Nghiên cứu ứng dụng xỉ than thay thế một phần cát để chế tạo bê tông xi măng cho kết cấu áo đường ô tô từ cấp 4 trở xuống trên địa bàn tỉnh Trà Vinh

Đ IH
ĐÀ N NG
TRƯỜNGăĐẠI HỌC BÁCH KHOA


LƯƠNGăMINH TRUNG

NGHIểNăCỨUăỨNGăDỤNGăX ăTHANăTHAYăTH ăM T
PHẦNăCÁTăĐỂăCH ăTẠOăBểăTÔNGăXIăMĔNGăDÙNG
ăCHOăK TăC UăÁOăĐƯỜNGăăÔăTÔăT ăC PăIV TRỞă

L

va

TT

XU NGăTRểNăĐ AăBÀNăT NHăTRÀăVINH

TT

H

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao Thông
Mã số: 60.58.02.05

TÓM TẮT LUẬNăVĔNăTHẠCăSĨ KỸ THUẬT

ĐƠăNẵng – Nĕmă2017

ông trình được hoàn thành t i
R

NG Đ I H C BÁCH KHOA

Ngư i hướng dẫn khoa học: TS. ĐỖ HỮU Đ O

Ph n biện 1: TS. NGUY N H NG H I

TT

Ph n biện 2: TS. NGUY N THANH TÂM

Luận văn sẽ được b o vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp th c sĩ

va

Kỹ thuật, Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao Thông, họp
tháng

năm 2017

H

L

t i rư ng Đ i học Bách khoa vào ngày
Có thể tìm hiểu luận văn t i:



TT

 Trung tâm Học liệu, Đ i học Đà N ng t i rư ng Đ i học Bách khoa
hư viện Khoa Xây dựng Cầu Đư ng,

Đ ĐN

rư ng Đ i học Bách khoa –


1
MỞăĐẦU
1.ăTínhăc păthi tăc aăđ tài

L

va

TT

Với sự phát triển kinh tế của nước ta hiện nay, lượng điện tiêu thụ
ngày càng tăng cao, nguồn điện từ các nhà máy thủy điện không đủ
đáp ứng nhu cầu, nước ta đã đầu tư xây dựng một số mô Hình cung
cấp điện như: điện gió, nhiệt điện....trong đó các nhà máy nhiệt điện
được chú trọng đầu tư với quy mô công suất lớn. T i tỉnh Trà Vinh
được đầu tư xây dựng dự án Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 1. Ngoài
ra, trong th i gian tới đến năm 2020 Nhà máy nhiệt điện Duyên H i
sẽ đưa vào ho t động thêm Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 3 với
công suất 1200MW, Nhà máy nhiệt điện đã đưa vào quá trình vận

hành năm 2015 với công suất 1200MW, hàng năm Nhà máy nhiệt
điện Duyên H i 1 th i ra môi trư ng kho ng 477.152 tấn xỉ than năm
Duyên H i 3 m rộng 600MW, Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 2 với
công suất 1200MW. Như vậy, khi các dự án vận hành sẽ th i ra
lượng xỉ than rất lớn, là một trong số các chất th i rắn sinh ra trong
quá trình đốt than trong các nhà máy nhiệt điện.

TT

H

Tùy thuộc vào nguồn nhiên liệu (than đá, than nâu,...) và công nghệ
đốt (lò than phun, lò tầng sôi,...) mà khối lượng và thành phần xỉ than
khác nhau, nếu không có gi i pháp xử lý triệt để thì ngoài việc cần
đến hàng nghìn hecta đất để chôn lấp, xỉ than c n là nguồn gây ô
nhiễm môi trư ng đất, nước và không khí. Tuy nhiên, hiện nay theo
thống kê cho thấy kho ng 10% lượng xỉ than th i ra hàng năm được
thu gom, sử dụng, còn l i 90% vẫn thực hiện chôn lấp. Với nhiều
công dụng như tr n, xỉ than nếu không được thu gom, tận dụng sẽ
không chỉ là một sự lãng phí lớn mà còn là một hiểm họa đối với môi
trư ng và ngày 23/9/2014 Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số
1696 QĐ-TTg về một số gi i pháp thực hiện xử l xỉ than, th ch cao
của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất phân bón để làm
nguyên liệu s n xuất vật liệu xây dựng.


2

TT

iện nay tỉnh Trà Vinh là một trong số những tỉnh được rung
ng
ưu ti n đầu tư quy ho ch xây dựng nông thôn mới. ỉnh rà vinh có
t ng cộng 7 huyện và 1 thành phố, trong giai đo n đầu thực hiện quy
ho ch xây dựng nông thôn mới (giai đo n tư 2011- 2015) tỉnh rà
vinh có 23/85 xã thực hiện xây dựng nông thôn mới nhưng cho đến
nay chỉ được 23 xã đ t ti u ch nông thôn mới, đa phần các xã không
đ t ti u ch nông thôn mới phần lớn là do m ng lưới giao thông nông
thôn không đ t theo bộ ti u ch của nông thôn mới. h nh vì vậy các
cấp ch nh quyền của tỉnh rà inh đầu tư xây dựng m ng lưới đư ng
giao thông nông thôn cho các xã của 17 xã xây dựng nông thôn mới
đến năm 2020, và tiếp tục lập đề án xây dựng mang lưới giao thông
nông thôn cho 68 xã c n l i của tỉnh rà inh đến năm 2030 là hoàn
thành m ng lưới giao thông nông thôn của tỉnh để gốp phần xây
dựng nông thôn mới cho tất các xã c n l i đến năm 2030 là ph i đ t
được xã nông thôn mới.

