợp bê tông cứng gồm xi măng, cốt liệu (mạt đá, cát, xỉ lị cao, tro xỉ nhiệt điện), phụ gia, khống, nước... Đây là loại gạch chiếm tỷ lệ sử dụng nhiều nhất trong các loại gạch không nung. Một số chủng loại gạch xi măng cốt liệu được thể hiện trong Hình 1.2.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Hình 1.2. Một số loại gạch xi măng cốt liệu

<b>1.1.2.2. Gạch không nung tự nhiên </b>

Gạch không nung tự nhiên được sản xuất từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan, nên thích hợp sử dụng tại những vùng có nguồn puzolan tự nhiên, hình thức sản xuất mang tính địa phương, tự phát, quy mơ nhỏ được thể hiện trong Hình 1.3.

Hình 1.3. Gạch khơng nung tự nhiên được phong hóa từ đá bazan

Gạch ba vanh thường được sản xuất từ những nguyên liệu chính như vơi, xỉ than và một lượng nhỏ xi măng làm chất kết dính. Gạch ba vanh được sản xuất thủ cơng có độ nén thấp nên chỉ thích hợp sử dụng cho các cơng trình nhỏ, một số loại gạch ba

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

vanh phổ biến được thể hiện trong Hình 1.4.

Hình 1.5. Gạch bê tơng nhẹ bọt

− Gạch bê tơng khí chưng áp (Hình 1.6) hay cịn gọi tắt là gạch AAC, gạch siêu

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng 1/2 hoặc 1/3 gạch nung thông thường. Gạch bê tơng khí chưng áp có nhiều ưu điểm như thân thiện với mơi trường, siêu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng, bảo ôn, chống cháy...

Hình 1.6. Gạch bê tơng siêu nhẹ AAC

<b>1.1.3. Ưu, nhược điểm của gạch không nung 1.1.3.1. Ưu điểm </b>

− Gạch không nung không làm từ đất sét nung, thân thiện với môi trường, giảm chu trình đốt nóng bằng củi để nung, giảm lượng CO2 ra ngồi mơi trường.

− Sản xuất gạch không nung không cần bỏ vốn đầu tư cao do nguồn nguyên liệu tái tạo, tiết kiệm chi phí.

− Độ bền tốt có thể đáp ứng các yêu cầu cường độ chịu lực khác nhau, ngồi ra cịn có tính cách âm, ít bị thấm nước, bảo ơn.

<b>1.1.3.2. Nhược điểm </b>

− Khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh.

− Khơng có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt do co dãn nhiệt.

<b>1.1.3.3. So sánh gạch không nung và gạch nung đất sét </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Bảng 1.1. So sánh gạch không nung và gạch nung đất sét

<b>Nguyên liệu </b>

– Đất sét, làm hao tổn tài nguyên đất canh tác nông nghiệp

– Đá nghiền, bùn bồi lắng, tro bay, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện, có thể thêm xi măng và một số chất phụ gia

– Nung nóng, tạo khí CO2 làm ơ nhiễm môi trường; tiêu hao năng lượng nhiều.

– Sử dụng tác động cơ học bằng ép, rung hoặc ép và rung, không làm ơ nhiễm mơi trường.

<b>Hình dáng và kích thước </b>

– Đa dạng về hình dáng và kích thước.

– Thơng thường có kích thước to hơn gạch nung, giúp giảm chi phí và thời gian thi cơng.

<b>Giá thành </b>

− Chi phí cao do sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên.

− Chi phí thấp do sử dụng phế thải từ công nghiệp, từ môi trường nước thải.

<b>Tỷ trọng </b>

– Gạch đặc 1600 kg/m<small>3</small>; gạch lỗ, thành mỏng, nhỏ hơn 1000 kg/m<small>3</small>.

− Tỷ trọng cao hơn gạch đất nung (lớn hơn 1900 kg/m<small>3</small> đối với gạch đặc và từ 1000 kg/m<small>3</small> đến 1400 kg/m<sup>3</sup> đối với gạch lỗ.

