Tiểu luận nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô

-3MỞ ĐẦU
Để đáp ứng yêu cầu năng lƣợng ngày càng cao phục vụ công cuộc đổi mới và phát
triển đất nƣớc, cùng với lợi thế về nguồn than nội địa; Việt Nam đã và đang phát triển hệ
thống nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than.
Một số dự án nhiệt điện từ quy mô trung bình tới rất lớn đã xây dựng xong đƣa
vào vận hành và đang đƣợc xây dựng. Ví dụ: nhiệt điện Na Dƣơng (110MW), Ninh Bình
2 ( 330MW) Cao Ngạn ( 350), Phả Lại 2 (600MW), Hải Phòng (1200MW), Thái Bình
(1200MW), Mông Dƣơng (2200MW), Vĩnh Tân (5600MW), Duyên Hải (4.200
MW)...Các nhà máy nhiệt điện đốt than có ƣu điểm tận dụng nguồn than trong nƣớc, góp
phần đẩy mạnh công nghiệp khai thác, tạo việc làm cho nhân dân các vùng mỏ, nhƣng đi
kèm với nó là lƣợng tro xỉ thải ra lớn. Theo thống kê của Tổng công ty điện lực Việt
Nam, hiện nay với 19 nhà máy nhiệt điện với tổng công suất phát điện 14.480 MW, thải
ra lƣợng tro xỉ 15 triệu tấn/năm, dự kiến đến năm 2020 với 43 nhà máy, tổng công suất
39.020 MW thì tổng lƣợng tro xỉ vƣợt 30 triệu tấn/ năm.
Đối mặt với yêu cầu về xử lý lƣợng chất thải này, hầu hết các nhà máy đang hoạt
động tại Việt Nam đều đang lựa chọn biện pháp đơn giản nhất là trộn tro này với nƣớc và
bơm ra ngoài các hồ chứa. Tuy nhiên với sự tăng lên của lƣợng tro bay thải ra, các nhà
máy phải đối mặt với việc mở rộng diện tích các hồ chứa và tình trạng ô nhiễm môi
trƣờng quanh hồ chứa. Môi trƣờng đất, nƣớc và không khí xung quanh các hồ chứa này
bị ô nhiễm nặng bởi bụi và hàm lƣợng cao các chất kim loại nặng. Các hồ chứa này đòi
hỏi phải có các chƣơng trình kiểm soát và bảo trì một cách nghiêm ngặt. Đây là một gánh
nặng cho môi trƣờng cũng nhƣ làm cho giá thành sản xuất nhiệt điện tăng lên.
Trƣớc vấn đề cấp bách đó, Thủ tƣớng Chính chủ đã có quyết định số: 1696/QĐTg
ngày 23/09/2014 “ Về một số gải pháp thực hiện xử lý tro xỉ, thạch cao các nhà máy nhiệt
điện, hóa chất làm nguyên vật liệu sản xuất vật liêu xây dựng”. Tuy nhiên việc tiêu thụ
tro xỉ chƣa tiến triển nhƣ mong muốn và sự cố ô nhiễm môi trƣờng do vận chuyển và xử
lý tro xỉ tại nhà máy nhiệt điên Vĩnh Tân đã xảy ra vào tháng 07/2015.
Ngày 17/08/ 2015, Phó thủ tƣớng Hoàng Trung Hải đã có buổi làm việc với Bộ
Công Thƣơng, Xây dựng, Tài Nguyên và Môi trƣờng, Văn phòng Chính phủ; các Tập
đoàn: Điện lƣc, Than Khoáng sản, Dầu khí và Tổng công ty xi măng, để bàn giải pháp xử

-4lý, sử dụng tro, xỉ các nhà máy nhiệt điện. Phó Thủ tƣớng yêu cầu bổ sung, hoàn thiện
các tiêu chuẩn, quy chuẩn về chất lƣợng tro, xỉ làm rõ các chỉ tiêu chất lƣợng đối với
từng lĩnh vực để sử dụng tro xỉ trong sản xuất xi măng, VLXD, bê tông. Đồng thời tiếp
tục nghiên cứu mở rộng các phƣơng án sử dụng, tiêu thụ sản phẩm tro xỉ trong xây dựng
nhƣ: làm vật liệu san lấp, kết hợp với vât liệu khác thay cát đắp nền đƣờng và làm đƣờng
giao thông nông thôn.
Như vậy, việc sử dụng tro thải tại Việt Nam là một nhu cầu thiết thực với mục đích
bảo vệ môi trường, một hướng khả thi để tận dụng tối đa và đa dạng hóa các nguồn vật
liệu.
Đồng hành cùng với sự phát triển nhiệt điện, Giao thông Vận tải Việt Nam đang
đẩy mạnh xây dựng hệ thống hạ tầng, theo quy hoạch: đến năm 2020 xây dựng xong
2639 km và sau năm 2020 xây dựng tiếp khoảng 3.114km đƣờng bộ cao tốc, cải tạo, xây
dựng mới hàng chuc ngàn km đƣờng tỉnh và đƣờng quốc lộ. Cùng với đó, chƣơng trình
mục tiêu Quốc gia về xây dựng đƣờng giao thông nông thôn mới giai đoạn 2010 – 2020
theo Quyết định của Thủ tƣớng Chính phủ, số 800 /QĐ-TTg ngày 04/6/2010, đã và đang
đƣợc các địa phƣơng thực hiện khẩn trƣơng; trong chƣơng trình này giao thông nông
thôn sẽ cứng hóa đạt tiêu chuẩn: các tuyến đƣờng trục xã, liên xã đƣợc nhựa hóa hoặc bê
tông hóa đƣờng liên thôn, thôn xóm đƣợc cứng hóa hoặc rải cấp phối.
Với yêu cầu xây dựng nhƣ vậy cần nguồn vật liệu rất lớn. Trong xây dựng giao
thông thì để giảm giá thành xây dựng nguyên tắc đầu tiên là phải sử dụng vật liệu địa
phƣơng. Nguồn vật việu địa phƣơng trong xây dựng giao thông bao gồm các loại đất, cát,
cấp phối, đá dăm. Để cải thiện tính chất của vật liệu đó có các phƣơng pháp gia cố bằng
các chất dính kết vô cơ nhƣ: vôi, xi măng ; các chất dính kết hữu cơ: bitum, nhũ tƣơng và
các hợp chất hóa học khác.
Tro thải các nhà máy nhiệt điện đốt than là một trong những giải pháp có thể lựa
chọn kết hợp với chất dính kết vô cơ, cụ thể là xi măng để gia cốt đất, đá nhằm tăng
cường độ, độ ổn định vật liệu đáp ứng các yêu cầu trong xây dựng đường.
Theo các tài liệu nƣớc ngoài, các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣ Mỹ, Đức, Ấn
Độ, Trung Quốc... ngƣời ta cũng đã sử dụng tro xỉ trong xây dựng đƣờng.