H

L

va

Chính vì những yếu tố trên, mà tôi lựa chọn vấn đề “Nghi n
cứu ứng dụng xỉ than thay thế một phần cát để chế t o b tông xi
măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh
rà inh làm đề tài nghiên cứu của luận văn.

TT

2.ăM cătiêuănghiênăc uăc aăđ ătƠi
- Nghiên cứu thành phần hóa học và tính chất vật lý của xỉ than của
nhiệt điện Duyên H i Trà Vinh
- Nghiên cứu các đặc trưng c l chủ yếu của hỗn hợp bê tông và bê
tông sử dụng xỉ than thay thế một phần cát.
- Đề xuất tỷ lệ sử dụng xỉ than thích hợp thay thế một phần cát về
mặt thể t ch để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ
cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh Trà Vinh.
3.ăĐốiăt

ngăvƠăph măviănghiênăc u


3
+ Nguồn th i xỉ than từ Nhà máy nhiệt điện Duyên H i chưa qua xử
lý.
+ ác c s lý thuyết, mô Hình tính toán, thực nghiệm của bài toán
chế t o b tông d ng xỉ than thay thế một phần cát.
+
tông d ng xỉ than thay thế một phần cát và bê tông không dùng
xỉ than.
4.ăPh

ngăphápănghiênăc u

- Phư ng pháp nghi n cứu lý thuyết.
- Phư ng pháp thực nghiệm.
5.ăBốăc căđ ătƠi:

TT

M đầu

va

Chư ng 1: T ng quan về bê tông sử dụng xỉ than, định hướng phát
triển đư ng giao thông nông thôn Trà Vinh.

L

Chư ng 2: Vật liệu đầu vào, c s thiết kế cấp phối và đánh giá
tính chất c l của b tông xi măng.

TT

H

hư ng 3: Đánh giá kh năng sử dụng xỉ than nhiệt điện Duyên
H i thay thế một phần cát trong chế t o b tông xi măng cho mặt
đư ng từ cấp IV tr xuống.
Kết luận và ướng phát triển của đề tài


4
Ch ngă 1 T NGă QUANă V ă Bểă TÔNGă S ă DỤNGă X ă THAN,ă
Đ NHăHƯ NGăPHÁTăTRIỂNăĐƯỜNGăGIAOăTHÔNGăNÔNGă
THÔNăỞăTRÀăVINH.
1.1

T ng quan v x than:

1.1.1 Khái niệm về xỉ than:
Xỉ than là những h t thô và to h n tro bay, là thành phần không cháy
được tập trung đáy l , cỡ h t dao động từ bằng h t cát mịn đến h t
sỏi (0.125 mm đến 2 mm). húng thư ng được d ng để thay thế cát
trong s n xuất vật liệu không nung và làm nền đư ng, lấp đầm lầy…
1.1.2ăƯuănh

căđi măc aăx than

1.1.2.1 Ưuăđi m

TT

Khối lượng xỉ than nhẹ, thành phần h t khá giống cát mịn nên có thể
chế t o vật liệu bê tông nhẹ từ xỉ than cho các nhà cao tầng.

L

va

Xỉ than là chất phế th i nên giá thành kho ng 5.000 - 5.500 đồng/tấn
1.1.2.2 Nh căđi m

H

Thành phần h t của xỉ than không đồng đều

TT

Thành phần hóa lý không n định,
Thành phần xỉ than có chứa kim lo i nặng như
khác, gây ô nhiễm môi trư ng.

arbon và t p chất

Dây sử dụng các công nghệ cao
Xây dựng hệ thống xử lý xỉ than và các s n phẩm liên quan ph i đ m
b o thân thiện với môi trư ng
1.1.3 Tình hình s ăd ngăx ăthanătrênăth gi i
Việc sử dụng rác th i công nghiệp như tro xỉ than trong xây dựng
đư ng sá t i Pháp, 99% tro xỉ than được tái sử dụng, t i Nhật B n
con số này 80% và t i Hàn Quốc là 85% .


5
1.1.4 Tình hình s ăd ngăx ăthană ăVi tănam:
iệt Nam, tình hình sử dụng xỉ than chưa nhiều t i các nhà máy
điện như Y n Phụ ( à Nội), ao Ng n ( hái Nguy n), iệt rì (Phú
họ), Đ m à ắc ( ắc Giang) và Ninh ình – do lượng than chưa
cháy c n cao, nhiệt cháy của tro c n đến 3000‚4000 kcalo; ngư i
dân địa phư ng đã khai thác tro xỉ, d ng sàng thủ công tá ch phần
than sót để nung g ch, nung vôi và làm chất đốt dân dụng (than qu
bàng). ro xỉ c n l i được trộn lẫn với b n làm chất d nh để sử dụng
trực tiếp, hoặc th m vôi để đóng g ch xỉ.
1.2 Các v năđ v x than

nhà máy nhi tăđi n Duyên H i

va

TT

rung tâm Điện lực Duyên H i được quy ho ch 4 nhà máy, t ng
công suất kho ng 4.415 MW. T ng vốn đầu tư h n 5 tỷ USD, diện
tích 878,91ha. Hiện nay đã có 2 nhà máy ho t động là nhà máy nhiệt
điện Duyên H i 1 và 3. Công ty Nhiệt điện Duyên H i qu n lý, vận
hành phát điện 2 nhà máy này. Chỉ mới có 2 nhà máy ho t động
trong năm qua nhưng đã th i ra môi trư ng hàng triệu tấn tro xỉ.

