nghiên cứu thành phần tính công tác và cường độ chịu nén của btxm sử dụng tro bay phả lại

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
1





PHẦN CHUYÊN ĐỀ
Nghiên cứu thành phần tính công tác và cường độ chịu
nén của BTXM sử dụng tro bay phả lại.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
2

Tóm tắt:
Hiện nay ở các nước phát triển 38 % điện năng được sản xuất từ các nhà máy
nhiệt điện, do đó lượng chất thải tro bay từ các nhà máy nhiệt điện thải ra môi
trường rất nhiều. Trên thế giới nguồn chất thải trên đã được tận dụng có hiệu quả
trong các ứng dụng xây dựng. Tuy nhiên, ở Việt Nam vấn đề trên vẫn chưa được
nghiên cứu một cách có hệ thống. Do đó, việc định hướng nghiên cứu và đề xuất
các giải pháp để tận dụng nguồn chất thải trên là cần thiết để giảm thiểu các tác
động bất lợi đến môi trường. Nội dung của chuyên đề tập trung chủ yếu vào việc
nghiên cứu thành phần,cường độ chịu ép chẻ và môdun đàn hồi của Bêtông Xi
măng sử dụng Tro bay Phả Lại. Để từ đó kiến nghị giải pháp chế tạo và ứng
dụng bê tông sử dụng tro bay ở Việt Nam một cách hiệu quả.

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về tro bay:
Tro bay nhiệt điện là chất thải thu được từ khói của các nhà máy nhiệt
điện chạy bằng than. Chúng có dạng hình cầu; đường kính trung bình từ 9-15μm;
tỷ diện tích bề mặt từ 3000 ÷ 6000 cm
2
/g khối lượng riêng khoảng 2,1g/cm
3
; màu
sắc thay đổi từ xám đến đen. Xét về thành phần hóa học, tro bay chứa một hàm
lượng lớn đioxit silic ở trạng thái vô định hình.[1]

Hình 1.1:Mầu sắc và hình dạng của tro bay nhiệt điện
Tro bay nhiệt điện là một loại vật liệu pozzolanic, dựa vào thành phần hoá
học tro bay nhiệt điện được chia làm hai loại: loại C và loại F. Theo ASTM C
618-99, thành phần hoá học của tro bay loại C và loại F được thể hiện ở Bảng 2.
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của tro bay ứng với các nguồn than khác nhau
Thành phần hóa học
Than bitum
Than á bitum
Than non
SiO
2

20-60
40-60
15-45
Al
2
O
3

5-35
20-30
10-25
Fe

2
O
3

10-40
4-10
4-15
CaO
1-12
5-30
15-40
MgO
0-5
1-6
3-10
SO
3

0-4
0-2
0-10
Na
2
O
0-4
0-2
0-6
K
2
O

0-3
0-4
0-4
Than chưa cháy
0-15
0-3
0-5

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
4
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của các loại tro bay
Thành phần hoá học
Loại F
Loại C
SiO
2

40-60
15-60
Al
2
O
3

20-30
10-25
Fe
2

O
3

10-40
4-15
CaO
5-30
15-40
MgO
0-5
1-10
SO
3

0-4
0-10
Na
2
O
0-4
0-6
K
2
O
0-3
0-4
Than chưa cháy
0-3
0-5

Nguồn vật liệu tro bay : Hằng năm ước tính các Nhà máy nhiệt điện trên cả
nước thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay, đến năm 2010 sẽ là 2,3 triệu tấn/ năm.
Trung bình, hiện mỗi ngày Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2 (Hải Dương) thải ra
3.000 tấn tro xỉ, trong đó 30% là than chưa cháy hết, còn lại là tro bay rất mịn. Do
hàm lượng than dư này không cao, nên khó tận thu làm nhiên liệu đốt, mà thường
được thải thẳng ra hồ chứa. Cùng với lượng tro xỉ tương đương của Nhiệt điện
Phả Lại 1, mỗi ngày hai nhà máy này đang xả lượng chất thải khổng lồ vào môi
trường, lấp đầy hai hồ chứa sâu mấy chục mét.Vấn đề hiện nay là sản xuất tro bay
như thế nào. Hiện công nghệ từ nước ngoài không thể áp dụng cho tuyển tro bay
ở Việt Nam, nhất là ở Nhà máy nhiệt điện Phả Lại do đặc điểm khác biệt về công
nghệ đốt và chất lượng than của nhà máy như: hàm lượng than trong tro bay quá
cao (khoảng 30%). - Những nghiên cứu của TS Nguyễn Hồng Quyền, Viện Khoa
học vật liệu thuộc Viện Khoa học Việt Nam và Công ty CP Công nghiệp và Dịch
vụ Cao Cường đã xây dựng nhà máy thu hồi chế biến tro bay. Dự án được tiến
hành tháng 7/2006 với công suất thiết kế 80 nghìn tấn sản phẩm/ năm. Thiết bị
máy móc được nhập từng phần từ Trung Quốc, xây dựng trên khu đất gần 10
nghìn m2, tổng vốn đầu tư là 17,7 tỉ đồng. Hiện nay dây chuyền đã đi vào sản
xuất ổn định với công xuất 200 tấn/ngày, dự kiến công suất sẽ được nâng lên khi
một dây chuyền nữa được đưa vào hoạt động vào cuối năm nay. Sản phẩm làm ra
đã được thị trường, các nhà thầu đánh giá cao, đặc biệt công ty vinh dự trở thành
nhà cung cấp chính thức sản phẩm tro bay cho Dự án thủy điện Sơn La, Dự án
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
5
thủy điện Bản Chát, Tổng Công ty xây dựng Hà Nội, Công ty CP VLXD Sông
Đáy, Dự án nhiệt điện Quảng Ninh I, II và các Nhà máy bê tông trong nước. -
Điện lực Việt Nam (EVN) cũng đã có dự án sản xuất phụ gia kết dính bê tông từ
tro bay nhiệt điện Phả Lại sẽ đi vào sản xuất góp phần giải quyết kịp thời nhu cầu
phụ gia bê tông cho công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng các công trình