<b>1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước </b>

VLXKN với những ưu điểm về nguồn nguyên liệu sản xuất, cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn tính chất cơ lý hóa cần thiết trong xây dựng đã tạo nên vị thế trong đóng góp trong xây dựng trên thế giới như Châu Âu, Mỹ, Nhật,... Tại các nước phát triển hiện nay, cơng nghiệp chiếm vị trí mũi nhọn trong sự phát triển kinh tế. Cùng với sự duy trì và phát triển các ngành cơng nghiệp nhằm phục vụ nhu cầu con người,

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

không thể tránh việc tạo ra các phế thải gây hại cho mơi trường. Do đó, tái sử dụng nguồn phế liệu cũng góp phần làm giảm ơ nhiễm môi trường, phục vụ cho sự phát triển bền vững.

Bùn bồi lắng là một trong các nguồn phế thải gây ảnh hưởng nuôi trồng thủy sản, cũng như giao thơng đường thủy. Bùn bồi lắng có chứa các thành phần kim loại nặng như Cd, Zn, Cu,... gây ô nhiễm môi trường. Theo các nghiên cứu ngoài nước, các sông ở Việt Nam cũng chứa các thành phần kim loại nặng: Cr, Zn, Pb... [1] Tại các nước phương Tây như Pháp, nhóm nghiên cứu của Stephann Audry [2] cũng đã có nghiên cứu cho thấy bồi lắng ở sông Lot chứa các thành phần kim loại nặng: Cu (17 mg/kg), Zn (82 mg/kg), Cd (0,33 mg/kg) và Pb (28 mg/kg).

Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tận dụng bùn bồi lắng để chế tạo vật liệu xây dựng nhằm xử lý được lượng chất thải này ra mơi trường. Năm 2009, đã có nhóm nghiên cứu của giáo sư Mazen Samara tại Pháp sử dụng bùn bồi lắng để chế tạo gạch nung [3]. Kết quả cho thấy loại gạch này vẫn đáp ứng được các yêu cầu về độ nén, độ thấm ướt, giãn nở . Năm 2011, nhóm nghiên cứu của Đại học Ningo, Trung Quốc cũng đã nghiên cứu sử dụng bùn bồi lắng của nước thải kết hợp với một số phụ gia khoáng tạo độ xốp, tăng độ bền nén cho gạch nung [4].

Năm 2012 tại Mỹ, nhóm nghiên cứu của giáo sư Andrea tại Viện Kỹ thuật Georgia đã thử nghiệm chế tạo gạch nung từ bồi lắng sông Savannah Harbor [5]. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng 50% bồi lắng thay thế đất sét để tạo ra gạch nung. Kết quả cho thấy các tính chất của gạch đều đạt tiêu chuẩn ASTM của Mỹ, tiến hành thử nghiệm chế tạo gạch chịu lửa (fired brick) từ đất bồi lắng của sơng Savannah Harbor. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng 50% đất bồi lắng để thay thế cho đất sét trong quy trình chế tạo gạch chịu lửa. Mẫu gạch sau đó được nung đến 900<small> o</small>C và 1000 <small>o</small>C. Kết quả phân tích cho thấy tính chất của gạch thỏa mản các tiêu chuẩn của Mỹ (ASTM).

Đối với các nghiên cứu liên quan gạch khơng nung thì các ngun liệu phế thải thường được sử dụng là: tro bay, tro xỉ, bột gỗ, bột vải... Năm 2007, nhóm nghiên cứu của Parki Turgut đã thử nghiệm việc sử dụng chất thải mùn cưa gỗ và bột đá vôi để chế tạo gạch không nung [6]. Nghiên cứu cho thấy các tính chất cơ lý của vật liệu gạch như cường độ nén, cường độ uốn, độ hút nước đạt các tiêu chuẩn quốc tế có liên

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

quan, có tiềm năng để thay thế khối bê tông, tấm trần, tấm chắn cách âm. Việc tái sử dụng chất thải gỗ cho vật liệu xây dựng cũng sẽ góp phần làm giảm chi phí cho xây dựng các tịa nhà.

Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Freidin cũng đã sử dụng các nguyên liệu chính là các phế thải từ nhà máy điện đốt than để chế tạo gạch không nung, đồng thời nghiên cứu thêm một số phụ gia nhằm thay thế xi măng trong thành phần vật liệu xây dựng [7].

Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Anuj Kumar chế tạo các vật liệu khối lát không nung bằng bùn đỏ và tro bay bằng phương pháp geopolymerization (địa polymer) [8]. Geopolymerization là một công nghệ dựa trên các phản ứng hóa học của silic vơ định hình và chất rắn có hàm lượng nhơm cao với một dung dịch kiềm cao ở môi trường nhiệt độ tương đối thấp để tạo thành vô định hình bán tinh thể aluminosilic. Cơng nghệ này cịn gọi là polymer vơ cơ. Công nghệ này đã được nghiên cứu sử dụng nguyên liệu là tro bay, bùn đỏ. Các thông số công nghệ ảnh hưởng là hàm lượng phụ gia kiềm, nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý. Các yếu tố này khác nhau tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng.

Sản xuất gạch không nung từ phế thải công nghiệp là đề tài đang được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Gạch không nung làm từ vật liệu phế thải công nghiệp mang lại một giải pháp đầy hứa hẹn. Nhóm nghiên cứu của Eliche-Quesada đã sử dụng tro bay than (CFA) làm nguyên liệu sản xuất hai loại vật liệu xây dựng là gạch đất sét nung và gạch không nung [9]. Gạch đất sét nung được sản xuất bằng cách sử dụng đất sét thương mại kết hợp với tro bay từ 0 – 50% khối lượng được đúc ở áp suất 10 MPa và nung ở 1000 <sup>o</sup>C (4 giờ). Gạch không nung được sản xuất bằng cách sử dụng hai chất thải làm nguyên liệu thô: CFA và cặn vôi (geosilex) với các tỷ lệ khác nhau CFA (80 – 30% khối lượng) và cặn vôi (20 – 70% khối lượng) đã được nghiên cứu. Nguyên liệu thô được đúc ở áp suất 10 MPa và xử lý trong nước ở nhiệt độ phòng trong 28 ngày. Kết quả chỉ ra rằng việc kết hợp tới 20% khối lượng CFA đã tạo ra gạch đất sét nung có tính chất cơ lý tương tự như gạch đối chứng khơng có chất thải. Tuy nhiên, việc bổ sung lượng CFA cao hơn (30 – 50% khối lượng) dẫn đến tính chất cơ học giảm rõ rệt hơn do độ xốp tăng lên. Đặc tính cơng nghệ của gạch không nung

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

cho thấy độ hút nước giảm khi hàm lượng tro bay than giảm. Gạch không nung chứa từ 40 đến 60% khối lượng CFA có giá trị cường độ nén cao nhất trong khoảng 43 – 46 MPa. Gạch nung đất sét-CFA và gạch khơng nung CFA-cặn vơi có đặc tính công nghệ tối ưu, đạt tiêu chuẩn chất lượng.

Nghiên cứu của Toure năm 2020 xem xét tiềm năng sản xuất gạch xây dựng được làm bằng tro bay, calcium fluoride và calcium silicate (CFS) [10]. Hơn nữa, CFS là sản phẩm phụ dạng lỏng từ quá trình sản xuất phosphoric acid. Cường độ chịu nén của mẫu gạch chứa 75% tro bay sau 28 ngày là 6,1 MPa và độ hút nước đạt khoảng 23,8%.