Ở Việt Nam tro bay đã qua xử lý đƣợc áp dụng thành công trong xây dựng dân
dụng, đặc biệt phải kể tới thành công trong công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng


-5các công trình đập thủy điện Sơn La, Lai Châu. Ở đó ngƣời ta sử dụng tro bay đã qua xử
lý của nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Trong ngành giao thông cũng có thử nghiệm sử dụng
tro bay qua xử lý một số ít công trình.
Tro bay đã xử lý là tro thải từ nhà máy nhiệt điện sau khi trải qua một quá trình
công nghệ phức tạp để tinh tuyển cả về thành phần, tăng độ mịn, độ hoạt tính có giá
thành cao gần bằng XM và do vậy thƣờng chỉ đƣợc sử dụng hạn chế trong các công trình
đê, đập, thủy điện; chƣa đƣợc sử dụng nhiều trong xây dựng đƣờng ô tô.
Tro thải NMNĐĐT là một phế phụ phẩm đang ngày càng tăng và gây ô nhiễm
môi trƣờng trầm trọng.
Xây dựng đƣờng ô tô đòi hỏi khối lƣợng vật liệu đặc biệt lớn. Các nguồn vật liệu
đạt chuẩn, chọn lọc thƣờng rất hạn chế, phải vận chuyển từ xa, giá thành cao và thậm chí
không thể cung cấp đƣợc; do vậy sử dụng vật liệu địa phƣơng là một yêu cầu tất yếu
trong xây dựng đƣờng.
Nguồn vật liệu địa phƣơng đang đƣợc yêu cầu với khối lƣợng lớn và ngày càng
tăng.
Làm thế nào để vừa có thể tận dụng nguồn phế phụ phẩm tro thải NMNĐĐT
khổng lồ nhằm giải quyết ô nhiễm môi trường đồng thời cải thiện chất lượng của vật liệu
địa phương trong xây dựng đường ô tô. Đây thực sự là một câu hỏi lớn đặt ra cho những
người làm đường Việt Nam.
Từ những phân tích nhƣ vậy, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của
nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô” là nhằm giải quyết vấn đề có
ý nghĩa khoa học thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.
 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu đƣợc tiến hành với mục đích đƣa ra các kết quả nhằm ứng dụng có
hiệu quả tro bay để gia cố vật đất, đá làm móng mặt đƣờng ô tô với các vấn đề:
- Thông qua các thí nghiệm trong phòng nhằm phân tích đánh giá lựa chọn tỷ lệ

hợp lý đất, đá kết hợp tro thải nhiệt điện đốt than gia cố xi măng.
- Thi công thử nghiệm tại hiên trƣờng, đƣa ra chỉ dẫn định hƣớng thiết kế và thi
công cho loại kết cấu lựa chọn.


-6Kết quả đạt đƣợc của nghiên cứu sẽ khuyến khích việc sử dụng sản phẩm tro thải
một cách triệt để mà không qua một giải pháp xử lý, sản xuất phụ tốn kém nào. Giải pháp
này góp phần đẩy nhanh tốc độ sử dụng tro thải, giải quyết vấn đề về mặt ô nhiễm môi
trƣờng.
 Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ đƣợc tiến hành tập trung vào các nội dung chính nhƣ sau:
- Phân tích đặc điểm về nguồn tro thải NMNĐĐT của Việt Nam thông qua các chỉ
tiêu lý học – hóa học cơ bản của các nguồn vật liệu.
- Nghiên cứu tổng quan về tro thải NMNĐĐT và các ứng dụng trong gia cố làm
móng của kết cấu mặt đƣờng ô tô.
- Nghiên cứu đánh giá một số giải pháp sử dụng trực tiếp tro thải NMNĐĐT chƣa
qua xử lý trong xây dựng móng mặt đƣờng ô tô tại Việt Nam.
 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thống kê và phân tích các kết quả nghiên cứu về tro thải để có cái nhìn tổng quan
về việc sử dụng tro thải trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Thực nghiệm trong phòng đánh giá khả năng sử dụng đất, đá kết hợp tro thải nhà
máy nhiệt điện đốt than gia cố xi măng trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Thử nghiệm hiện trƣờng ứng dụng kết cấu đất, đá kết hợp tro thải nhà máy nhiệt
điện đốt than gia cố xi măng trong xây dựng đƣờng ô tô
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đƣa ra các chỉ
dẫn định hƣớng về thiết kế và thi công.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu xác định loại vật liệu, hàm lƣợng tro thải hợp lý
thông qua việc đánh giá các thông số vật liệu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm .
- Ý nghĩa thực tiễn: sử dụng trực tiếp nguồn tro thải chƣa qua xử lý sẽ có tác dụng

giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng; đồng thời sử dụng tro thải kết hợp đất, đá làm
phong phú thêm loại vật liệu xây dựng mặt đƣờng.
 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận án


-7Gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chƣơng, phần kết luận, kiến nghị và định
hƣớng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
Cụ thể nhƣ sau:
- Phần mở đầu.
- Chƣơng 1 Tổng quan về tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than và các ứng
dụng trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Chƣơng 2 Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đất trong xây dựng
đƣờng ô tô.
- Chƣơng 3 Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đá trong xây dựng
đƣờng ô tô.
- Chƣơng 4 Thử nghiệm hiện trƣờng sử dụng tro thải kết hợp xi măng gia cố
vật liệu địa phƣơng làm móng đƣờng ô tô.
- Kết luận và kiến nghị.


-8CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRO THẢI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN VÀ CÁC
ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ
Trong luận án này các thuật ngữ “xỉ”, “tro xỉ”, “tro thải” và “tro bay” từ
NMNĐĐT đƣợc hiểu nhƣ sau:
- “Tro thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than” gọi tắt là “tro thải” là phế phụ phẩm
sản sinh ra từ quá trình hoạt động của các NMNĐĐT và đƣợc thu hồi tại đƣờng thải khí.
- “Xỉ thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than” gọi tắt là “xỉ” là phế phụ phẩm sản sinh
ra từ quá trình hoạt động của các NMNĐĐT và đƣợc thu hồi tại đáy lò đốt.
- Thông thƣờng “tro thải” và “xỉ” của các NMNĐĐT đƣợc đổ ra các bãi thải, hỗn

hợp của hai loại này đƣợc gọi là “tro xỉ”.
- “Tro bay” là “tro thải” hoặc “tro xỉ” từ các NMNĐĐT đã qua xử lý, tinh luyện,
có độ mịn độ hoạt tính cao và đƣợc sử dụng nhƣ chất phụ gia khoáng hoạt tính.
Trong chƣơng này sẽ giới thiệu tổng quan về “tro thải”, “tro bay” và các ứng dụng
trong xây dựng đƣờng ô tô.
1.1. Tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
1.1.1. Nguồn gốc tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
Tro xỉ than là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Trong quá trình đốt
cháy than và các phụ phẩm kèm theo trong buồng đốt sản sinh ra tro xỉ. Các nhà máy
nhiệt điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: đốt than phun, đốt than tầng sôi tuần
hoàn, đốt than tầng sôi áp lực, khí hóa than.
Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện
năng chủ yếu trên thế giới.Than đƣợc nghiền mịn và đƣợc đốt cháy trong buồng lửa lò
hơi. Nhiệt từ quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nƣớc và hơi trong các dàn ống và thiết bị
bố trí trong lò hơi. Công nghệ này trong tƣơng lai vẫn sẽ là một lựa chọn ƣu thế cho các
nhà máy điện.
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn đƣợc phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trƣớc.
Công nghệ này gần nhƣ công nghệ đốt than phun. Sự khác biệt là than đốt trong lò tầng
sôi có kích thƣớc lớn hơn và đƣợc đốt cùng chất hấp thụ lƣu huỳnh (đá vôi) trong buồng