nhà máy thủy điện, nhất là Thủy điện Sơn La.
Các ứng dụng của tro bay trong xây dựng trên thế giới:
Lợi ích khi sử dụng tro bay:
 Giảm nhiệt thuỷ hóa nên thích hợp cho bê tông khối lớn.
 Giảm lượng nước sử dụng, giảm độ co gót, cải thiện bề mặt thành
phẩm.
 Giảm phân tầng và tiết nước.
 Có khả năng chống phản ứng kiềm với silic.
 Chống khả năng xâm thực nước, chống chua, chống mặn.
 Tạo ra bê tông bền sunfat, clo
 Tăng độ bền với thời gian
 Dễ dàng trong việc thao tác bơm phun nhờ các tinh cầu tròn siêu
nhỏ.
 Giảm giá thành, nâng cao chất lượng công trình.

 Ứng dụng tro bay để làm vữa lấp đầy tự chảy (Fly Ash in Flowable Fill)
Vữa lấp đầy tự chảy là sản phẩm nhận được từ sự kết hợp của: nước; tro bay;
ximăng portland; đôi khi có thêm cốt liệu thô, cốt liệu mịn hoặc cả hai. Đây là
một vật liệu đã được thiết kế và kiểm tra cường độ, có khả năng tự san bằng, tự
đầm lèn và không kết lắng. Vữa lấp đầy tự chảy còn được biết đến như một loại
vữa tro bay có độ sụt cao; vữa bê tông chất lượng thấp; vữa không co ngót. Nó là
một vật liệu kỹ thuật rất đặc trưng, được sử dụng để lấp đầy vào các phần rỗng
hoặc các lỗ hổng của các vật liệu truyền thống như: vật liệu đất đầm nén; vật liệu
đất-ximăng; vật liệu bê tông. Bởi vậy nó được định lượng, nhào trộn và vận
chuyển theo một quy cách giống như quy cách của loại bêtông rất dễ đổ (bê tông
tự đầm-self compacting concrete). Vữa lấp đầy tự chảy được đổ trực tiếp vào các
vị trí đã được xác định trước mà không cần phải sử dụng nhân công hoặc các thiết
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47

6
bị đầm nén và nó có vai trò tương tự như các loại đất đầm nén chất lượng cao.
Cường độ chịu nén của vữa lấp đầy tự chảy được thiết kế từ 0,345÷8,274 MPa ở
28 ngày và tốc độ phát triển cường độ của nó phụ thuộc vào tỷ lệ N/X.
 Ứng dụng tro bay gia cố vật liệu đất đắp (Fly Ash in Soil
Improvements)[2]
Quá trình gia cố đất là quá trình thay đổi các đặc tính kỹ thuật của đất. Các
tính chất của đất hay được thay đổi là độ đặc chắc, độ ẩm, tính dẻo và cường độ.
Tro bay loại C có thể sử dụng đơn lẻ, còn tro bay loại F thường sử dụng kết
hợp với vôi, hoặc ximăng để gia cố vật liệu đất đắp và đem lại một số hiệu quả
như: tăng cường độ cho đất; ổn định mái ta luy đắp cao; điều chỉnh tính dãn nở
của đất xốp; hay điều chỉnh độ ẩm của đất đầm nén. Tro bay loại C được sử dụng
trực tiếp để gia cố vật liệu đất đắp. Ngược lại, tro bay loại F khi sử dụng để gia cố
đất phải kết hợp với các vật liệu khác như vôi, bột lò vôi hoặc ximăng. Việc dùng
tro bay để làm ổn định và điều chỉnh các tính chất của đất có thể phụ thuộc vào
điều kiện môi trường địa phương liên quan tới việc khử kiềm và khả năng tác
động của nước mặt cũng như các lớp nước gần kề.
Ở nước ngoài, tro bay loại F đã được sử dụng thành công trong nhiều dự án
cải tạo đất: gia cố lớp đất đắp để giảm áp lực bên của đất và gia cố các mái taluy
làm tăng độ ổn định. Chiều sâu đặc trưng của lớp đất gia cố từ 15÷46 cm. Hiệu
quả đầu tiên của việc sử dụng tro bay gia cố đất là cải thiện được cường độ chịu
nén và sức kháng cắt của đất. Việc sử dụng tro bay để cải thiện cường độ chịu
nén của đất phụ thuộc vào một số yếu tố chính như: tính chất của đất cần cải tạo;
thời gian trì hoãn (là khoảng thời gian tính từ khi tro bay tiếp xúc với nước đến
khi đầm nén lần cuối cùng hỗn hợp đất, tro bay và nước); độ ẩm ở thời điểm đầm
nén và tỷ lệ tro bay sử dụng. Cường độ chịu nén của đất đạt được phụ thuộc nhiều
vào thời gian trì hoãn đầm nén. Cả độ chặt và cường độ nén sẽ bị giảm khi kéo
dài thời gian trì hoãn. Sự giảm độ chặt và cường độ trong trường hợp này là do
một phần năng lượng đầm nén phải sử dụng vào việc tách rời các hạt đất đã được
sự gắn kết bằng ximăng và bởi vì một phần gắn kết ximăng bị phá vỡ. Cường độ

lớn nhất của hỗn hợp đất-tro bay sẽ đạt được nếu không có thời gian trì hoãn. Đối
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
7
với các công trình thông thường thời gian trì hoãn đầm nén được xác định là
khoảng một giờ.