TT

H

L

Nhà máy Nhiệt điện Duyên H i 1 sau khi đốt sẽ để l i kho ng 30%
tro xỉ, mỗi ngày th i ra 4.500 - 5.000 tấn, mỗi năm chừng 1,8 triệu
tấn. Nhà máy Nhiệt điện Duyên H i 3 sau khi đốt, lượng tro xỉ để l i
7% - 8%, th i ra 664 tấn/ngày, chừng 240.000 tấn năm. ng cộng, 2
nhà máy mỗi năm th i ra h n 2 triệu tấn tro xỉ than. Dự kiến 2 năm
nữa, nếu không có gi i pháp tiêu thụ thì bãi tro xỉ t i Trung tâm
Nhiệt diện Duyên H i sẽ đầy tràn và sẽ gây ô nhiễm môi trư ng
nghiêm trọng.
1.3 Đ nhăh

ng phát tri n giao thông nông thôn

tình Trà Vinh

iện nay tỉnh rà inh sẽ đầu tư kho ng h n 3.480 tỷ đồng xây
dựng, nâng cấp và m rộng 1.463km đư ng nông thôn.
Giai đo n từ nay đến năm 2020, tỉnh sẽ huy động nguồn vốn kho ng
1.740 tỷ đồng để xây dựng 731 km đư ng nông thôn.


6

Hình 1.1 Phun nước tạo ẩm tại bãi chôn lấp tro xỉ của Nhà máy
Nhiệt điện Duyên Hải 1
1.4 K t lu năch

ngă1

TT

H

L

va

TT

ới sự đầu tư và phát triển của các nhà máy nhiệt điện trong c nước
từ nay đến 2020 và trong những năm tiếp theo thì lượng tro xỉ th y ra
từ các nhà máy nhiệt điện là rất lớn ch nh vì vậy c nước nói chung
và tỉnh rà inh nói ri ng cần một lượng diện t ch đất để chôn lấp
là rất lớn không những thế mà khi chôn lấp về lâu dài sẽ th y ra
nhiều chất rắn gây nh hư ng nghi m trọng đến môi trư ng thi n

nhi n làm nh hư ng đến đ i sống của nhân dân sau này.
iệc ứng dụng tro xỉ than trong chế t o vật liệu xây dựng đã được
nghi n cứu tr n thế giới và
iệt Nam. rong định hướng phát triển
của tỉnh Trà Vinh về m ng lưới giao thông nông thôn tr n địa bàn
đến năm 2020 và những năm tiếp theo, lượng b tông xi măng làm
mặt đư ng giao thông nông thôn là rất lớn. Vì vậy, việc nghiên cứu
vật liệu xỉ than d ng để thay thế một phần cát trong chế t o b tông
xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô từ cấp IV tr xuống tr n địa bàn
tỉnh rà inh là việc rất cần thiết.


7
Ch ng 2 VẬTă LI Uă CH ă TẠO, THI Tă K ă C Pă PH I VÀ
PHƯƠNGă PHÁP ĐÁNHă GIÁ M Tă S TệNHă CH Tă CƠă Lụă
C AăBểăTÔNGăXI MĔNG M TăĐƯỜNG
2.1ăTínhăch tăc ălỦăc aăv tăli uăđ uăvƠo
2.1.1ăXiămĕng
Các chỉ ti u c l , hóa chủ yếu của xi măng được đánh giá theo y u
cầu kĩ thuật của xi măng Portland quy định t i TCVN 2682:2009
2.2.2 Cát
Các chỉ ti u c l của cát được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:
2006 [9].Các chỉ ti u được so sánh với yêu cầu kỹ thuật của cát dùng
cho bê tông và vữa theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

TT

2.1.3ăĐáădĕm

N

va

ác chỉ ti u c l của đá dăm được xác định theo ti u chuẩn
7572:2006.

H

L

Kết qu cho thấy các vật liệu nói tr n đều đ t y u cầu để chế t o b
tông mác M35 tr xuống.

TT

2.2ăTínhăch tălỦăhóaăc aăx ăthanănhƠămáyănhi tăđi năDuyênăH i
2.2.1ăThƠnhăph năhóaăhọc

Thí nghiệm xác định thành phần hóa học của xỉ than được xác định t i
rung tâm đo lư ng QUANTEST 2,
2.2.2 Khốiăl

ngăriêng,ăthƠnhăph năh tăvƠămôăđunăđ ăl n

Kết qu th nghiệm t nh chất vật l của xỉ than
2.3ăThi tăk ăc păphốiăbêătông
Các cấp phối b tông được cho trong

ng 2.1

N 7570:2006


8
B ngă2.1ăCácăc păphốiăbêătông
V t li u (kg/m3 bê tông)

C p
phối bê
tông

Xiămĕng

X0

359,1

751

0

1169

174

X20

359,1

600,8

150,2

1169

174

X40

359,1

450,5

300,4

1169

174

X60

359,1

300,4

450,6

1169

174

Cốt li u nh
Cát

X than

Đá

N

c

2.4ăCácăthíănghi măđánhăgiáătínhăch tăc ălỦăc aăh năh păbêătôngă
và bê tông

TT

2.4.1ăThíănghi măđoăđ ăs tăc aăh năh păbêătôngătheoătiêuăchuẩn:

ngăđ ăch uănénăc aăbêătông:

H

L

2.4.2 Thí nghi măxácăđ nhăc

va

h nghiệm đo độ sụt của hỗn hợp b tông được tiến hành theo

TCVN 3106:1993

TT

Quy trình chế t o mẫu theo TCVN 3105: 1993 và b o dưỡng mô
phỏng theo điều kiện thi công thực tế
rà inh hiện nay.
Quy trình xác định cư ng độ nén theo tiêu chuẩn TCVN 3118: 2012
2.4.3ăThíănghi măxácăđ nhăc

ngăđ ăch uăuốnăc a bê tông

Quy trình chế t o mẫu theo
N 3105: 1993và quy trình xác định
cư ng độ uốn theo tiêu chuẩn TCVN 3119: 1993
2.4.4ăThíănghi măxácăđ nhăđ ăhútăn

căc aăbêătông

Độ hút nước của b tông được xác định theo ti u chuẩn
1993

N 3113:


9
2.5ăYêuăc uăkỹăthu tăc aăbêătôngăxiămĕngăchoăk tăc uăáoăđ
c păIV tr ăxuống

ngăt ă

Theo Quyết định số: 3230 QĐ- BGTVT ngày 14/12/2012
2.6ăK tălu năch

ng 2

Nhìn chung vật liệu của tỉnh Trà Vinh có phần kém chất
lượng so với các tỉnh khác trong c nước như: át thì thành phần h t
nhỏ, thành phần đá không đồng đều nhưng các chỉ ti u c l vẫn đ t
yêu cầu để thiết kế theo
N 7572: 2006 để áp dụng cấp phối bê
tông cho đư ng ô tô từ cấp IV tr xuống, thiết kế các thành phân cấp
phối, có trùng với đề tài ‘Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một
phần xi măng để chế t o b tông xi măng cho kết cấu áo đư ng ô tô
từ cấp 4 tr xuống tr n địa bàn tỉnh rà inh’ .

TT

H

L

va

TT

hư ng này cũng trình bày một số phư ng pháp th nghiệm
để xác định các tính chất c l của hỗn hợp bê tông và bê tông gồm
độ sụt, cư ng độ nén, cư ng độ uốn và độ hút nước cũng như y u
cầu kỹ thuật của mặt đư ng b tông xi măng từ cấp IV tr xuống,

làm c s khoa học để tiến hành đánh giá kh năng sử dụng xỉ than
nhiệt điện Duyên H i thay thế một phần cát trong chế t o bê tông xi
măng cho mặt đư ng từ cấp IV tr xuống.


10
Ch ng 3 ĐÁNHă GIÁ KH NĔNGă S DỤNG X THAN
NHI Tă ĐI N DUYÊN H I THAY TH M T PHẦN CÁT
CH TẠO BÊ TÔNG XI MĔNGăCHOăÁOăĐƯỜNG Ô TÔ T
C P IV TRỞ XU NG
3.1ăK tăqu ăthíănghi măvƠăbƠnălu năcácătínhăch tăc aăh năh păbêă
tôngăvƠăbêătôngăs ăd ngăx ăthanănhi tăđi năDuyênăH iăthayăth ăm tă
ph năcát
3.1.1ăĐ ăăs tăc aăh n h păbêătông
3.1.1.1 K t qu đoăđ s t
Kết qu đo độ sụt của các cấp phối b tông được cho trong B ng
3.1.

X0

X20

Độ sụt (cm)

3

3

X40

X60

2

1,5

va

Cấp phối

TT

Bảng 3.1 Kết quả đo độ sụt của các cấp phối bê tông

L

3.1.1.2 Phân tích k t qu và bàn lu n

TT

H

Có thể thấy rằng, tất c các cấp phối b tông đều cho ra kết qu độ sụt
khá nhỏ, phù hợp với thi công mặt đư ng b tông xi măng. iệc thay
thế 20% cát bằng xỉ than không làm nh hư ng đến độ sụt của hỗn
hợp bê tông, trong khi nếu tiếp tục tăng lượng thay thế xỉ đến 40% và
60% thì độ sụt sẽ gi m (so với cấp phối đối chứng X0) tư ng ứng là
1cm và 1,5cm (theo thứ tự).Nguyên nhân sự suy gi m độ sụt này có
thể là do h t của xỉ than rỗng h n h t cát n n hút nước làm mất đi một
phần lượng nước t o độ sụtcho hỗn hợp bê tông. Ngoài ra, thành phần

h t của xỉ than không liên tục như thành phần h t của cát nên bộ
khung cốt liệu rỗng h n làm gi m độ sụt của hỗn hợp bê tông. Mặt
khác, hàm lượng h t bụi của xỉ than khá cao nên tỷ diện tăng y u cầu
cần nhiều nước nhào trộn h n.


11
Từ kết qu trên, có thể thấy khi sử dụng xỉ than thay cho cát để trộn bê
tông với hàm lượng lớn h n 20% thì cần ph i chú đến biện pháp thi
công vì độ sụt bê tông gi m, hỗn hợp b tông khô h n n n y u cầu lực
chấn động lớn h n. oặc là, nếu muốn giữ nguy n độ sụt để không
ph i thay đ i biện pháp thi công, khi thiết kế cấp phối bê tông cần tăng
lượng nước lên. Tuy nhiên, việc tăng nước sẽ làm gi m cư ng độ của
b tông, đặc biệt là cư ng độ chịu uốn.
3.1.2ăC

ngăđ ăch uănénăc aăbêătôngătheoăth iăgian

Để phân tích cư ng độ chịu nén bê tông theo th i gian, các giá trị
cư ng độ nén được đo tu i 7, 14 và 28 ngày.
3.1.2.1 K t qu thí nghi măc

ngăđ nén

TT

Tiến hành nén các mẫu bê tông theo th i gian tu i 7 ngày, 14 ngày
và 28 ngày cho tất c các cấp phối bê tông X0, X20, X40, X60 thu
được kết qu Hình 3.1

va

50

L
H

30

TT

Cường độ n n MPa

40

20

X0
X20
X40
X60

10
0
0

7

14

21

28

35

Tuổi b tông ngày
Hình 3.1 Cường độ nén của các cấp phối bê tông theo thời gian
Theo Hình 3.3, về mặt t ng thể, có thể thấy khi thay thế xỉ than đến
20%, cư ng độ nén của b tông cao h n so với b tông thư ng. tu i
28 ngày, cư ng độ nén của cấp phối X20 tăng th m 8,3% so với