-9lửa, hạt than đƣợc tuần hoàn trong buồng lửa cho tới khi đủ nhỏ. Công nghệ này cho
phép đốt các nhiên liệu xấu có chất lƣợng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàm
lƣợng lƣu huỳnh cao. Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lƣợng xấu, tính
thƣơng mại thấp, nhƣng hoàn toàn có thể sử dụng trong lò hơi tuần hoàn tầng sôi. Do
vậy, với lò hơi loại này, sẽ tận dụng đƣợc các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, mà
vẫn đảm bảo các yếu tố môi trƣờng.
Công nghệ tầng sôi áp lực cũng là một công nghệ mới. Về mặt cấu tạo, loại lò hơi
này phức tạp hơn hai loại lò hơi trên. Quá trình cháy cũng giống nhƣ lò hơi tầng sôi tuần
hoàn, nhiệt độ buồng đốt vào khoảng 800 – 8500C, áp suất 12-16 bar. Khói nóng đƣợc

làm sạch và đƣa vào sinh công tuabin khí sau đó cấp nhiệt cho nƣớc - hơi trong lò thu hồi
nhiệt để chạy tuabin hơi. Lò hơi tầng sôi áp lực đƣợc kiến nghị áp dụng khi nhiên liệu
cháy có độ ẩm cao nhƣ than nâu. Hiệu suất cao, ít phát thải, chi phí vận hành thấp là
những ƣu điểm của công nghệ này. Tuy nhiên, cho đến nay tính thƣơng mại của công
nghệ này chƣa cao.

Nguồn: Japan Fly Ash Association

Hình 1-1 Thu hồi tro xỉ trong nhà máy nhiệt điện


-10Công nghệ khí hóa than là công nghệ triển vọng trong tƣơng lai. Than đƣợc khí
hóa trong thiết bị khí hóa để sinh hỗn hợp khí trong đó chủ yếu là CO và H2 và N2, nhiệt
trị cao của hỗn hợp này khoảng 1150 kcal/m3N. Nhiệt độ hỗn hợp sau thiết bị khí hóa sẽ
khoảng 540-14300C. Khí đƣợc làm sạch và cháy trong chu trình tuabin khí sau đó gia
nhiệt cho nƣớc-hơi trong lò thu hồi nhiệt. Ƣu điểm cơ bản là hiệu suất rất cao, phát thải
SO2 và NOX rất thấp và đặc biệt là có khả năng lƣu giữ CO2. Nhƣợc điểm là kết cấu phức
tạp, vận hành kém linh hoạt, và suất đầu tƣ cao. Do có những ƣu điểm vƣợt trội nên công
nghệ này sẽ rất phát triển trong tƣơng lai.
Thông thƣờng than sử dụng trong nhà máy nhiệt điện đƣợc nghiền nhỏ trộn với các
phụ phẩm công nghệ khác (nhƣ bột đá vôi để hấp thụ lƣu huỳnh), sau đó hỗn hợp vật liệu
này đƣợc thổi cùng không khí vào buồng đốt. Hỗn hợp nhiên liệu này đƣợc đốt cháy sản
sinh ra nhiệt lƣợng đồng thời tạo ra một dƣ lƣợng khoáng chất nóng chảy. Quá trình lấy
nhiệt của lò hơi và làm mát khí thải làm cho một lƣợng các hạt khoáng chất nóng chảy
cứng lại tạo thành tro thô rơi xuống đáy lò, các hạt còn lại nhẹ và nhỏ hơn vẫn tồn tại
trong khí thải.

a- tro đáy

b- tro bay

Nguồn:[34]

Hình 1-2 Hình ảnh của tro đáy và tro bay
Trƣớc khi khí thải đƣợc thải ra không khí, hỗn hợp khí này đƣợc đƣa qua lò ngƣng
để thu hồi bằng các phƣơng pháp khác nhau tùy thuộc vào công nghệ của nhà máy (tĩnh
điện, vải lọc, nƣớc...). Căn cứ vào sự sử dụng nƣớc hay không sử dụng trong quá trình
thu hồi và vận chuyển tro xỉ mà ngƣời ta chia làm ba loại: thu hồi khô, thu hồi ƣớt, hoặc
kết hợp.
Tro thô đƣợc thải ra ở đáy lò thƣờng đƣợc gọi là tro đáy hoặc xỉ than, tro đƣợc thu
tại lò ngƣng kích thƣớc nhỏ và đồng đều đƣợc gọi là tro thải. Tùy thuộc vào công nghệ


-11đốt, loại than sử dụng lƣợng tro thải chiếm khoảng 65 – 95%, lƣợng tro đáy chiếm
khoảng 5 – 35%.
1.1.2. Tính chất của tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
1.1.2.1. Tính chất vật lý của tro thải
Tro thải là hỗn hợp mịn bao gồm các hạt hình cầu và các hạt hình góc cạnh (than
chƣa cháy hết) Hình 1-3. Kích cỡ hạt lớn nhất của tro thải thƣờng nhỏ hơn 100µm (cá
biệt 200µm).

a-Tro bay chƣa xử lý tách than

b-Tro bay đã xử lý tách than
Nguồn: [37]

Hình 1-3 Hình ảnh của tro chưa và đã xử lý tách than
Đối với tro bay thƣơng phẩm bán trên thị trƣờng là loại tro đã đƣợc xử lý tách than
thì các hạt thƣờng tƣơng đối đồng đều về kích cỡ từ 10 đến 100 µm (Hình 1-3;Hình 1-4),
mịn hơn so với vôi bột hay xi măng.

Nguồn: [45]

Hình 1-4 Cấu trúc hạt tro bay được phóng đại 2000 lần
Màu sắc của tro thải phụ thuộc vào thành phần hóa học, cụ thể là phụ thuộc vào
hàm lƣợng các bon chƣa cháy hết, loại than nhiêu liệu dùng để đốt và các phụ phẩm
khác, từ màu vàng sáng đến xám đen. Tro thải có hàm lƣợng các bon chƣa đốt hết cao


-12(hàm lƣợng CaO nhỏ), có màu sẫm, tro thải có hàm lƣợng các bon thừa nhỏ (hàm lƣợng
vôi cao) có màu sáng Hình 1-5.

Nguồn: [45]

Hình 1-5 Màu sắc của các loại tro khác nhau
Khối lƣợng riêng của tro thải thƣờng nằm trong khoảng 2.1-3.0 (g/cm3), tỷ diện bề
mặt dao động từ 170-1000 m2/kg (theo phƣơng pháp Blaine).
1.1.2.2. Thành phần hóa học tro thải
Trong thành phần hoá học của tro thải chứa tới hàng chục nguyên tố hoá học (hơn
30 nguyên tố) khác nhau, tồn tại chủ yếu ở các dạng ôxit SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3,
FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, SO3, Na2O, K2O, B2O3, … trong các ôxit trên thì SiO2,
Al2O3, CaO, MgO đƣợc coi là chủ yếu vì chúng có hàm lƣợng lớn và quyết định đến các
tính chất cơ bản của tro bay. Chỉ tiêu chính của tro thải đƣợc hình thành từ các loại than
khác nhau đƣợc thể hiện tại Bảng 1-1. Nguồn gốc của các loại ôxit này phụ thuộc chủ yếu
vào nguồn gốc và loại nhiên liệu. Các ôxit FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, B2O3 thƣờng
có hàm lƣợng rất thấp, một vài trong số chúng có thể không gặp trong tro thải.
Bảng 1-1 Chỉ tiêu chính của tro thải được hình thành từ các loại than khác nhau
Chỉ tiêu chính