Hình 1.2 Ứng dụng tro bay gia cố vật liệu đất đắp

 Ứng dụng tro bay gia cố lớp móng trong kết cấu áo đường (Fly Ash in
Stabilized Basecourse):
Sự ổn định lớp móng trong kết cấu áo đường là sự kết hợp của tro bay, cốt
liệu và một chất kết dính vô cơ vôi hoặc ximăng. Khi được đổ và đầm lèn đúng
cách, nó sẽ tăng độ cứng và độ bền cho lớp móng mặt đường. Dùng tro bay để ổn
định lớp móng của kết cấu áo đường là một sự thay thế có hiệu quả kinh tế cho
toàn bộ chiều dày lớp bê tông asphalt. Sử dụng tro bay để ổn định lớp móng trong
kết cấu áo đường phù hợp với cả mặt đường cứng và mặt đường mềm.
Sự ổn định của cốt liệu lớp móng kết cấu áo đường được sử dụng thành
công từ rất lâu. Trong ứng dụng này, ổn định của hỗn hợp có được dựa trên phản
ứng pozzolanic, kết hợp một vài loại vât liệu và hỗn hợp vật liệu để xây dựng nên
một nền cốt liệu ổn định. Tro bay loại C được sử dụng đơn lẻ. Còn tro bay loại F
được sử dụng kết hợp cùng với vôi, hoặc ximăng portland hoặc bụi ximăng Với
các chất kết dính vô cơ như vôi hoặc ximăng portland thì tỷ lệ tro bay / chất kết
dính vô cơ là từ 1/4÷1/3. Còn với các chất vô cơ khác như bụi lò vôi, bụi ximăng
thì tỷ lệ này là 1/2÷1/1. Việc sử dụng ximăng sẽ cho cường độ sớm hơn so với sử
dụng vôi. Trước khi hỗn hợp được đưa vào trộn thực tế ở công trường phải tiến
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT

Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
8
hành các thí nghiệm cụ thể để xác định các đặc trưng cơ lý theo tiêu chuẩn ASTM
C593.
Việc ổn định nền cốt liệu của kết cấu áo đường có sử dụng tro bay đem lại
những hiệu quả như: tăng đáng kể cường độ và độ bền; cho phép sử dụng cốt liệu
chất lượng thấp; cho phép sử dụng rỗng rãi cấp phối hở; sử dụng vật liệu địa
phương; sử dụng các máy móc thiết bị thi công thông thường; giảm chi phí của
dự án.


Hình 1.3 Ứng dụng tro bay gia cố lớp móng trong kết cấu áo đường

 Mặt đường bêtông asphalt sử dụng tro bay (Fly Ash in Pavements Asphalt)
Với hỗn hợp bêtông asphalt rải nóng, tro bay đóng vai trò là vật liệu khoáng
lấp đầy, làm đặc chắc hơn cho bêtông asphalt, tăng sức kháng vết hằn bánh xe
cho mặt đường. Tro bay làm giảm lượng asphalt róc xuống phía dưới mặt đường
trong khi thi công và khi gặp thời tiết nóng. Nó cũng giúp tăng tuổi thọ cho mặt
đường asphalt bằng cách duy trì lượng asphalt ban đầu trong hỗn hợp. Tro bay là
một khoáng kỵ nước, do đó nó làm giảm khẳ năng bong tróc lớp asphalt. Với sự
có mặt của một ít vôi trong tro bay cũng có thể làm giảm khả năng bong tróc lớp
asphalt ra khỏi cốt liệu, vì nó làm tăng tính bazơ cho cốt liệu. Trong ứng dụng
này, tro bay được sử dụng có hàm lượng than chưa cháy < 10%, và ở trạng thái
khô.


TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
9

Hình 1.4 Thi công mặt đường Stone matrix asphalt sử dụng tro bay

 Sử dụng tro bay để chế tạo bêtông chất lượng cao (Fly Ash in High
Perfomance Concrete)
Trong công nghệ chế tạo bêtông chất lượng cao, tro bay được sử dụng để thay
thế một phần ximăng. Lượng tro bay thay thế cho ximăng thông thường từ 15÷30
%
.
Hàm lượng tro bay sử dụng phụ thuộc vào từng loại tro. Với tro loại F hàm
lượng thay thế có thể từ 15-25 % và tro loại C là từ 20-35 % theo khối lượng
ximăng
[8]
.Tùy thuộc vào đặc tính ưu tiên của bêtông mà người thiết kế mong
muốn nhất, khi đó hàm lượng tro bay thay thế sẽ khác nhau. Để giảm lượng nước
yêu cầu, giảm nhiệt độ bêtông tươi, lượng tro bay thay thế nên từ 5÷15 %; để tăng
độ bền cho bê tông, giảm độ thấm clo, lượng tro bay thay thế nên từ 25÷40 %.
Những đặc tính có lợi của bêtông thu được khi sử dụng tro bay chủ yếu do
hoạt tính pozzolanic của tro bay và những đặc trưng vật lý của nó. Do tro bay rất
mịn và có dạng hình cầu, nó sẽ bao bọc các hạt, gây nên ‘hiệu ứng ổ bi’ làm cho
các hạt xi trở nên linh động hơn, nhờ đó tăng tính công tác cho bêtông, giảm được
lượng nước yêu cầu với độ sụt đã định trước, và nhiều lợi ích khác liên quan đến
việc giảm nước này. Các hạt tro bay cũng dễ dàng lấp đầy vào các lỗ rỗng giữa
các hạt ximăng làm trong cấu trúc của bêtông do đó bêtông trở nên đặc chắc hơn
và có cường độ cao hơn. Quá trình thủy hóa của ximăng sinh ra sản phẩm canxi
hydroxyt, là một khoáng không bền nước và cường độ thấp. Thành phần oxit silic
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47