12
cư ng độ nén của cấp phối X0 (40.4 MPa so với 37.3 MPa). Tuy
nhiên, khi tăng hàm lượng thay thế xỉ than l n đến 40% và 60% thì
cư ng độ nén của bê tông gi m tư ng ứng theo mức độ thay thế của xỉ
than. Đến 28 ngày tu i, cư ng độ của cấp phối X40 và X60 gi m so
với cấp phối X0 lần lượt là 16,6% và 30,3%.
Sự khác biệt về xu hướng phát triển cư ng độ nén của các cấp phối bê
tông có thể được quan sát rõ h n trong Hình 3.2.
50

X0

X20

Cường độ nén (Mpa)

40

30

TT

20

va

10

14

Tuổi b tông ngày

28

TT

H

7

L

0

Hình 3.2 Cường độ nén của các cấp phối bê tông theo từng tuổi
ư ng độ nén của cấp phối X20 luôn cao h n cư ng độ nén của cấp
phối còn l i bất kỳ ngày tu i nào. ư ng độ nén của cấp phối X40
tu i 7 ngày và 14 ngày vẫn tư ng đư ng với cư ng độ nén của cấp

phối X0, nhưng đến 28 ngày thì thấp h n rõ rệt (đến 16,6%). Khi mức
độ thay thế xỉ l n đến 60%, sự khác biệt giữa cư ng độ của cấp phối
X60 và X0 lớn dần theo th i gian, từ 11,4% (R7) đến 19,5% (R14) và
30,3% (R28)
Từ kết qu nói trên, có thể thấy rằng mức độ ho t động hóa học (độ
ho t tính) của xỉ than nhiệt điện Duyên H i là không cao vì khi tăng


13
hàm lượng thay thế xỉ than thì cư ng độ bê tông l i gi m. Như vậy,
dùng xỉ này như một chất độn để thay thế cát là khá hợp lý; và nh
hư ng của xỉ đến cư ng độ nén của bê tông chủ yếu nằm các đặc
điểm vật lý của chúng (thành phần h t, mô đun độ lớn). Đây có thể
ch nh là l do làm cho cư ng độ của bê tông dùng xỉ thay thế cát 20%
tăng l n. ới hàm lượng thay thế này, lượng cát đủ để lấp đầy các
kho ng trống giữa các h t xỉ, và phần bột xỉ không quá nhiều n n độ
rỗng của bộ khung cốt liệu đá dăm - xỉ - cát sẽ nhỏ l i, làm cho cư ng
độ của b tông tăng l n. uy nhi n, khi tăng hàm lượng xỉ lên (40% và
60%), do thành phần h t của xỉ không liên tục và hàm lượng h t bụi
lớn n n làm tăng độ rỗng của bộ khung cốt liệu, dẫn đến cư ng độ bê
tông gi m, đặc biệt là với cấp phối X60.

TT

Vì vậy, để có thể nâng cao cư ng độ của bê tông sử dụng xỉ than thay
thế cát, xỉ cần được s tuyển bằng cách sàng để lựa chọn cấp phối h t
phù hợp.

3.1.3ăC

TT

H

L

va

Nhìn chung, về mặt cư ng chịu nén,sử dụng xỉ than thay thế cát
kho ng 20% để chế t o bê tông là thích hợp nhất. Việc thay thế xỉ
than lên đến 40% làm gi m cư ng độ b tông nhưng vẫn đ t trên
30MPa nên vẫn có thể xem xét để chế t o mặt đư ng b tông xi măng
cấp IV tr xuống.
ngăđ ăch uăkéoăkhiăuốnăc aăbêătông

Kết qu uốn mẫu 28 ngày tu i cho tất c các cấp phối bê tông X0,
X20, X40, X60 cho B ng 3.4.
Bảng 3.2 Cường độ uốn ở 28 ngày tuổi củacác cấp phối bê tông
C păphối
R28u (MPa)

X0

X20

X40

X60

4,79

4,77

4,74

4,12

Theo b ng 3.2, cư ng độ uốn của bê tông độ tu i 28 ngày
của cấp phối bê tông X20 và X40xấp xỉ với cư ng độ chịu uốn của


14
cấp phối X0,c n cư ng độ uốn của cấp phối bê tông X60thấp
h ncư ng độ chịu uốn của cấp phối b tông X0. Như vậy, có thể thấy
khi dùng xỉ để thay thế một phần cát đến 40% sẽ không làm nh
hư ng nhiều đến cư ng độ chịu uốn của bê tông, với hàm lượng thay
thế đến60% thì sẽ làm gi m đáng kể cư ng độ uốn, đến 14%.
Tuy nhiên theo Quyết định số 3230 QĐ-BGTVT[17] ngày 14 tháng
12 năm 2012 của Bộ giao thông vận t i thì yêu cầu cư ng độ uốn tối
thiểu của b tông xi măng đối với đư ng ôtô từ cấp IV tr xuống là
Ru=4,5 MPa. Chính vì vậy các cấp phối bê tông X0, X20, X40 đều có
thể d ng được cho lo i cấp đư ng ô tô từ cấp IV tr xuống xét trên
phư ng diện cư ng độ uốn. Còn cấp phối X60 cóRu = 4,1MPa thì
không đ t để ứng dụng cho cấp đư ng ô tô từ cấp 4 tr xuống.
căc aăbêătông:

TT

3.1.4ăĐ ăhútăn

va

Mỗi cấp phối bê tông chế t o 1 t mẫu (gồm 3 mẫu k ch thước ø
140x140 mm), dưỡng hộ và đo độ hút nước khi mẫu đ t tu i 28 ngày.
Kết qu độ hút nước của các cấp phối bê tông lập thành B ng 3.5.