Trong nghiên cứu của A. Mukhtar, gạch tro than không nung thân thiện với môi trường được nghiên cứu như một giải pháp thay thế cho gạch đất sét nung thông thường [11]. Các tính chất cơ lý khác nhau của gạch tro than không nung đã được nghiên cứu. Gạch tro than không nung được chế tạo bằng cách sử dụng 60% tro than và 10% vôi theo khối lượng. Trong các loại gạch tro than không nung này, hàm lượng xi măng khác nhau (5%, 10% và 15%), hàm lượng cát (10% và 15%) và hàm lượng bụi (5% và 10%) tính theo khối lượng đã được thiết kế. Áp suất tạo hình 29 MPa được áp dụng thông qua hệ thống điều khiển áp suất tự động trong 3 giây hoặc 6 giây. Gạch được xử lý ẩm trong 28 ngày. Kết quả thực nghiệm cho thấy gạch tro than không nung với 10% xi măng, 10% cát và 10% bụi chịu áp lực tạo hình trong 3 giây có cường độ nén cao nhất là 19 MPa và cường độ uốn là 2,1 MPa. Gạch tro than khơng nung có biểu hiện giảm khả năng hấp thụ nước, giảm hiện tượng sủi bọt và khối lượng trên một đơn vị diện tích thấp hơn so với gạch đất sét thơng thường. So sánh chi phí giữa gạch tro than không nung và gạch đất sét cho thấy gạch tro than khơng nung có hiệu quả chi phí cao hơn so với gạch đất sét.

<i>Nhóm nghiên cứu của W. Abbass cũng tận dụng tro than chưa qua xử lý để sản </i>

xuất các vật liệu xây dựng (gạch không nung tro than) [12]. Gạch không nung tro than được sản xuất tại một nhà máy gạch công nghiệp bằng cách tạo áp suất trước 3 MPa và sau đó xử lý chúng bằng cách phun nước trong kho chứa được theo dõi. Các tỷ lệ tro than khác nhau (tức là 30, 35, 40, 45, 50 và 55%) được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính cơ học và độ bền của gạch tạo thành, sau đó chúng được so sánh với

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

gạch đất sét nung thông thường. Cường độ nén, cường độ uốn, tốc độ hấp thụ nước ban đầu, độ sủi bọt, phân tích vi cấu trúc thơng qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích chi phí đã được tiến hành. Kết quả thử nghiệm cường độ nén cho thấy cường độ nén của gạch không nung tro than giảm khi hàm lượng tro than tăng. Tuy nhiên, với tỷ lệ tro than lên tới 45%, cường độ nén yêu cầu tối thiểu theo quy định của ASTM C62 và các quy chuẩn xây dựng địa phương đều đáp ứng. Hơn nữa, gạch kết hợp tới 45% tro than cũng đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn ASTM C62 về khả năng hút nước. Gạch không nung tro than có khối lượng nhẹ hơn do cấu trúc vi mơ phát triển xốp. Phân tích chi phí cho thấy việc sử dụng tro than chưa qua xử lý, sẵn có tại địa phương trong sản xuất gạch được giới thiệu đến các đơn vị xây dựng tiết kiệm và bền vững hơn.

<b>1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước </b>

Việc xử lý các chất thải gây ô nhiễm ở Việt Nam cũng là vấn đề đáng được nhắc tới, trong đó có việc tái tạo các phế phẩm để sản xuất gạch khơng nung. Năm 2007, nhóm nghiên cứu của tác giả Lê Thanh Hải – Viện Môi Trường và Tài Nguyên – Đại học Quốc Gia TP. HCM thử nghiệm về tính hóa rắn của bùn thải chứa kim loại nặng nhằm đặt nền tảng cho nghiên cứu tái sử dụng bùn thải chứa kim loại trong làm gạch, gốm [13].

Tại Bình Phước, năm 2012 đã có các nghiên cứu và ứng dụng sản xuất gạch không nung để thay thế cho gạch truyền thống sản xuất từ đất sét. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp polymer vô cơ với nguồn nguyên liệu là đất sét [14].

Vào năm 2013, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Ánh Dương tại Viện Địa chất, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thử nghiệm sử dụng đất đỏ bazan để chế tạo gạch không nung [15]. Từ các thực nghiệm, nhóm đã đưa ra 2 phương thức để chế tạo gạch không nung từ đất đỏ bazan: (1) Đất bazan kết hợp với vơi; (2) đất bazan polymer hóa bằng dung dịch kiềm.