10
vô định hình trong tro bay sẽ phản ứng hóa học với khoáng này tạo ra các sản
phẩm có cường độ cao và bền nước:
Ca(OH)
2
+ SiO
2 (vđh)
+ H
2
O → nCaO.mSiO
2
.pH
2
O (phản ứng pozzolanic).
Như vậy các hiệu quả của việc sử dụng tro bay trong bêtông bao gồm:
 Giảm lượng nhiệt thủy hóa; (Hình 1.5)
 Giảm sự tách nước trên bề mặt; (Hình 1.6)
 Giảm co ngót;
 Nâng cao tính công tác;
 Tăng cường độ chịu nén ở tuổi muộn;
 Tăng độ bền;
 Giảm tính thấm, hiệu quả cao hơn trong môi trường xâm thực (sunphat,
clorua, v.v…);
 Giảm nguy cơ phản ứng kiềm-silic;
 Hạ giá thành bêtông.

Hình 1.5
Ảnh hưởng của tro bay đến nhiệt độ
bêtông (Ontario Hydro.1952)
Hình 1.6
Ảnh hưởng của tro bay đến rỉ nước bề
mặt bêtông

(CEGB,1967)

 Sử dụng tro bay để chế tạo các khối bê tông nhẹ (Cellular Lightweight
Concrete Block - CLC )
CLC thay thế cho gạch và các khối bê tông truyền thống trong xây dựng với
khối lượng thể tích thay đổi từ 800÷1800 kg/m
3
. Các thành phần thông thường
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
11
của CLC dựa trên công nghệ của Đức là ximăng, cát, nước và bọt (tạo ra từ các
chất tạo bọt sinh học) và tro bay (với tỷ lệ từ 1/4 đến 1/3 tổng số nguyên vật liệu).
Ngoài ra CLC còn được ứng dụng để sản xuất các tấm mái lợp và các tấm vách
ngăn. Tro bay được xem như vật liệu cơ bản bên trong các khối bê tông này. Các
khối bêtông bọt được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công
nghiệp. Chúng được đánh giá là một trong những sản phẩm sử dụng tro bay thân
thiện với môi trường.
Việc sử dụng CLC mang lại một số hiệu quả sau:

- Hệ số phẩm chất cao;
- Giảm tĩnh tải bản thân, kết quả là tiết kiệm thép và ximăng, giảm kích
thước móng;
- Khả năng cách âm, cách nhiệt tốt;
- Tiết kiệm lượng vữa sử dụng và khả năng chống cháy cao.



Hình 1.7 Tấm CLC và ứng dụng trong xây dựng dân dụng

 Gạch và khối xây làm từ tro bay - cát - vôi - thạch cao (hoặc ximăng) (Fly
Ash - Sand - Lime - Gypsum (/Cement) Bricks/Blocks)
Ở Ấn Độ loại gạch này đã được sản xuất và sử dụng nhiều trong trong xây
dựng. Hàm lượng tro bay có thể được sử dụng trong phạm vi từ 40÷70 %, các
thành phầm còn lại là: vôi; thạch cao (hoặc ximăng); cát; đá bụi; mạt
dũa.v.v…Cường độ nén tối thiểu (ở 28 ngày) là 70 daN/cm
2
và có thể lên tới 250
daN/cm
2
.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
12
So với gạch nung đất sét, sản phẩm gạch này có nhiều ưu điểm hơn như:
- Lượng vữa cần thiết để xây dựng công trình ít hơn;
- Việc trát vữa trên gạch có thể bỏ qua;
- Có thể điều chỉnh kích thước, mép, độ trơn, hoàn thiện bề mặt và sử dụng
các chất tạo màu khác nhau;

- Có hiệu quả về mặt chi phí, năng lượng và thân thiện với môi trường (hạn
chế được sử dụng các loại đất sét màu mỡ).
 Gạch làm từ đất sét và tro bay (Clay-Fly Ash Brick)
Để sản xuất loại gạch này, hàm lượng của tro bay nhào trộn với đất sét thay
đổi từ 20 ÷ 60 % phụ thuộc vào chất lượng đất sét, khoảng 5% phụ gia và 5%
chất kết dính, còn lại là đất sét. Một số hiệu quả đạt được của gạch làm từ đất sét
và tro bay so với gạch đất sét nung:
- Nhiên liệu cần thiết được giảm đáng kể vì tro bay có chứa một tỷ lệ carbon
chưa cháy, tiết kiệm koảng 15 % năng lượng;
- Khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn;
- Bền hơn khi dùng trong môi trương xâm thực;
- Chi phí hiệu quả và thân thiện với môi trường.