H (%)

X0

TT

C păphối

H

L

Bảng 3.3 Độ hút nước cho các cấp phối bê tông

1.73

X20
2.2

X40
2.4

X60
2.5

Nhìn vào B ng 3. ta dễ nhận thấy khi tỉ lệ thay thế thành phần xỉ than
càng nhiều thi độ hút nước của mẫu b tông càng tăng với mức tăng
khá đều, chứng tỏ rằng khi thay thế thành phần xỉ than cho cát càng
nhiều thì làm cho khối mẫu bê tông có nhiều l rỗng. Nguyên nhân là
do thành phần h t của xỉ than không đồng đều như thành phần của cát
làm cho độ rỗng của khung cốt liệu tăng l n. uy nhi n, độ hút nước
của tất c các cấp phối đều này không cao, chỉ từ 1,5% đến 2,5%. Hiện
nay, trong tiêu chuẩn thiết kế mặt đư ng bê tông xi măng không y u
cầu về độ hút nước, nhưng với độ hút nước khá nhỏ như tr n thì sẽ
không nh hư ng đến cư ng độ của bê tông khi làm việc trong môi


15
trư ng nước. Tuy nhiên, về tác động dài h n, nếu thay thế thành phần
xỉ than cho cát với hàm lượng lớn thì có thể tu i thọ của bê tông sẽ
gi m do nước thâm nhập gây ăn m n b tông.
3.1.5ăNh năxétăchung v ăt ăl ăthayăth ăx ăthanăchoăcát
Từ kết qu và bàn luận các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông
với tỉ lệ thay thế xỉ than cho cát từ 0% đến 60% trên, có thể thấy
rằng sự thay thế xỉ than cho cát tỉ lệ 20% sẽ cho ra kết qu tốt nhất
(trong ph m vi của nghiên cứu) về cư ng độ nén, cư ng độ uốn và các
tính chất khác đều tốt.
Ngoài ra, nếu d ng để chế t o mặt đư ng b tông xi măng cho đư ng
cấp IV tr xuống thì tỉ lệ thay thế xỉ 40% cũng có thể chấp nhận được
vì cấp phối X40 đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra.

va

TT

Vì vậy, phần tiếp theo của chư ng sẽ dùng kết qu của 3 lo i bê tông
X0, X20, X40 để thiết kế gi định kết cấu mặt đư ng b tông xi măng
cấp IV tr xuống với số liệu đầu vào lấy tỉnh Trà Vinh.

TT

H

L

3.2ă Thi tă k ă k tă c uă m tă đ ngă bêă tôngă xiă mĕngă c pă IVă tr ă
xuốngăbằngăbêătôngădùngăx ăthanănhi tăđi năDuyênăH iăthayăth ă
m tăph năcátă
3.2.1ăNguyênătắcăthi tăk :

Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT
3.2.2 Tính toán cho 3ăc păphốiăbêătôngăX0,ăX20ăvƠăX40
Theo nguyên tắc thiết kế nói trên, việc thiết kế mặt đư ng bê tông xi
măng chủ yếu sử dụng giá trị cư ng độ uốn của bê tông, chọn cấp phối
X20 để tinh toán vì qua quá trình thí nghiệm và cho kết qu ta thấy cấp
phối X20 cho kết qu tối ưu nhất.
Số li uăđ u vào:
Cấp đư ng: IV


16
Số lần tác dụng quy đ i về trục bánh xe Ne = 1.00E+00 lần/làn
Chuẩn t ch lũy
→ Cấp quy mô giao thông: nhẹ (tra B ng 1)

Hệ số độ tin cậy thiết kết γr= 1.04 9 (tra B ng 9)
T i trọng tiêu chuẩn

ps= 100 KN (tra B ng 9)

Trục xe nặng nhất

pmax= 45.2 KN

Gradien nhiệt độ nặng nhất Tg= 920c/m
Dự ki n k t c u m tăđ

ng

+ T ng m t BTXM

TT

Bề dày: hc= 0.15 m
V t li u:
ư ng độ kéo uốn thiết kế

fr= 5.0 Mpa

va

Ec  30.3Gpa

TT

Hệ số dãn n nhiệt

H

Hệ số poisson

Kíchăth

 c  0.15

L

Mô đun đan hồi tính toán

 c  11E cốt
 6 liệu
/ 0 Cthô là cuội sỏi

c t m BTXM dự ki n:

chiều dọc L=4,5 m (tỉnh Trà Vinh thuộc khu vực phía Nam nên chọn
L=4,5 m)
chiều ngang B=4,5m
K u t o l p móng 1 l p g m:
Vật liệu: cấp phối đá dâm,
Mô đun đàn h i t nh toán Ei = 0.2 (Gpa)
Hệ số poisson μi = 0.35