Than Bitum

Than á Bitum

Than non

SiO2 (%)

20-60

40-60

15-45

Al2O3 (%)

5-35

20-30

10-25

Fe2O3 (%)

10-40

4-10

4-15

CaO (%)

1-12

5-30

15-40

MgO (%)

0-5

1-6

3-10

SO3 (%)

0-4

0-2

0-10

Na2O (%)

0-4

0-2

0-6

K2O (%)

0-3

0-4

0-4

MKN (%)

0-15

0-3

0-5
Nguồn: [45]


-13Trong thành phần của tro thải có chứa một số loại oxit tƣơng tự nhƣ trong thành
phần của xi măng Pooclăng Bảng 1-2.
Bảng 1-2 Thành phần tương tự xi măng của tro bay
Thành phần
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3

Tro loại F

55
26
7
9
2
1

Tro loại C
40
17
6
24
5
3

Xi măng Pooclăng
23
4
2
64
2
2
Nguồn: [45]

Tro thải với các thành phần SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO ... giống các puzolan nguồn
gốc tự nhiên (điều này đúng với tro bay núi lửa). Với phản ứng đặc trƣng của puzolan:
CaOH + S → C - S – H

Nguồn: [45]

Hình 1-6 Hình ảnh phóng đại của tro bay(trái) và xi măng Pooclăng(phải)
Tro thải có nhiều CaO (> 20%) có thể tự đông cứng trong quá trình trộn cùng với
nƣớc, còn tro thải ít CaO (< 10%) khá trơ với nƣớc. Thành phần khoáng SiO2 trong tro
bay giúp cho nó có khả năng rất tốt cho việc làm phụ gia của xi măng để tận dụng
Ca(OH)2 sản sinh trong phản ứng thủy hóa của xi măng: C3S + H → C - S - H + CaOH.
Lƣợng mất khi nung (MKN) trong tro thải là lƣợng than chƣa cháy hết, đây một chỉ tiêu
quan trọng cho việc sử dụng tro thải.
Tính chất và thành phần hóa học của tro thải trong các nhà máy nhiệt điện phụ
thuộc vào công nghệ đốt than, phụ phẩm công nghệ, nhiên liệu than đầu vào và công
nghệ thu gom xử lý tro.
Ví dụ: Sự hình thành tro đáy và tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
nhƣ sau:


-14a- Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn sử dụng công nghệ tầng sôi tuần hoàn do hãng
ALSTOM của Đức thiết kế chế tạo và nhà thầu Trung Quốc HPE thi công lắp đặt.
b- Nguồn cung cấp than cho nhà máy lấy từ hai mỏ là mỏ Khánh Hoà và mỏ than
Núi Hồng, với tỷ lệ pha trộn để đảm bảo nhiệt lƣợng. Than đƣợc đổ đống để lƣu trữ và
đồng nhất sơ bộ trong kho và đƣợc nghiền bằng máy nghiền búa. Sau khi nghiền, than đạt
kích thƣớc hạt ≤ 8mm, đƣợc cấp xuống đƣờng băng tải cấp than, từ đó than đƣợc cấp lên
bunke than các lò. Chất lƣợng than sau nghiền, cấp cho buồng đốt đƣợc nêu trong Bảng
1-3.
Bảng 1-3 Chất lượng than mỏ Khánh Hòa và Núi Hồng
Chỉ tiêu

Đơn vị

Hàm lƣợng

Các bon, C

%

44.3257.28

Hydro, H

%

1.51  2.61

Oxy, O

%

1.59  2.88

Nito, N

%

0.82 1.12

Lƣu huỳnh, S

%

1.51  2.63

Độ ẩm, H2O

%

11.50  18.50

Độ tro, A

%

23.23  31.81

Chất bốc, V

%

4.68  12.61

kcal/kg than

4066  5130

Nhiệt trị

Nguồn: [37]

- Than cấp cho quá trình đốt có chất lƣợng kém, thể hiện : nhiệt trị thấp, độ tro cao,
độ ẩm cao.
- Hàm lƣợng lƣu huỳnh lớn, cháy sinh ra nhiều SO2 ; để lại lƣợng tro lớn.
- Do đặc điểm của than khó cháy, kích thƣớc hạt lớn, khả năng còn lại lƣợng than
chƣa cháy hết trong tro bay và tro đáy.

c- Cấp đá vôi cho quá trình đốt
Đá vôi đƣợc cấp vào buồng đốt để khử SOx do than cháy sinh ra, nguồn cung cấp
đá vôi là Núi Voi. Yêu cầu chất lƣợng đá vôi cấp vào buồng đốt đƣợc trình bày trong
Bảng 1-4.
- Nếu đá vôi có lẫn nhiều MgCO3, khi nung sẽ để lại một lƣợng MgO trong tro
bay, tro đáy và ảnh hƣởng đến tính chất sử dụng sau này.


-15- Nếu hàm lƣợng CaCO3 không cao, để khử triệt để SOx sinh ra cần cấp nhiều đá
vôi, việc này sẽ ảnh hƣởng đến nhiệt độ buồng đốt.
Bảng 1-4 Chất lượng đá vôi dùng để khử khí SOx
Chỉ tiêu

Đơn vị

Hàm lƣợng

CaO

% khối lƣợng

49.43

CaCO3

% khối lƣợng

88.22

MgO

% khối lƣợng

1.18

MgCO3

% khối lƣợng

2.47

CaSO4

% khối lƣợng

1.09

SiO2

% khối lƣợng

3.71

Al2O3

% khối lƣợng

1.22

Fe2O3

% khối lƣợng

0.66

K2O

% khối lƣợng

0.14

Độ sót sàng
Loại sàng

Đơn vị

Phần còn lại trên sàng

63 m

%

22.71

90 m

%

15.32

200 m

%

3.49
Nguồn: [37]

Các phản ứng xảy ra khi đốt than nhƣ sau :
C + O2

=> CO2

(1-1)

S + O2

=> SO2

(1-2)

CaCO3
Pyrite

=> CaO + CO2
=> Fe2O3 + SO2

CaO + SO2 +1/2 O2 => CaSO4
Sét (trong than)
Fe2O3…) + H2O

=> Sét mất nƣớc và phân huỷ thành (SiO2, Al2O3,

(1-3)
(1-4)
(1-5)
(1-6)

Nhƣ vậy trong thành phần của tro bay và tro đáy cơ bản chứa các ôxít sau: SiO2,
Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, MgO..và không tránh khỏi một lƣợng than chƣa cháy hết.