Năm 2015, nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Khơi tại Viện Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bùn thải chứa kim loại nặng trong gạch không nung để đạt tiêu chuẩn về tính chất cơ lý cần thiết (TCVN 6477:2011) [16].

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Cũng trong năm 2015, nhóm nghiên cứu của Võ Duy Đăng Khôi đã đề cập đến vấn đề sử dụng đất bồi lắng để sản xuất gạch không nung nhằm giúp xử lý được phần chất thải để cải thiện giao thơng đường thủy [17]. Ngồi ra, nhóm cịn nghiên cứu kết hợp đất bồi lắng với tro trấu và xi măng. Kết quả cho thấy vật liệu tạo ra đạt cường độ nén 2,4 – 4,3 MPa và độ hút nước 12,91 – 14,88% đạt tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng M3.5.

Nhóm nghiên cứu của Lê Phương Thanh [18] đã chế tạo gạch không nung geopolymer tro bay với sự kết hợp của tro bay và cát sông ở các tỷ lệ khác nhau. Kết quả cũng cho thấy gạch không nung có cường độ nén sau 7 ngày đạt 10 MPa và độ hút nước dưới 4%.

Hiện nay cũng có một số nhóm nghiên cứu để sử dụng bùn đỏ, đất đồi để chế tạo gạch khơng nung nhóm của PGS. TS. Đỗ Quang Minh, Khoa Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM; nhóm của Th.S Phan Văn Thơm, Phịng Hóa Vơ cơ, Viện Cơng nghệ Hóa học; nhóm của PGS. TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ, Bộ Mơn Hóa Vơ cơ, Đại học Bách khoa TP. HCM. Có thể thấy hướng nghiên cứu về phát triển VLXKN rất tiềm năng và có thể ứng dụng trong tương lai.

Có rất nhiều nghiên cứu tại Việt Nam trong những năm gần đây chứng minh tính ưu việt và hiệu quả của tro bay, tro xỉ ứng dụng sản xuất gạch không nung [18-21]. Điều này càng cho thấy gạch khơng nung có thể sử dụng tro bay với hàm lượng cao 70% để thay thế phần lớn xi măng trong thành phần.

Có thể thấy, các nghiên cứu về sản xuất gạch không nung đang rất được quan tâm, đầu tư phát triển loại vật liệu xanh, bền vững nhằm thay thế các vật liệu truyền thống, góp phần bảo vệ mơi trường, giảm chi phí sản xuất.

Tro bay, tro xỉ là sản phẩm cháy của quá trình đốt nhiên liệu than trong nhà máy nhiệt điện. Tro bay được thu giữ bởi các thiết bị lọc bụi tĩnh điện hoặc túi lọc trước khi khí thải được thải ra, tro xỉ hay xỉ than ra thu được ở đáy buồng đốt lò hơi. Tro bay được phân thành 2 loại: tro acid (tro bay loại F) có hàm lượng CaO < 10% và tro base (tro bay loại C) có hàm lượng CaO ≥ 10%. Tùy thuộc vào loại than đốt sẽ tạo ra các sản phẩm cháy để phân loại tro bay theo hàm lượng CaO.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Thành phần hóa học của tro xỉ chủ yếu là các oxide kim loại. Các oxide SiO2, Al2O3, TiO2 chiếm tỷ lệ chủ yếu trong thành phần hóa học của tro xỉ, là những oxide có tác dụng tăng cao nhiệt độ chảy của tro (một tính chất rất quan trọng khi đốt than trong buồng đốt và cũng là những oxide có vai trò nâng cao chất lượng tro xỉ làm nguyên liệu sản xuất VLXD). Các oxide CaO, MgO, K2O chiếm tỷ lệ nhỏ, là những oxide có tác dụng làm giảm nhiệt độ chảy của tro, là những oxide háo nước, gặp nước sẽ tạo thành các hydroxide, làm giảm chất lượng VLXD.

Khối lượng than nhập khẩu sẽ tăng dần lên và chiếm tỷ trọng chủ yếu trong tổng khối lượng than dùng cho điện được thể hiện ở Bảng 1.2.