Hình 1.8 Gạch và khối xây được chế tạo từ tro bay - cát – vôi - thạch cao
Tro bay nung kết đã được phát triển vào đầu những năm 1950 và trở thành
một loại cốt liệu nhẹ tiện dụng trong xây dựng. Tro bay được vê tròn bằng cách
trộn với nước trước khi được nung ở nhiệt độ 1000 ÷ 1200
o
C để tạo thành các
viên dạng hình tròn hoặc bầu dục được sử dụng làm cốt liệu cho bêtông nhẹ.

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47

13
1.2. Tình hình sử dụng tro bay trong bê tông xi măng trên thế giới:
Theo số liệu thống kê của hiệp hội phát triển tro bay Australia (ADAA),
mỗi năm trên thế giới thải ra gần 2 tỷ tấn tro bay nhiệt điện và dự báo con số
này sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030. Số liệu thống kê còn đưa ra việc tận thu và
sử dụng tro bay nhiệt điện tập trung chủ yếu ở các nước và vùng lãnh thổ như:
Trung Quốc, Ấn Độ, Nga, Đông Âu, Nam Phi, Bắc Mỹ (Mỹ và Canada),
Châu Âu, Nhật Bản, Úc, Israel và Thổ Nhĩ Kỳ. Ở Châu Âu gần như 100% tro
bay được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau.
Xu hướng tận dụng tro bay trên thế giới tập trung chủ yếu vào các ứng
dụng trong lĩnh vực xây dựng


Một số công trình trên thế giới sử dụng bê tông xi măng nhiều tro bay

• cường độ nén yêu
cầu
- thấp hơn 50MPa
sau 150 ngày
- lớn hơn 35MPa
sau 28 ngày
• 26.000 m
3
bê tông
• 17,780 m
2
làm văn
phòng, các rạp chiêú
phim, khu thương mại
và bãi đỗ xe ô tô.

• Cột nhà có đường
kính 900 mm

Hình 1.9: Công trình Parklan


TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
14
• Nó bao gồm một tòa nhà
văn phòng 22 tầng
• Cường độ nén ở 28 ngày
là 45MPa.




B
B
ê
ê


t
t
ô
ô
n
n

g
g


n
n
h
h
i
i
ề
ề
u
u


t
t
r
r
o
o


b
b
a
a
y
y

đ
đ
ã
ã


đ
đ
ư
ư
ợ
ợ
c
c


l
l
ự
ự
a
a


c
c
h
h

ọ
ọ
n
n


c
c
h
h
o
o


m
m
ộ
ộ
t
t


p
p
h
h
ầ
ầ
n
n

c
c
ủ
ủ
a
a


d
d
ự
ự


á
á
n
n


n
n
à
à
y
y
,
,

v
v
à
à


c
c
ư
ư
ờ
ờ
n
n
g
g


đ
đ
ộ
ộ


n
n
é
é

n
n


t
t
h
h
e
e
o
o


t
t
h
h
ứ
ứ


t
t
ự
ự


l
l

à
à


3
3
2
2


M
M
P
P
a
a


v
v
à
à


5
5
1
1

M
M
P
P
a
a


l
l
ú
ú
c
c


7
7


v
v
à
à


2
2
8
8

n
n
g
g
à
à
y
y
,
,


t
t
ư
ư
ơ
ơ
n
n
g
g


ứ
ứ
n
n

g
g


đ
đ
ã
ã


t
t
h
h
u
u


đ
đ
ư
ư
ợ
ợ
c
c


c
c

h
h
o
o


b
b
ê
ê


t
t
ô
ô
n
n
g
g


n
n
à
à
y
y
.
.

Hình 1.10 Công trình xây dựng Bến cảng Purd



Hình 1.11:Ứng dụng móng bè ở Mỹ
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
15

Hình 1.12: Đền San Marga Iraivan tuổi thọ thiết kế 1000 năm



Hình 1.13: Đổ bê tông nhiều tro bay
1.3. Tình hình sử dụng tro bay trong bê tông xi măng ở Việt Nam:
Qua thống kê cho thấy, hiện nay ở Việt Nam mới chỉ có 3 công trình
trên tổng số 18 công trình được sử dụng tro bay. Công trình thuỷ điện Sơn La giai
đoạn đầu còn phải nhập tro bay từ nước ngoài về. Trong khi đó tro bay ở trong
nước rất nhiều,nhưng chưa được đưa vào sử dụng.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
16
Ở Việt Nam, chỉ tính riêng các nhà máy nhiệt điện của miền Bắc mỗi
năm đã thải ra khoảng 700.000 tấn tro xỉ, trong đó nhà máy nhiệt điện Phả Lại