-16Tro bay và tro đáy đƣợc thu hồi vào silo chứa, trong quá trình xả xuống xe để vận
chuyển ra bãi tập kết có kèm theo phun nƣớc để tránh bụi. Với loại tro bay và tro đáy có
đặc điểm nhƣ trên, trong điều kiện nóng, ẩm có thể xảy ra các phản ứng nhƣ sau:
CaO + H2O

=>

Ca(OH)2

(1-7)

Ca(OH)2 + CO2

=>

CaCO3 + H2O

(1-8)

CaSO4 + 0.5H2O

=>

CaSO4.0.5H2O

(1-9)

CaSO4 + H2O

=>

CaSO4.H2O

(1-10)

CaSO4 + 1.5H2O

=>

CaSO4.1.5H2O

(1-11)

CaSO4 + 2H2O

=>

CaSO4.2H2O

(1-12)

=> Sự hình thành tro bay và tro đáy là tổng hợp của nhiều quá trình hoá học khác
nhau. Các thành phần của tro biến đổi khi tiếp xúc với môi trƣờng ẩm, quá trình diễn biến
xảy ra tuỳ thuộc vào thời gian, nhiệt độ ….Sự phức tạp trong thành phần tro bay và tro
đáy ảnh hƣởng đến tính chất sử dụng và định hƣớng xử lý các yếu tố có hại.
1.1.2.3. Thành phần pha của tro thải
Cấu trúc tro thải gồm 3 nhóm vật chất là thuỷ tinh, kết tinh và các tạp chất, hoặc
đƣợc qui tụ về 2 loại pha là các pha vô định hình và các cấu tử kết tinh. Pha vô định hình
đƣợc qui về 4 nhóm sau:
Nhóm 1: Là các chất sét vô định hình và đề hyđrat hoá không hoàn toàn, chất này
còn chứa mạng lƣới tinh thể đã bị biến dạng và có khả năng hyđrat hoá trở lại. Đối với
các loại sét caolinhit, pha này mang tên là mêtacaolinhit với hình dạng các hạt không xác
định, góc cạnh, đồng thời có độ rỗng cao với những lỗ rỗng thông nhau, vì vậy có khả
năng hút nƣớc lớn.
Nhóm 2: Là các chất vô định hình đƣợc liên kết yếu với các bề mặt rất phát triển
và là hỗn hợp cơ học rất mịn của ôxit silic và ôxit nhôm vô định hình. Hình dạng hạt,độ
rỗng, khả năng hút nƣớc của nhóm này thực tế không khác các hạt mêtacaolinhit và các
sản phẩm vô định hình không hoàn toàn của nhóm 1.
Nhóm 3: Là các chất thiêu kết và đƣợc thuỷ tinh hoá một phần (từ bề mặt các tổ
hợp hạt) có tổng diện tích bề mặt tƣơng đối nhỏ và chứa nhiều các lỗ rỗng kín. Khi màng
thuỷ tinh có các khuyết tật thì các lỗ rỗng thông nhau phía trong dễ dàng đƣợc nƣớc làm
đầy.


-17Nhóm 4: Là các pha thuỷ tinh của thành phần alumôsilicat có dạng hình cầu hoặc
gần đạt đến dạng hình cầu, đôi khi ở bên trong chứa các tạp chất ở dạng tinh thể và các lỗ
rỗng khí.
1.1.2.4. Hoạt tính của tro thải
Hoạt tính của tro thải là có khả năng tác dụng với sản phẩm thuỷ hoá xi măng ở

điều kiện thƣờng (có hoặc không có chất hoạt tính hoá), hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao
(gia công nhiệt ẩm).
Tro thải nói chung chỉ thể hiện hoạt tính puzơlanic, đƣợc đánh giá bằng độ hút vôi
của 1 gam tro thải nghiền mịn. Nói chung độ hút vôi (còn gọi là mức độ ngậm canxi) tính
bằng mg/g của tro thải phụ thuộc vào độ mịn và bản chất vật liệu cũng nhƣ vào nhiệt độ
và thời gian phản ứng. Tro thải có hàm lƣợng (CaO + MgO) càng cao thì độ hút vôi càng
giảm, đồng thời có độ mịn càng lớn, nhiệt độ càng cao và thời gian càng kéo dài thì độ
hút vôi càng cao.
Các loại tro thải nhiệt điện đốt từ các loại than antraxit và than đá thƣờng có tổng
hàm lƣợng (CaO + MgO) = 10 – 15(%), chỉ số kiềm Mk < 0,1; chỉ số hoạt tính Ma = 0.2
– 0.8. Vì vậy có thể xếp chúng vào loại axit hoặc siêu axit không có hoạt tính thuỷ lực tức
là không tự thuỷ hoá, rắn chắc ở điều kiện thƣờng. Chúng có hoạt tính puzơlanic mạnh
thể hiện bằng độ hút vôi lớn.
Hoạt tính của tro thải còn phụ thuộc vào độ mịn và nhiệt độ, … vì vậy các so sánh
nói trên đƣợc đƣa ra ở điều kiện cùng độ mịn và nhiệt độ. Đồng thời cần phải lƣu ý rằng
hoạt tính của tro thải là khác nhau khi chúng có nguồn gốc từ những nhiên liệu rắn khác
nhau, ngay cả khi chúng có cùng nguồn gốc và từ cùng một nguồn nhiên liệu cũng đã có
sự khác biệt nhau rất rõ nét. Có sự khác biệt nhau nhƣ vậy là do có sự dao động của rất
nhiều các thông số về tính chất nhiên liệu (độ mịn, thành phần khoáng ban đầu, …), chế
độ cháy và thải tro.
1.1.2.5. Đánh giá chất lƣợng tro thải
Để đánh giá chất lƣợng của tro thải ngƣời ta thƣờng sử dụng các chỉ số:
- Theo tổng hàm lƣợng (CaO + MgO): nhóm có hàm lƣợng (CaO + MgO) <10%
gọi là vật liệu axit hoặc siêu axit, nhóm kiềm cao khi hàm lƣợng (CaO + MgO) > 20%,
nhóm kiềm thấp khi hàm lƣợng (CaO + MgO) <20%. Tro thải của phần lớn các nhà máy
nhiệt điện thuộc loại axit.


-18- Theo chỉ số kiềm (Mk):

Mk 

(CaO  MgO)
SiO2  Al 2 O3

(1-13)

Ngƣời ta chia tro thải thành các loại sau: loại kiềm khi Mk>0.9; loại axit khi Mk
=0.6 – 0.9; loại siêu axit khi Mk<0.6
Thông qua chỉ số kiềm ngƣời ta còn phân loại tro thải ra các loại: hoạt tính khi Mk
= 0.5 – 2.8; ít hoạt tính Mk = 0.1 – 0.5; trơ khi Mk < 0.1
- Các chỉ số khác
+ Chỉ số hoạt tính Ma = Al2O3/SiO2
+ Chỉ số silicat Ms = 1/Ma
+ Chỉ số Kk:

Kk 

%CaO  (0,55  % Al 2 O3  0,35  Fe 2 O3  0,7  SO3 )
0,93  SiO 2

(1-14)

1.1.2.6. Phân loại tro bay
Tro nhiệt điện đốt than thuộc vào hai loại C và F trong phân loại theo ASTM C618
nhƣ Bảng 1-5.
Bảng 1-5 Phân loại tro bay và phụ gia hoạt tính khoáng theo ASTM C618
STT

Tên chỉ tiêu

Loại N

Loại F Loại C

1

Tổng hàm lƣợng các ôxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, %

Min 70 Min 70 Min 50

2

Hàm lƣợng SO3, %

Max 4

Max 5

Max 5

3

Độ ẩm,%

Max 3

Max 3

Max 3

4

Hàm lƣợng MKN,%

Max 10

Max 6

Max 6

5

Độ mịn trên sàng 45m,%

Max 34 Max 34 Max 34

6

Chỉ số hoạt tính cƣờng độ,%
- Ở tuổi 7 ngày
- Ở tuổi 28 ngày

Min 75 Min 75 Min 75
Min 75 Min 75 Min 75

7

Lƣợng nƣớc yêu cầu,%

Max 115 Max 105 Max 105

8

Độ nở Autoclave,%

Max 0.8 Max 0.8 Max 0.8
Nguồn: [39]

Tro bay loại C thƣờng có nguồn gốc từ sản phẩm đốt than á Bitum hoặc than non,
trong thành phần của loại này thƣờng chứa lớn hơn 20% CaO, tro bay loại F thƣờng có
nguồn gốc từ sản phẩm đốt than Bitum hoặc than autraxit và hàm lƣợng CaO tối đa 10%.