Bảng 1.2. Sản lượng than khai thác nội địa và nhập khẩu cấp cho điện [22]

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Bảng 1.3. Lượng tro xỉ thải ra từ NĐT khi đốt than nội địa và than nhập khẩu [22]

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Có thể thấy lượng phát thải tro bay, tro xỉ ngày càng nhiều do nhu cầu sử dụng than ngày càng cao qua các năm. Vì thế cần tận dụng lượng phát thải này trong công nghiệp nhằm giảm lượng phát thải trong nước

Tuy nhiên vì là loại phát thải từ nhà máy nhiệt điện nên không tránh khỏi sự nghi ngờ về khả năng tro bay, tro xỉ chứa các kim loại nặng gây ảnh hưởng nghiêm trọng khi tái sử dụng. Các nguyên tố kim loại nặng trong tro xỉ của một số NMNĐT nêu trong Bảng 1.4, các nguyên tố kim loại có hàm lượng rất bé, nhiều nguyên tố có hàm lượng thấp hơn hàng nghìn lần so với nồng độ quy định trong QCVN 07: 2009/BTNMT.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Bảng 1.4. Kết quả phân tích xác định hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong tro xỉ của các NMNĐ so với nồng độ quy định của QCVN 07: 2009/BTNMT [22]

<b>TT <sup>Nguyên </sup>tố </b>

<b>Duyên Hải 1 Vĩnh Tân 2 <sup>Quảng </sup>Ninh </b>

<b>QCVN 07:2009/BTNMT Đơn </b>

<b>Nồng độ tuyệt đối, </b>

<b>Nồng độ ngâm chiết, mg/l </b>

1 CN<sup>–</sup> ppm 0,033 mg/l KPH ppm 10,51 590 - 2 As ppm 19,9 mg/l 0,028 ppm 15,56 40 2,0 3 Ba ppm 82,3 mg/l KPH ppm <0,01 2.000 100,0

5 Co ppm 0,9 mg/l KPH ppm 0,27 1.600 80,0 6 Zn ppm 28,8 mg/l 0,45 ppm 11,91 5.000 250 7 Ni ppm 11,6 mg/l KPH ppm 7,43 1.400 70,0

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Bảng 1.5. Diện tích bãi chứa tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện [22]

<b>Khối lượng tro xỉ thải ra triệu tấn/năm </b>

<b>Tổng khối lượng đang </b>

<b>chứa, triệu tấn </b>

Nguồn tài nguyên tro bay, tro xỉ trong đề tài này được lấy từ: Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh, năm 2019.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<b>1.5. Quy trình sản xuất gạch không nung trong công nghiệp </b>

Gạch không nung thông thường được sản xuất từ những nguyên liệu cơ bản như: xi măng, xỉ quặng, xỉ than, cát, đá... Một số phụ gia thường sử dụng là bột đá, vôi bột, muối kali, các chất thải rắn khác…

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều dây chuyền sản xuất gạch không nung khác nhau. Mỗi dây chuyền đều có những đặc điểm riêng và phù hợp với các loại sản phẩm đặc thù riêng. Tuy nhiên, các dây chuyền gồm những bộ phận chính như Hình 1.7.

Hình 1.7. Quy trình sản xuất gạch khơng nung tự động của DmC [23] Quá trình sản xuất gạch khơng nung bao gồm các bước chính sau: − Bước 1: Trộn nguyên liệu.

Đối với các nguyên liệu dạng mạt đá, xỉ than, cát, đất thải, sỏi... được phân loại, nếu kích thước lớn cần phải sàng lọc, sau đó được dự trữ tại kho hoặc bãi tập kết nguyên liệu. Các nguyên liệu này sau đó được phối trộn theo một tỷ lệ nhất định nhờ máy phối trộn nguyên liệu (2), sau đó được băng tải (3) vận chuyển đến máy trộn nguyên liệu (6) để chuẩn bị cho công đoạn ép.