17

Bề dày hi = 0.2 (m)
Nền đất: Eo = 40 (Mpa)
Ki m toán k t c u dự ki n:
nh toán mô đun đàn hồi chung Et

 h .E
h
  h  0,2m

Do chỉ có một lớp móng dưới nên

Ex 
hx

2
i

i

2
i

 200Mpa

i

  0,86  0,26. ln hx  0.442

Độ cứng uốn của lớp mặt BTXM

E 
Et   x  .E0  81.41Mpa
 E0 

va

TT



H

Ec .hc3
 7.818MN.m
12.(1   c2 )

TT

Dc 

L

nh độ cứng tư ng đối chung của tấm BTXM

T ng bán k nh độ cứng tư ng đối chung của tấm BTXM

D
r  1,21 c
 Et





1/ 3

 0.575m

Tính ng su t do t i trọng xe gây ra theo r:
ứng suất kéo uốn t i giữa c nh dọc tâm do t i trọng tấm Ps gây ra

 ps  1,47.10 3.r 0,70.hc2 .Ps0,94  3.363Mpa

ứng suất kéo uốn t i giữa c nh dọc tâm do t i trọng tấm Pm gây ra

 pm  1,47.10 3.r 0,70 .hc 2 .Pm 0,94  1.594Mpa


18
ứng suất kéo uốn gây mỏi do t i trọng xe ch y t i giữa c nh dọc tấm

 pr  kr .k f .kc . ps  3.363Mpa

rong đó:
kr =1 ( kết cấu lề mền)
kc =1 ( đư ng cấp IV)

k f  Ne  1.000


trong đó:

λ =0.057 với mặt đư ng b tông thông thư ng

ứng suất kéo uốn lớn nhất do t i trọng trục nặng nhất pm gây ra giữa
c nh dọc tấm:

 p max  kr .kc . pm  1.594Mpa

va

L
 2.611
3r
sht. cos t  cht . sin t
 1.052
CL  1 
cos t. sin t  sht.cht

L

t

TT

Tính ng su t nhi t l n nh t:

TT

H

BL  1,77.e 4, 48.hc .C L  0,131.(1  C L )  0.957
 c .hc .Ec .Tg
.BL  2.202Mpa
 t max 
2

Tính h số m i nhi t

f  
kt  r a t  t max
 t max   fr


bt


  ct 



at

bt

ct

kt

0.841

1.323

0.058

0.514

0.871

1.287

0.071

0.527


19
Chọn

kt = 0.527

Tính ng su t nhi t gây m i

Ki mătoánăcácăđi u ki n gi i h n
heo điều kiện

→ thỏa mãn điều kiện
heo điều kiện

→ thỏa mãn điều kiện

K t lu n:
Kết cấu dự kiến tr n đ t được các điều kiện giới h n cho phép
ăng th m 6 mm dự phòng mài mòn
Kết cấu đề nghị như sau:


20
đem đi chôn lấp và được nhiệt điện bán với giá 5.000đ tấn xỉ than [4]
cộng với giá vận chuyển giá xỉ than đưa vào sử dụng có thể lên
70.000đ tấn, kết hợp với giá nguyên vật liệu t i địa phư ng tiến hành
lập dự toán và lập thành b ng t ng hợp sau:
Bảng 3.4 Tổng hợp giá thành 1m3 bê tông cho các cấp phối
C p phối

Giá Tr (đ ng/m3)

M căđ gi m %

X0

1,270,102

-

X20

1,242,758

2,2

X40

1,215,415

4,4

X60

1,187,072

6,6

H

L

va

TT

- Xét giá trị kinh tế khi chỉ tính riêng giá thành bê tông gi m do thay
thế xỉ than cho cát với đ n giá thực áp t i tỉnh Trà Vinh: có thể thấy
khi hàm lượng xi than thay thế càng nhiều thì giá thành càng gi m cho
một 1m3 bê tông, tuy nhiên mức gi m không cao với 3% giá thành
1m3 bê tông cho mỗi 20% tỉ lệ thay thế xỉ than. Điều này có nghĩa chỉ
xét thuần túy khía c nh vật liệu thì không tiết kiệm được quá nhiều.

TT

- Tuy nhiên, xét về các giá trị kinh tế khác, nếu đem chôn lấp xỉ than

như hiện nay thì chi phí về diện t ch đất đai, chi ph đầu tư bãi chôn
lấp và chí phí b o vệ môi trư ng là rất lớn.
3.3.2ăHi uăqu ăv ăm tămôiătr

ng:

Hiệu qu về mặt môi trư ng khi sử dụng xỉ than thay thế một phần cát
để chế t o b tông xi măng thể hiện hai điểm sau: gi m lượng dùng
cát và gi m ô nhiễm môi trư ng do xỉ than gây ra.
3.3.3.1 Giảm lượng dùng cát
Hiện nay việc khai thát cát, đặc biệt là khai thác cát trái phép, tr n địa
tỉnh Trà Vinh nói riêng và các tỉnh, thành phố khác của Việt Nam nói


21
chung để s n xuất bê tông là rất lớn, gây nên hiện tượng thay đ i dòng
ch y của sông và s t l các b sông (Hình 3.7) làm thu hẹp diện tích
đất giao thông và đất canh tác cũng như nh hư ng xấu đến đ i sống
của nhân dân các vùng ven sông.
Vì vậy, việc dùng xỉ để thay thế cát trong chế t o bê tông sẽ làm gi m
lượng dùng cát, gi m bớt cư ng độ khai thác cát tự nhiên. Nếu có biện
pháp xử l để có thể dùng xỉ than nhiệt điện Duyên H i thay thế hoàn
toàn cát thì sẽ tiết kiệm đáng kể tài nguyên cát, gi m sự phá ho i môi
trư ng do khai thác cát gây ra.
3.3.2.2 Giảm ô nhiễm môi trường do chôn cất xỉ than

L

va

TT

T i tỉnh Trà Vinh, nhà máy nhiệt điện Duyên H i1 đã đưa vào ho t
động từ năm 2015. àng năm Nhà máy nhiệt điện Duyên H i 1 th i ra
môi trư ng kho ng 477.152 tấn xỉ than và cần một kho n lớn diện
t ch đất để chôn lắp và mỗi ngày cần ph i tưới nước để giữ ẩm không
cho xỉ than và tro bay bay lên làm nh hư ng đến môi trư ng thiên
nhiên (Hình 3.8). ho đến nay, mới gần 2 năm ho t động, phần bể
chôn xỉ và tro bay đã gần như được lấp đầy.