-19Theo TCVN10302: 2014, phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông và vữa xi
măng, đƣợc phân loại nhƣ bảng Bảng 1-6.
Bảng 1-6 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Chỉ tiêu
Tổng hàm lƣợng ôxit SiO2 + Al2O3 +

Fe2O3, % khối lƣợng, không nhỏ hơn
Hàm lƣợng lƣu huỳnh, hợp chất lƣu
huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối
lƣợng, không lớn hơn
Hàm lƣợng canxi ôxit tự do CaOtd, %
khối lƣợng, không lớn hơn
Hàm lƣợng mất khi nung MKN, % khối
lƣợng, không lớn hơn
Hàm lƣợng kiềm có hại (kiềm hòa tan),
% khối lƣợng, không lớn hơn
Độ ẩm, % khối lƣợng, không lớn hơn
Lƣợng sót sàng 45m, % khối lƣợng,
không lớn hơn
Lƣợng nƣớc yêu cầu so với mẫu đối
chứng, %, không lớn hơn
Hàm lƣợng ion Cl-, % khối lƣợng, không
lớn hơn

Loại tro Lĩnh vực sử dụng - Mức
bay
a
b
c
d
F
C

70
45

F
C

3
5

5
5

3
6

3
3

F
C
F
C
F
C
F
C
F
C
F
C
F
C

2
12
5

4
15
9

4
8*
7

2
5*
5

1,5
3
25

34

40

18

105

105

100

105

0,1

-

-

0,1

Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng:
10

- Đối với công trình nhà ở và công cộng,
không lớn hơn
- Đối với công trình công nghiệp, đƣờng
đô thị và khu dân cƣ, không lớn hơn

370
740

* Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lƣợng mất khi nung tƣơng ứng: - lĩnh vực c tới 12
%; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm đƣợc chấp nhận.

Yêu cầu và phân loại tro bay theo TCVN10302: 2014 và ASTM 618 về cơ bản là
giống nhau. Tại TCVN10302: 2014, nhằm tận dụng tối đa nguồn tro bay trong nƣớc của
Việt Nam cũng nhƣ tiếp thu thành tựu các nƣớc phát triển, chúng ta quy định chi tiết đối
với các công trình cụ thể từ đó cho phép các lĩnh vực không có yêu cần cao về cƣờng độ

khoảng chấp nhận lớn hơn về các thành phần bất lợi ví dụ nhƣ hàm lƣợng MKN.
1.1.3. Tro thải và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng
Tro thải và tro đáy nếu không qua tuyển để chế tạo tro bay thƣờng đƣợc xử lý một
cách đơn giản nhất là thải ra các hồ chứa. Tuy nhiên với sự tăng lên của lƣợng tro bay
thải ra các nhà máy phải đối mặt với việc mở rộng diện tích các hồ chứa và tình trạng ô
nhiễm môi trƣờng quanh hồ chứa. Các hồ chứa này sau sự cố tràn tro xỉ xảy ra tại nhà


-20máy nhiệt điện than Kingston thuộc Tennessee Valley Authority (Mỹ) xảy ra ngày 22
tháng 12 năm 2008 tại Hình 1-7 đã đƣợc yêu cầu xây dựng các chƣơng trình kiểm soát và
bảo trì một cách nghiêm ngặt. Điều này dẫn đến chi phí xử lý cho tro thải càng tăng lên.

Hình 1-7 Ảnh chụp từ trên không trước và sau khi xảy ra sự cố vỡ đê bao bãi thải tro xỉ
nhà máy điện Kingston.
Hiện nay hầu hết tro xỉ than đƣợc thải ra từ các nhà máy điện tại Việt Nam đƣợc
trộn với nƣớc và bơm ra ngoài bãi thải Hình 1-8. Việc này ngoài tác động đến môi trƣờng
còn là một sự lãng phí tài nguyên rất lớn.Với thành phần hóa học ở trên, tro xỉ than ở hầu
hết các nhà máy nhiệt điện Việt Nam thuộc loại F, không phản ứng với nƣớc. Vì vậy
mà giải pháp bơm tro cùng với nƣớc ra bãi thải đƣợc áp dụng “triệt để”, phớt lờ các tác
động đến môi trƣờng.

Nguồn: [34]

Hình 1-8 Bãi xỉ than của nhà máy Ninh Bình
Kết quả điều tra của JBIC cho thấy môi trƣờng đất và nƣớc ở quanh bãi thải
xỉ bị ảnh hƣởng nghiêm trọng, với hàm lƣợng các chất độc hại nhƣ kim loại nặng rất cao.
Cũng có nhà máy tro xỉ không đƣợc xử lý với nƣớc mà ở dạng khô, dùng xe chở đổ ra
các bãi thải, khi có gió lớn mang theo tro bụi gây ô nhiễm môi trƣờng không khí, ví dụ

-21nhƣ nhà máy Na Dƣơng, Hàm Thuận …Với tốc độ xây dựng các nhà máy nhiệt điện đốt
than tại Việt Nam nhƣ hiện nay thì chƣa tính đến việc ảnh hƣởng đến môi trƣờng mà mới
chỉ tính đến việc tạo các hồ chứa cho lƣợng tro xỉ này đã là rất khó khăn. Vì vậy vấn đề
sử dụng vật liệu tro xỉ là một bài toán rất cấp thiết đƣợc thực tế đặt ra.
1.2. Các nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng
đƣờng ô tô
1.2.1. Các nghiên cứu và ứng dụng thực tế sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt
than làm vật liệu xây dựng đƣờng ô tô trên thế giới
1.2.1.1. Tình hình sử dụng tro bay trên thế giới
Từ lâu ngƣời ta đã sử dụng tro bay nhƣ là một phụ gia khoáng hoạt tính trong xây
dựng. Từ đầu thập niên 50 thế kỷ 19, tại Mỹ ngƣời ta đã sử dụng tro bay trong xây dựng
các tuyến đƣờng ô tô, xa hơn nữa ngƣời La Mã đã biết sử dụng tro núi lửa và đá vôi để
xây dựng các công trình với các chất phụ gia nhƣ sữa, máu và mỡ động vật. Nhiều công
trình xây dựng đó vẫn còn tồn tại qua hàng nghìn năm đến ngày hôm nay.
Bảng 1-7 Tình hình sử dụng tro bay của một số nước trên thế giới
STT

Quốc gia

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

India
China
USA
Germany
UK
Australia
Canada
France
Denmark
Italy
Netherlands

Sản lƣợng tro bay
(triệu tấn /năm)
112
100
75
40
15
10
6
3
2
2
2

Tỷ lệ sử dụng
(%)
38

45
65
85
50
85
75
85
100
100
100
Nguồn: [46]

Với vị thế nhƣ vậy, tro bay nhiệt điện đƣợc chế biến và đóng gói để bán trên thị
trƣờng vật liệu xây dựng nhƣ một sản phẩm thƣơng mại. Việc chế biến không chỉ dừng
lại ở các dây chuyền loại bỏ các tạp chất có hại (lƣợng than chƣa cháy hết) hay sấy khô
sản phẩm mà nhiều dây chuyền còn trộn thêm các chất phụ gia khác để hoàn thiện hay
tăng khả năng hữu ích của sản phẩm tro thƣơng mại. Đôi khi các dây chuyền này đƣợc
coi là một phần trong hệ thống dây chuyền của nhà máy nhiệt điện.