Nguyên liệu là xi măng được lưu trữ trong các silo (1), được liên kết nhờ các vít tải (4). Xi măng sau đó sẽ cho qua một thiết bị định lượng (5) để định lượng tỷ lệ cho vào máy trộn nguyên liệu (6) đúng với công thức sản xuất.

− Bước 2: Cấp nguyên liệu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Sau khi máy trộn nguyên liệu đã trộn đều nguyên liệu, hỗn hợp nguyên liệu được cấp vào cụm nạp nhờ vào băng tải (7) để chuẩn bị cho quá trình ép.

− Bước 3: Định lượng và nạp liệu.

Hỗn hợp nguyên liệu sau đó được định lượng nhờ hệ thống định lượng (8), sau đó được đưa vào khn nạp và cấp cho khn ép. Đồng thời, có các máy cấp khay tự động (9) lấy khay từ máy xếp khay (13) để cấp tấm khay chứa sản phẩm sau khi ép. Ngồi ra cịn có thiết bị làm mát (14) giúp hệ thống hoạt động ổn định, ít bị hư hỏng.

− Bước 4: Ép tạo hình gạch.

Sau khi được cấp nguyên liệu, hệ thống máy ép (10) sử dụng nguyên lý thủy lực nhằm tạo ra lực ép lớn định hình sản phẩm với tính chất đồng đều, rắn chắc, đạt chất lượng cao và ổn định. Cùng với bước 1, bước 4 là bước quan trọng quyết định đến chất lượng sản phẩm gạch không nung.

− Bước 5: Lấy và bảo quản sản phẩm.

Sau khi hồn thành q trình ép, các khay gạch thành phẩm sẽ được chuyển đến máy xếp gạch tự động (12) nhờ băng tải (11). Sau đó, các sản phẩm sẽ được chuyển đến kho chứa sản phẩm, lưu trữ từ 5 – 7 ngày là có thể sẵn sàng cho q trình sử dụng.

Dựa vào các bước đã nên trên, lập được sơ đồ khối quá trình sản xuất gạch khơng nung như Hình 1.8.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Hình 1.8. Sơ đồ khối quá trình sản xuất gạch không nung

Để cụ thể hơn các phương pháp thực hiện trong đề tài nghiên cứu, cần xây dựng các quy trình thí nghiệm và các phương pháp thử về chất lượng cần thiết của các cấp phối gạch.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<b>CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHỐI LIỆU VÀ SẢN PHẨM GẠCH KHÔNG NUNG </b>

<b>2.1. Nguyên vật liệu sản xuất gạch không nung </b>

Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm: − Xi măng Hà Tiên PCB40.

− Tro bay, tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 – Trà Vinh. − Đá mi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

tỷ lệ thích hợp được nung ở nhiệt độ khoảng 1450 <sup>o</sup>C, để tạo ra 4 khống vật có thể tạo liên kết với nước:

− Alit: 3CaO.SiO2 (C3S). − Belit: 2CaO.SiO2 (C2S). − Celit: 3CaO.Al2O3 (C3A).

− Alumino-Ferit: 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF).

Quá trình hydrate hóa và đơng kết của xi măng Portland được thể hiện qua Hình 2.2. Cả C3S và C2S đều có cấu trúc tứ diện cô lập được nối với nhau bởi calcium và việc loại bỏ chúng bằng cách thêm nước sẽ giải phóng các loại orthosilicate. Do đó, giai đoạn đầu của q trình hydrate hóa liên quan đến việc tách calcium nhanh chóng vào pha nước lớp orthosilicic xung quanh hạt xi măng đã mất calcium. Lớp này càng dày khi q trình hydrate hóa tiến sâu vào hạt.

Do đó, liên kết C-S-H được hình thành tại bề mặt phân cách, qua đó nước đi vào phần khuếch đại và các ion Ca<small>2+</small> đi ra ngoài vào pha nước. Áp suất thẩm thấu tăng lên trong màng, cuối cùng gây ra sự vỡ ở các điểm yếu và đùn các chất lỏng (về cơ bản là dung dịch của các anion orthosilicate và dislicate) vào pha nước. Sự kết tủa liên tục của C-S-H ở ngoại vi dịng sau đó làm phát sinh các liên kết dạng ống.