thải ra khối lượng lớn nhất khoảng 500-550 ngàn tấn/năm. Thực tế, chúng ta chưa
tận dụng hết nguồn phế thải công nghiệp này, đồng thời, gây lãng phí và ô nhiễm
môi trường. Theo phân loại trong tiêu chuẩn ASTM C616-99, tro bay của nước ta
thuộc loại F, hàm lượng mất khi nung quá lớn. Hàm lượng mất khi nung của tro
bay nếu không qua tuyển từ dây chuyền 1 của nhà máy nhiệt điện Phả Lại từ 25-
30%, của dây chuyền 2 từ 12-17%, trong khi đó ở các nước trên thế giới thông
thường giới hạn cho phép là 6%. (Nguồn tin: T/C Nông nghiệp & Phát triển Nông
thôn, kỳ 2, tháng 4/2006)
Theo kết quả thí nghiệm cấp phối bê tông ở Công ty thuỷ điện Sơn La cho
thấy, các thông số về hàm lượng mất khi nung của các loại phụ gia khoáng của
Việt Nam khi đưa vào thí nghiệm như sau: PL1 (tro sàng tuyển từ hỗn hợp tro xỉ
Phả Lại) lượng mất khi nung là 7,3%. PL2R (tro bay lấy trực tiếp từ xilô của tổ
máy 5 và 6NM nhiệt điện Phả Lại); lượng mất khi nung là 18,14%. Bột đá Bazan
xay lượng mất khi nung là 3,95%. Như vậy, RCC cùng một tỷ lệ trộn trong một
loại hỗn hợp bê tông thì loại tro bay PL2R (có chỉ tiêu mất khi nung cao 18,14%)
có những ưu điểm sau: Có cường độ kháng nén cao cao hơn loại PL1 đã qua sàng
tuyển và bột đá Bazan xay (bảng 2). Luợng dùng xi măng ít hơn nhiều so với bộ
đá bazan xay.
Mặt khác, qua thí nghiệm còn cho thấy, chỉ tiêu hoạt tính độ bền ở tuổi 28 ngày
của loại PL1 là 78% và của loại PL2R là 98%. Vì vậy, chúng ta cần có những
hướng nghiên cứu về độ bền lâu dài của RCC khi sử dụng PL2R. Tức là chúng ta
phải đi tìm câu trả lời (tro bay Phả Lại có hàm lượng mất khi nung lò cao có sử
dụng được để chế tạo RCC hay không?) nếu được chúng ta sẽ giảm được chi phí
công nghệ sàng tuyển, giảm chi phí công nghệ xay puzơlan, giảm được lượng
dùng xi măng cho sản xuất RCC. Điều đó sẽ mang lại một lợi ích to lớn cho nền
kinh tế quốc dân.
Ở Việt Nam gần đây đã bước đầu ứng dụng tro bay để chế tạo bêtông đầm lăn
xây dựng các đập thuỷ điện.Bêtông đầm lăn là loại bê tông không có độ sụt, được
thi công bằng công nghệ bêtông đầm lăn. Công nghệ bê tông đầm lăn sử dụng lu
rung để đầm chặt bê tông. Bêtông đầm lăn phù hợp với các công trình bêtông

khối lớn, không có cốt thép và hình dáng không phức tạp như lõi đập, mặt đường.
Tro bay được sử dụng trong bêtông đầm lăn như một phụ gia để cải thiện một
số tính chất của bêtông . Việc sử dụng tro bay trong bêtông đầm lăn đem lại một
số hiệu quả:
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
17
 Thay thế một phần ximăng, nhờ đó giảm lượng nhiệt thủy hóa trong bê tông,
hạn chế nứt bêtông, đẩy nhanh tiến độ thi công, hạ giá thành sản phẩm từ
25÷50 %;
 Tăng độ chặt cho bê tông, tăng tính chống thấm, tăng khả năng chịu sói mòn;
 Tăng cường độ.
Các công trình tiêu biểu đã sử dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam là đập Tam
Giang, đập Bản Vẽ, đập Pleikrông, nhà máy thủy điện Sơn La. Thành phần của
tro bay trong bêtông đầm lăn tùy thuộc từng công trình. Ở đập Tam Giang tỷ lệ
này là 63 ÷ 73 kg/ m
3
, trong khi ở nhà máy thủy điện Sơn La là 165 kg/m
3
. Tro
bay sử dụng cho các công trình này lấy từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại đã qua xử
lý để giảm hàm lượng than chưa cháy.

Hình 12 Thi công bêtông đầm lăn ở đập Bản vẽ (trái)
và đập thủy điện Sơn La (phải)
Kết luận:
- Tro bay là chất thải thu được từ các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than.
- Tr ữ lượng tro bay lớn,mỗi năm thế giới thải ra gần 2 tỷ tấn tro bay
(2006),Việt Nam 1,3 tỷ tấn (2006)

- Tro bay được coi là một chất thải có hại cho môi trường và con người.
- Trên thế giới đã nghiên cứu và sử dụng tro bay vào nhiều mục đích khác
nhau nhất là được ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng.
- Tro bay sử dụng trong Bêtông xi măng có những ưu điểm sau:
 Giảm nhiệt thuỷ hóa nên thích hợp cho bê tông khối lớn.
 Giảm lượng nước sử dụng, giảm độ co gót, cải thiện bề mặt thành
phẩm.
 Giảm phân tầng và tiết nước.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
18
 Có khả năng chống phản ứng kiềm với silic.
 Chống khả năng xâm thực nước, chống chua, chống mặn.
 Tạo ra bê tông bền sunfat, clo
 Tăng độ bền với thời gian
 Dễ dàng trong việc thao tác bơm phun nhờ các tinh cầu tròn siêu nhỏ.
 Giảm giá thành, nâng cao chất lượng công trình.