-221.2.1.2. Sử dụng tro bay làm phụ gia trong bê tông xi măng
Tro bay với cấu trúc là các hạt hình cầu khi đƣợc sử dụng trong hỗn hợp bê tông xi
có tác dụng nhƣ các viên bi nhỏ làm giảm ma sát giữa các hạt cốt liệu trong hỗn hợp, điều
này giúp cho hỗn hợp bê tông có tính công tác cao.

Nguồn: [45]

Hình 1-9 Tro bay cải thiện tính công tác của bê tông xi măng làm mặt đường
Điều này cũng làm cho hỗn hợp bê tông tro bay có độ sụt lớn hơn so với hỗn hợp
bê tông thông thƣờng, hay nói khác đi với một yêu cầu về độ sụt nhất định thì lƣợng nƣớc

trong hỗn hợp bê tông sẽ giảm khi có phụ gia tro bay.

Nguồn: [45]

Hình 1-10 Cường độ theo ngày tuổi của bê tông tro bay và bê tông thường
Khi sử dụng lƣợng tro bay khoảng 20% so với tổng lƣợng xi măng thì lƣợng nƣớc
yêu cầu giảm đi khoảng 10%. Tro bay trong hỗn hợp bê tông cũng có tác dụng làm giảm
nhiệt lƣợng trong phản ứng thủy hóa của xi măng. Tro bay phụ gia sẽ tác dụng với vôi
hoặc kiềm tự do trong hỗn hợp bê tông tạo thêm chất hyđrosilicat canxi (C-S-H).
Phản ứng thủy hóa của xi măng: C3S + H → C-S-H + CaOH

(1-15)


-23Phản ứng puzolan : CaOH + S → C-S-H

(1-16)

Hỗn hợp bê tông có phụ gia tro bay sẽ hình thành cƣờng độ nhanh hơn và có
cƣờng độ cao hơn so với bê tông thƣờng ở giai đoạn sau. Điều này dẫn đến việc giảm nhu
cầu sử dụng xi măng trong hỗn hợp bê tông. Việc giảm nhu cầu nƣớc, kết hợp với sự xuất
hiện các ôxít trong tro bay làm cho kết cấu bê tông giảm lỗ rỗng, tăng khả năng chống
thấm của bê tông. Thành phần tro bay trong bê tông làm cho bê tông tăng cƣờng khả
năng chống ăn mòn:
+ Khả năng chống thấm tăng làm giảm sự thâm nhập của các chất ăn mòn vào bê
tông.
+ Phản ứng với kiềm và vôi tự do trong bê tông.
+ Thay thế xi măng làm giảm phản ứng gây ăn mòn aluminat.
Tro bay thƣờng đƣợc sử dụng thay khoảng 15-30 (%) xi măng trong bê tông, với
các loại bê tông thƣờng tỷ lệ thay thế tro bay và xi măng có thể tăng đến 1:1 hoặc 1.5:1.

Khi sử dụng tro bay trong bê tông cần chú ý một số điểm sau:
+ Độ mịn của tro bay ảnh hƣởng quan trọng đến phản ứng puzolan
+ Khối lƣợng riêng của tro bay
+ Thành phần các oxít trong tro bay
+ Tỷ lệ mất khi nung (MKN). Đây là chỉ tiêu đánh giá hàm lƣợng than chƣa cháy
hết trong tro bay lớn sẽ làm giảm độ bền của bê tông xi măng, giảm phát triển cƣờng độ
sớm, than nhẹ sẽ nổi lên trên bề mặt kết cấu bê tông tạo ra các vệt màu trên bề mặt hoàn
thiện.
1.2.1.3. Sử dụng tro bay gia cố vật liệu làm móng mặt đƣờng ô tô
Tro bay kết hợp với vôi, xi măng hoặc bụi lò nung vôi, lò nung xi măng đƣợc sử
dụng làm hỗn hợp dùng ô tô để gia cố đất đá làm móng đƣờng.
Tro bay loại C có thể sử dụng nhƣ một vật liệu độc lập dùng để gia cố, đối với tro
bay loại F đƣợc sử dụng khi pha trộn với vôi, xi măng pooc lăng hoặc bụi lò nung xi
măng. Tỷ lệ tiêu biểu cho pha trộn vôi và tro bay là 2-8 (%) vôi với 10-15 (%) tro bay,
hoặc 0.5-1.5 (%) xi măng theo khối lƣợng. Sử dụng hỗn hợp tro bay với một tỷ lệ thích


-24hợp sẽ tạo ra các lớp móng mặt đƣờng có độ bền và cƣờng độ cao, tận dụng đƣợc các vật
liệu địa phƣơng có chỉ tiêu thấp và giảm chi phí xây dựng mặt đƣờng.
Tro bay khi sử dụng gia cố vật liệu làm móng đƣờng cũng giống nhƣ các hợp chất
vô cơ khác là có thể trộn hỗn hợp trong trạm trộn hoặc trực tiếp ngoài công trƣờng.

Nguồn: [45]

Hình 1-11 Thiết bị xới, trộn trong gia cố tro bay làm móng mặt đường
Đối với lớp móng gia cố hỗn hợp tro bay còn có thể cho phép thi công nhiều lớp
trong một ngày hoặc sang ngày tiếp theo nếu có những biện pháp bảo dƣỡng đặc biệt mà
vẫn đảm bảo liền khối.
Tỷ lệ tro bay trên vôi hoặc xi măng thông thƣờng của hỗn hợp vật liệu này là 1:3
hoặc 1:4 theo khối lƣợng, tỷ lệ này có thể lên tới 1:1 hoặc 1:2 theo khối lƣợng khi sử

dụng bụi lò nung vôi hoặc bụi lò nung xi măng.
Tƣơng tự nhƣ việc sử dụng tro bay trong bê tông xi măng, khi sử dụng hỗn hợp tro
bay để gia cố vật liệu làm móng đƣờng ô tô cũng cần quan tâm đến độ mịn của tro bay,
thành phần hóa học cũng nhƣ lƣợng mất khi nung (MKN).
1.2.1.4. Sử dụng tro bay làm hỗn hợp vật liệu tự đầm trong xây dựng đƣờng ô tô.
Hỗn hợp tro bay, nƣớc, xi măng và đôi khi cả cốt liệu hạt có thể đƣợc sử dụng làm
vật liệu đắp tại các vị trí khó thi công trong xây dựng đƣờng ô tô. Hỗn hợp này khi đƣợc
sử dụng không cần đầm nén nhƣng chất lƣợng đảm bảo tƣơng đƣơng với các lớp đất đầm
chất lƣợng cao.
Đối với hỗn hợp vật liệu này một ƣu điểm nổi bật là có thể sử dụng bất kỳ nguồn
tro bay nào kể cả nguồn tro bay lƣu trữ lâu trong các hồ chứa. Tỷ lệ thiết kế đối với hỗn
hợp này thƣờng đƣợc tính trên cơ sở phần trăm so với khối lƣợng khô của tro bay. Tro
bay và xi măng trong hỗn hợp này thƣờng có tỷ lệ 95% tro bay và 5% xi măng.