C-S-H là một vật liệu khơng có trật tự (có thể coi là hydroxide hỗn hợp), hình thái của nó được xác định khơng phải bằng xem xét về tinh thể học mà bằng một phương thức kết tủa có lẽ được mơ tả tốt nhất là kết tủa màng. Vật liệu kết tinh nhất thiết phải có mặt trong khối ngậm nước, đặc biệt là porlandite, nhưng điều này sẽ ít ảnh hưởng đến tính chất cơ học (đặc biệt là độ bền kéo) so với bản chất của vật liệu lấp đầy không gian chính, C-S-H [24].

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Hình 2.2. Q trình hydrate hóa của xi măng Portland [24] C3S + H2O → 3Ca<small>2+</small> + SiO4<small>4– </small>+ 6OH<sup>–</sup>

SiO4<sup>4– </sup>→ Si2O7<small>6–</small>

Ca(OH)2 + Si2O7<small>6– </small>→ C–S–H

Xi măng Hà Tiên PCB40 là xi măng Portland góp phần làm chất kết dính trong hỗn hợp vữa sản xuất gạch không nung. Xi măng thường rất được sử dụng trong xây dựng làm vật liệu liên kết giữa các nguyên liệu trong máy trộn đảo để tạo thành hỗn hợp đồng nhất, khơng vón cục.

Xi măng Hà Tiên PCB40 thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của TCVN 6062:2009 [25].

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

Như đã đề cập ở trên, tro bay và tro xỉ là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiêu liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện, là phế thải từ buồng đốt của nhà máy.

Trong nghiên cứu này sử dụng tro bay, tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (Trà Vinh) thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật trong TCVN 10302: 2014 [26].

Vữa bao gồm xi măng, cát và nước nhưng khơng có cốt liệu. Vữa là một loại keo dán hiệu quả, được sử dụng để liên kết các loại khối xây dựng khác nhau như đá, gạch và khối bê tông, chúng liên kết với nhau để lấp đầy và bịt kín các lỗ không đều giữa chúng. Tuy nhiên, để vữa được sử dụng ở nghiên cứu này được sản xuất gạch không nung cũng giống như bê tông cốt liệu nên cần có các loại cốt liệu như đá mi, sỏi, đá nghiền hoặc các loại vật liệu mịn khác như cát. Trong nghiên cứu này sử dụng đá mi để bổ sung vào thành phần cốt liệu của vữa gạch nhằm tăng tính bền chặt, lấp đầy bên trong gạch.

Đá mi thường được sử dụng phổ biến trong xây dựng, dùng để làm vữa xây, là phụ phẩm cần thiết tạo nên sự chắc chắn, vững chãi cho bê tơng, gạch khơng nung. Kích thước của đá mi thường là 1×1, 1×2, 2×2 (cm)… Đá mi được sử dụng trong nghiên cứu này có khối lượng riêng 2,77 g/cm<small>3</small>.

Nước được sử dụng trong gạch khơng nung thơng qua q trình hydrate hóa xi măng (clinker). Các phân tử nước kết hợp với xi măng hay chất kết dính tạo thành một hỗn hợp sệt như chất keo kết dính các thành phần gạch khơng nung lại với nhau. Quá trình này giúp lấp đầy khoảng trống bên trong vữa và làm cho vữa chảy tự do hơn. Tỷ lệ giữa xi măng và nước là một yếu tố quan trọng, đóng vai trị quyết định đến cường độ của bê tông. Tỷ lệ nước và xi măng thấp hơn mang lại bê tông chắc chắn hơn, bền hơn, trong khi quá nhiều nước hơn sẽ tạo ra gạch chảy. Việc sử dụng nước không sạch vào hỗn hợp bê tông gây ra các vấn đề trong q trình đơng kết và dẫn đến hư hỏng kết cấu sớm. Q trình thủy hóa xi măng bao gồm các phản ứng khác nhau và thường xảy ra cùng một lúc. Khi các phản ứng diễn ra, các sản phẩm

</div>