TT

H

Đến năm 2020, tỉnh Trà Vinh dự kiến sẽ đưa vào ho t động thêm
nhà máy nhiệt điện Duyên H i 2 với công suất 1200MW,nhà máy
nhiệt điện Duyên H i 3 với công suất 1200MW, Duyên H i 3 m
rộng 600MW. Như vậy, khi tất c các dự án được vận hành sẽ th i ra
lượng xỉ than rất lớn, như vậy sẽ cần một diện t ch đất rất lớn để
chôn lấp và việc xử lý bụi khi chôn lấp cũng tăng l n đáng kể. Ngoài
ra, xỉ than và tro bay khi được chôn dưới đất sâu theo th i gian sẽ rò
rỉ vào m ch nước ngầm gây ô nhiễm môi trư ng nước, nh hư ng
đến sức khỏe của cộng đồng. Vì vậy, việc tận dụng xỉ than để thay
thế cát trong chế t o bê tông sẽ làm gi m thiểu đáng kể tác h i đến
môi trư ng do việc chôn lấp xỉ than gây ra.
3.7ăK tălu năch

ngă3

22
Khi sử dụng xỉ than thay cho cát để trộn bê tông với hàm lượng lớn
h n 20% thì cần ph i chú đến biện pháp thi công vì độ sụt bê tông
gi m, hỗn hợp b tông khô h n n n y u cầu lực chấn động lớn h n.
Khi sử dụng xỉ than thay thế cát kho ng 20% để chế t o bê tông thì
cư ng độ chịu nén của bê tông sẽ tăng l n, nếu thay thế xỉ than cho
cat l n đến 40% thì cư ng độ chịu nén của bê tông sẽ gi m và thay
thế xỉ than cho cát l n đến 60% thì cư ng độ chịu nén của bê tông sẽ
tiếp tục gi m.

TT

Khi sử dụng xỉ than thay thế cát kho ng 20%, 40% để chế t o bê tông
thì cư ng độ chịu uốn của bê tông sẽ không nh hư ng nhiều so với
cư ng độ bê tông thay thế 0%, và khi sử dụng xỉ than thay thế cát
kho ng 60%để chế t o b tông thì cư ng độ chịu uốn của bê tông sẽ
gi m xuống.

va

Khi sử dụng xỉ than thay thế cát kho ng 20%, 40%, 60% để chế t o bê
tông thì độ hút nước của bê tông sẽ tăng l n.

TT

H

L

Khi sử dụng xỉ than thay thế cát để chế t o bê tông thì sẽ mang l i hiệu

qu kinh tế và môi trư ng.


23
K TăLUẬNăVÀăHƯ NGăPHÁTăTRIỂN Đ ăTÀI
1. K TăLUẬN
1. Luận văn đã phân t ch được tầm nh hư ng xỉ than của các nhà
máy nhiệt điện trong c nước nói chung cũng như của nhà máy nhiệt
điện Duy n i tỉnh rà inh nói ri ng, đồng th i cũng n u l n được
sự phát triển của m ng lưới giao thông nông thôn từ nay đến năm
2020 và trong những năm tiếp theo.

TT

2. Luận văn cũng đánh giá được tình hình của nguồn vật liệu để chế
t o b tông xi măng tr n địa bàn tỉnh rà inh t nh chất hoá l của xỉ
than th y ra từ nhà máy nhiệt điện Duy n i tỉnh rà inh; từ đó
thiết kế được các thành phần cấp phối b tông X0 và các cấp phối b
tông thay thế cốt liệu nhỏ X20, X40, X60 cho kết cấu áo đư ng ô tô
từ cấp I tr xuống bằng b tông xi măng.

va

3. nh hư ng của xỉ than đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và
bê tông khi thay thế một phần cát:

TT

H

L

- Về độ sụt: khi thay 20% cát bằng xỉ than không làm nh hư ng đến
độ sụt của hỗn hợp bê tông khi tiếp tục tăng lượng thay thế xỉ đến 40%
và 60% thì độ sụt sẽ gi m (so với cấp phối đối chứng X0) tư ng ứng là
1cm và 1,5cm.
- Về cư ng độ nén: khi thay thế xỉ than đến 20%, cư ng độ nén của bê
tông cao h n so với b tông thư ng. tu i 28 ngày, cư ng độ nén của
cấp phối X20 tăng th m 8,3% so với cư ng độ nén của cấp phối X0
(40.4 MPa so với 37.3 MPa). uy nhi n, khi tăng hàm lượng thay thế
xỉ than l n đến 40% và 60% thì cư ng độ nén của bê tông gi m tư ng
ứng theo mức độ thay thế của xỉ than. Đến 28 ngày tu i, cư ng độ của
cấp phối X40 và X60 gi m so với cấp phối X0 lần lượt là 16,6% và
30,3%.
- Về cư ng độ uốn: cư ng độ uốn của bê tông

độ tu i 28 ngày của