-25-

a-Lấp các hố đào thi công có diện tích hẹp

b-Thi công không cần đầm nén
Nguồn: [45]

Hình 1-12 Một số ứng dụng của vật liệu tự đầm
Cƣờng độ của hỗn hợp này tùy thuộc vào tỷ lệ nƣớc khi pha trộn. Đối với tro bay
loại F tỷ lệ nƣớc và xi măng là vấn đề cơ bản trong việc phát triển cƣờng độ, còn tro bay
loại C xi măng có thể không cần sử dụng và vấn đề liên quan trực tiếp đến cƣờng độ là tỷ
lệ của tro bay và nƣớc. Nƣớc đƣợc thêm vào để đạt độ sụt mong muốn (tăng khả năng tự
đầm của hỗn hợp) thì đồng thời cũng làm giảm sự phát triển cƣờng độ nén theo thời gian.
1.2.1.5. Sử dụng tro thải làm vật liệu san nền hoặc đất đắp nền đƣờng.
Tro thải cũng có thể đƣợc sử dụng độc lập làm vật liệu đắp nền đƣờng nhƣ các loại

vật liệu đất đắp thông thƣờng. Tro thải là loại vật liệu có tính chống xói mòn kém nên khi
sử dụng vào nền đƣờng cần phải có các lớp bảo vệ bề mặt nhƣ đắp đất bao, vải địa.

a-San rải tro thải trong thi công

b-Đầm nén tro thải trong thi công nền đƣờng
Nguồn: [45]

Hình 1-13 Thi công tro thải làm nền đường
Chất lƣợng tro thải phụ thuộc vào sản phẩm than đốt, công nghệ đốt và quá trình
bảo quản. Do đó các loại tro thải khác nhau thƣờng đƣợc thi công theo các lớp riêng biệt,
trƣớc khi thi công cần có các thí nghiệm về độ chặt tốt nhất, độ ẩm tốt nhất và cƣờng độ.
Trong quá trình thi công tro thải đƣợc rải theo lớp với chiều dày từ 15-30cm, để
đầm nén tro thải có thể sử dụng tất cả các thiết bị đầm nén đất nền đƣờng hiện tại và thích
hợp nhất đối với lớp vật liệu này là thiết bị đầm rung.


-261.2.1.6. Sử dụng tro bay làm vật liệu gia cố đất nền đƣờng.
Khả năng cho phép trộn tại chỗ và ít khống chế thời gian thi công của tro bay khi
sử dụng làm vật liệu gia cố đất đá cho phép tro bay có thể đƣợc sử dụng làm vật liệu gia
cố đất tại chỗ. Việc sử dụng tro bay cho các lớp đất tại chỗ làm tăng cƣờng độ của đất,
giảm hiệu ứng trƣơng nở, tăng tính ổn định và cho phép giảm độ ẩm trong quá trình đầm
nén đất.
Ứng dụng này của tro bay cho phép tận dụng tối đa vật liệu địa phƣơng, thích ứng
với tất cả các vùng nền đào mà đất nền trong phạm vi hoạt động của nền đƣờng không
đảm bảo yêu cầu và phổ biến nhất đối với các tuyến đƣờng cao tốc khi có yêu cầu cƣờng
độ cao đối với lớp trên nền đƣờng.

a-Trộn, san lớp đất cát gia cố tro bay

b-Thiết bị đầm nén lớp đất gia cố tro bay
Nguồn: [45]

Hình 1-14 Thi công cát gia cố tro bay
Với ứng dụng này của tro bay loại C có thể sử dụng nhƣ một vật liệu gia cố độc
lập còn tro bay loại F cần phải kết hợp vôi, lò nung vôi bụi, xi măng.
1.2.1.7. Sử dụng tro bay trong bê tông nhựa.
Kích cỡ hạt và thành phần khoáng trong tro bay cho phép thay thế thành phần độn
khoáng trong hỗn hợp bê tông nhựa. Lợi ích của việc sử dụng tro bay trong bê tông nhựa
là tăng độ chặt hỗn hợp, tăng cƣờng độ, tăng cƣờng độ chống biến dạng lún vệt bánh,
tăng dính bám giữa bê tông nhựa và cốt liệu làm tăng khả năng chống bong tróc của lớp
bê tông nhựa trong quá trình khai thác.
Bê tông nhựa cốt liệu lớn yêu cầu sử dụng chất độn mịn nhiều, với khả năng chịu
tải trọng nặng tốt thì nhu cầu sử dụng loại vật liệu này càng tăng dẫn đến nhu cầu về chất
độn mịn tăng, chất độn mịn trong bê tông thông thƣờng là loại vật liệu nhân tạo với yêu
cầu chặt chẽ về chất lƣợng đầu vào điều này giúp cho tro bay có một vị thế quan trọng
khi thay thế chất độn mịn. Sử dụng tro bay trong hỗn hợp bê tông nhựa còn có khả năng


-27giúp giảm nhiệt độ yêu cầu khi trộn và sử dụng tro bay sẽ làm giảm chi phí cho hỗn hợp
bê tông nhựa nhất là khi tro bay là vật liệu sẵn có của địa phƣơng.

Nguồn: [45]

Hình 1-15 Thi công lớp bê tông nhựa sử dụng chất độn mịn tro bay
Khi sử các loại tro bay làm chất độn mịn chỉ tiêu cần phải chú ý là lƣợng MKN và
hàm lƣợng vôi tự do có trong tro bay. Đối với tro bay đƣợc xếp vào loại C có thể sử dụng
trực tiếp, tro bay loại F thì cần phải khống chế lƣợng MKN và có thể phải bổ sung hàm
lƣợng vô tự do.
1.2.1.8. Sử dụng tro bay trong duy tu bảo dƣỡng mặt đƣờng.

Tro bay có thể đƣợc sử dụng để thiết kế hỗn hợp vữa làm vật liệu chèn khe trong
duy tu bảo dƣỡng mặt đƣờng.

Nguồn: [45]

Hình 1-16 Thi công vữa chèn khe trong duy tu mặt đường
Hỗn hợp đƣợc phân biệt với ứng dụng làm bê tông tự đầm ở khả năng lấp đầy các
khe nhỏ hơn (sử dụng cốt liệu nhỏ) và cƣờng độ hỗn hợp cao hơn.
1.2.1.9. Mặt đƣờng đá dăm thấm nhập vữa tro bay – thạch cao
Tác giả tại [48] đã nghiên cứu và giới thiệu một cách chế tạo vật liệu đá dăm thấm
nhập vữa với chất kết dính là tro bay và thạch cao. Thành phần của vữa trong nghiên cứu
bao gồm 2 loại:
+ Loại FGQWS: sử dụng hỗn hợp chất kết dính gồm tro bay và 10% thạch cao
(tính theo khối lƣợng tro bay); quặng thải mỏ đƣợc sàng tuyển qua sàng 4.75mm và trên