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
19
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO
2.1. Cốt liệu
2.1.1. Cốt liệu lớn:
Cốt liệu lớn là bộ khung chịu lực của Bê tông sau khi hồ bê tông
gắn kết lại.
Trong nghiên cứu đề tài sử dụng đá dăm có D
max
=20mm, Kết quả
thí nghiệm kiểm tra thành phần hạt như sau:
Bảng 2.1: Thành phần hạt đá dăm
Kích thước
mắt sàng (mm)
Lượng lọt sàng (%)

Lượng lọt sàng
tiêu chuẩn
ASTM D448

19
98
90 - 100
9,5
53,6
25 - 55
4,75
2.8
0 – 10
2,36
0
0 - 5

Hình 2.1: . Biểu đồ thành phần hạt của đá với D=19mm
Kết quả phân tích thành phần hạt cho thấy đá thích hợp với việc chế
tạo bê tông.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
20
2.1.2. Cốt liệu nhỏ:
Cốt liệu nhỏ làm tăng độ đặc và khả năng chống co cho bê tông.
Cát dùng để sản xuất bê tông là các loại cát thạch anh dùng trong bê
tông thường. Cát sử dụng tốt nhất là cát có mô đun độ lớn trong khoảng từ
2.5-3.2.
Kết quả thí nghiệm phân tích chất lượng cát:
Bảng 2.2: Kết quả thứ nghiệm Cát
TT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị

Kết quả
Phƣơng pháp thử
1
Khối lƣợng riêng
g/cm
3

2.69
ASTM C128
2
Khối lƣợng thể tích xốp
g/m
3

1,71
ASTM C29
3
Khối lƣợng thể tích lèn
chặt
g/cm
3

2.56
ASTM C29M
4
Mô đun độ lớn
-
2.8
ASTM C136

Bảng2.3: Thành phần hạt của cát
D,mm
Lượng lọt sàng của cát
Lượng lọt sàng tiêu chuẩn
ASTM C33-86
9.5
100
100
4.75
96
95-100
2.36
85
80-100
1.18
70
50-85
0.6
46
25-60
0.3
16.8
5-30
0.15
2.7
0-10

TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47

21

Hình 2.2: Biểu đồ kiểm tra thành phần hạt của cát

2.2. Xi măng:
Xi măng là chất kết dính vô cơ được tạo thành bằng cách nghiền mịn
clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các
phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do
sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh
kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có
cường độ và độ ổn định nhất định.
Trong sản xuất các loại bê tông và bê tông cốt thép thường dùng xi măng
portland theo TCVN. Hiện nay, có 2 nhóm xi măng được cung cấp trên thị
trường:
Xi măng portland = clinker + thạch cao.
Xi măng portland hỗn hợp: clinker + thạch cao + phụ gia (đá pudôlan, xỉ
lò).
Các loại xi măng này được sản xuất theo một số tiêu chuẩn thông dụng
như tiêu chuẩn TCVN, ASTM C109.
Xi măng portland tiêu chuẩn PC40 hiện nay được sản xuất rất ít do giá
thành xi măng cao. Trong xây dựng chủ yếu dùng PCB40 với hàm lượng phụ
gia vô cơ hoạt tính khoảng 10%. Trong nghiên cứu loại Ximăng yêu cầu là
PCB40
Dưới đây là một số kết quả thí nghiệm xi măng Portland hỗn hợp PCB40
Nghi Sơn.
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
22

Bảng2.4: Các tính chất cơ lý của xi măng Nghi Sơn PCB40.
TT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị
Tiêu chuẩn
Kết quả thử nghiệm
1
1
Độ bền nén
- 3 ngày
- 7 ngày
- 28 ngày
MPa
TCVN
6016: 1995

29.0
41.4
49.1
2
2
Thời gian đông kết
- Bắt đầu
- Kết thúc
Phút
TCVN
6017: 1995

105
160

3
3
Khối lượng riêng
g/cm
3
TCVN
4030: 2003
3.1
7
4
Lượng nước tiêu
chuẩn
%
TCVN
6017: 1995
30.0


Bảng 2.5: Thành phần hoá học của xi măng Nghi Sơn PCB40
STT
Chỉ tiêu thử
Đơn vị
Kết quả
1
Mất khi nung
%
0,64
2
Cl
-

%
0,05
3
MgO
%
0,06
4
SO
3

%
1.8
5
SiO
2

%
21.65
6
Fe
2
O
3

%
3,42
7
Al
2
O

3

%
5,25
8
CaO
%
65,0

Bảng 2.6: Kết quả phân tích thành phần khoáng ximăng Nghi Sơn PCB40
STT
Chỉ tiêu thử
Đơn vị
Kết Quả
1
C
3
S
%
51,74
2
C
2
S
%
24,2
3
C
3
A

%
8,16
4
C
4
AF
%
10,35
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
23
2.3. Phụ gia:
2.3.1 Phụ gia khoáng (tro bay):
Phụ gia khoáng mịn có vai trò đặc biệt quan trọng. Nó là chất độn mịn
thay thế một phần xi măng trong bê tông ít toả nhiệt với mục đích làm giảm nhiệt
toả ra của bê tông. Ngoài ra còn làm tăng độ chảy và chống phân tầng của hỗn
hợp bê tông. Ở Việt Nam, nguồn phụ gia khoáng mịn có nhiều loại được sử dụng
trong bê tông, có thể kể như: Silicafume, tro nhiệt điện, xỉ lò cao, bột đá vôi, tro
trấu
Đề tài lựa chọn tro bay Phả Lại để nghiên cứu :
Bảng 2.7: Các tính chất cơ lý của tro bay
STT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị tính
Tro bay
1
Độ ẩm
%
2,6

2
Độ hút nước
%
-
3
Khối lượng riêng
g/cm
3
2,12
4
Khối lượng thể tích đổ đống
kg/m
3
1118

Tro bay có độ mịn lớn hơn so với độ mịn của xi măng. Trong thành phần
cấp phối hạt có 75% các hạt có kích thước nhỏ hơn 30 m, các cỡ hạt có kích
thước lớn hơn 60 m chiếm khoảng 10%.


Hình 2.3: Thành phần hạt của tro bay
Bảng 2.8: Kích thước hạt tro bay
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
24
Bảng 2.8: Kích thước hạt tro bay
Loại mẫu
Kích thước hạt (m) ở các tỷ lệ
< 10%

< 25%
< 50%
< 75%
< 90%
Tro bay Phả Lại
2,52
8,22
11,97
29,80
55,48

Bảng 2.9: Thành phần hóa học tro bay
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị tính
Tro bay
1
MKN
%
29
2
SiO
2

%
58,38
3
Fe
2
O

3

%
7,01
4
Al
2
O
3

%
25,12
5
CaO
%
0,84
6
MgO
%
0,70
7
MnO
%
0,08
8
TiO
2

%
0,54

9
K
2
O
%
3,28
10
Na
2
O
%
0,30
11
SO
3

%
0,14
12
Cl
%
0,001
13
S
%
0,00

Hình 2.4: Giản đồ rơnghen bán định lượng – Mẫu tro bay
IBM. D8. ADV - Mau tro bay PhaLai. Trung tam XMBT
00-001-1111 (D) - Magnetite - Fe3O4 - WL: 1.5406 - Cubic - Face-centered - Y: 9.38 %
00-015-0776 (I) - Mullite, syn - Al6Si2O13 - WL: 1.5406 - Orthorhombic - Primitive - Y: 21.40 %
01-085-0930 (C) - Quartz - SiO2 - WL: 1.5406 - Hexagonal - Primitive - Y: 90.30 %
Operations: Import
File: mau Tro bay Phalai- anh Nam XMBT.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 55.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Creation: 5/24/2005 2:22:59 PM - Anode: Cu - Temp.: 25 °C (Roo
Lin (Cps)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
2-Theta - Scale

5 10 20 30 40 50
d=5.37370
d=4.81610
d=4.25181
d=3.41820
d=3.39063
d=3.33899
d=2.94896
d=2.88279
d=2.69213
d=2.54079
d=2.51897
d=2.45595
d=2.41689
d=2.28162
d=2.23710
d=2.20497
d=2.12246
d=1.97857
d=1.84236
d=1.81789
d=1.71297
d=1.69876
d=2.08997
d=1.88817
TRƢỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Lê Trường Giang Vật liệu & CNXDGT – K47
25
Mẫu tro bay: thành phần khoáng vật gồm có các khoáng Mullite –

Al
6
Si
2
O
13
, chiếm khoảng 16%, thể hiện ở các pic 3,39; 3,41; 2,54; 2,20; 5,37.
Khoáng Quartz – SiO
2
, chiếm khoảng 12%, thể hiện ở các pic 3,33; 4,25; 1,81.
Khoáng Magnenite – Fe
3
O
4
, chiếm hàm lượng rất ít, thể hiện ở các pic 2,51; 2,94.
2.3.2 Phụ gia siêu dẻo:
Các phụ gia siêu dẻo có khả năng làm giảm hàm lượng nước cần dùng
trong hỗn hợp bê tông đến 25 – 40% mà vẫn giữ nguyên độ sụt cần thiết thuận
tiện cho thi công. Nhờ đó cường độ bê tông có thể tăng lên tương ứng, dễ dàng
tạo ra bê tông mác cao.
Phụ gia siêu dẻo cũng có thể dùng để kết hợp đạt cả 2 mục tiêu: vừa tăng ở
mức độ hợp lý về độ sụt, vừa giảm ở mức dộ hợp lý về lượng nước trộn. Hàm
lượng trộn khoảng 0,7 – 1,5% so với trọng lượng xi măng. Trị số cụ thể sẽ được
chọn qua thí nghiệm thực tế.
Các loại phụ gia siêu dẻo có khả năng giảm nước cao ở Việt Nam rất đa
dạng về chủng loại, nguồn gốc và hãng cung cấp. Một số loại phụ gia siêu dẻo
giảm nước cao có mặt hiện nay được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 2.10: Một số phụ gia siêu dẻo giảm nước cao trên thị trường xây dựng VN
Tên phụ gia
Hãng cung cấp

Gốc phụ gia
Hiệu quả giảm
nước
Glenium SP51
MBT
Polycarboxylate
30 – 40%
Glenium SP85
MBT
Polycarboxylate
30 – 40%
Viscocrete 3400
Sika
Co-Polyme
30 – 40%
Viscocrete 3000-10
Sika
Polycarboxylate
30 – 40%
Selfill - 2010
IMAG
Cao phân tử Acrylic
35 – 40%
Dynamon SP1
Mapei
Polyme Acrylic
30 – 40%
Đề tài chọn phụ gia Viscocrete 3000-10 gốc Polycarboxylate của hạng
Sika làm vật liệu chế tạo với những đặc tính kĩ thuật sau.
Bảng 3.18: Đặc tính kỹ thuật của phụ gia Viscocrete 3000-10

Chỉ tiêu chất lượng
Đơn vị
SIKA V-3000-10
Hàm lượng sử dụng cho 100 kg xi măng
lít
1-1.5
Tăng độ dẻo so với bê tông không PG
cm
12-20
Giảm lượng nước so với BT không PG
%
20-40
Tăng cường độ so với BT không PG
%
25-50
Duy trì độ sụt trong 90 phút
cm
0