Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải phòng làm phụ gia bê tông_unprotected

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ
gia bê tông, áp dụng cho bê tông công trình cảng Lạch Huyện - Hải
phòng” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.
Phạm Toàn Đức - Trưởng khoa Xây dựng - Đại học Hải phòng. Luận văn
hoàn thành với hy vọng đóng góp một phần nhỏ trong việc ứng dụng phương
trình toán học để thiết kế thành phần bê tông, thúc đẩy việc tái sử dụng phế
phẩm của ngành công nghiệp nhiệt điện trong các lĩnh vực xây dựng, góp
phần giải quyết các vấn đề môi trường, an sinh xã hội. Tác giả xin bày tỏ lòng
cảm ơn sâu sắc tới Thầy Phạm Toàn Đức về sự giúp đỡ to lớn này.
Cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại trường Đại học Thủy lợi đã hết
sức tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn
bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng
góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện
hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của
mình./.
Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2016
TÁC GIẢ

Ngô Thị Hồng


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Ngô Thị Hồng, Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu
của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Những nội dung tham khảo đều được chú thích rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2016
TÁC GIẢ

Ngô Thị Hồng


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BT

:

Bê tông

BTKL

:

Bê tông khối lớn

M, B

:

Mác, cấp độ bền

N/CKD

:

Tỷ lệ nước/chất kết dính

TB/CKD

:

Tro bay/chất kết dính

N/XM

:

Nước/ximăng

N/CKD

:

Nước/chất kết dính

TB, TT

:

Tro bay, Tro tuyển

SD

:

Siêu dẻo

CKD

:

Chất kết dính

N,XM,C,Đ

:

Nước, xi măng, cát, đá

MKN

:

Mất khi nung

PGSD

:

Phụ gia siêu dẻo

PGHH

:

Phụ gia hóa học

BTĐL

:

Bê tông đầm lăn

TCVN

:

Tiêu chuẩn Việt Nam


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..........................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...............................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG
TRO BAY TRONG BÊ TÔNG ...................................................................... 6
1.1. Khái niệm và tính chất của tro bay. ......................................................... 6
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế giới và
Việt Nam. ...................................................................................................... 12
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế
giới ................................................................................................. 12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông tại Việt
Nam ........................................................................................................................ 18
1.3. Kết quả nghiên cứu đã đạt được. ........................................................... 22

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 31
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu ........................................................ 31
2.1.1. Xi măng ....................................................................................... 31
2.1.2. Cát ............................................................................................... 33
2.1.3. Đá ................................................................................................ 35
2.1.4. Nước............................................................................................ 36
2.1.5. Phụ gia ........................................................................................ 36
2.1.6. Luận chứng áp dụng Tổ hợp Tro bay + Phụ gia siêu dẻo trong bê
tông........................................................................................................ 37
2.2. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 38
2.2.1. Ưu nhược điểm của phương pháp.............................................. 39
2.2.2. Nội dung phương pháp ............................................................... 40


KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ........................................................................................... 48
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO
TUYỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG, ÁP DỤNG CHO BÊ
TÔNG CÔNG TRÌNH CẢNG LẠCH HUYỆN - HẢI PHÒNG.................. 49
3.1. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải
phòng dựa trên nền tảng phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm.... 49
3.1.1. Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm
nước của bê tông............................................................................. 49
3.1.2. Hàm mục tiêu nghiên cứu trong thí nghiệm .......................... 49
3.2. Lựa chọn thành phần tối ưu của bê tông sử dụng tro tuyển của nhà máy
Nhiệt điện Hải Phòng ................................................................................... 57
3.3 Thiết kế cấp phối bê tông cho công trình cảng Lạch Huyện – Hải phòng.
................................................................................................................... 58
3.3.1. Phương pháp: ........................................................................ 58
3.3.2 Tính toán cụ thể: .................................................................... 59
3.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế do việc sử dụng tro tuyển của nhà máy nhiệt

điện Hải Phòng ............................................................................................. 63
3.4.1 Giới thiệu về Công trình Cảng Lạch Huyện ........................... 63
3.4.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế do việc sử dụng tro tuyển của nhà
máy nhiệt điện Hải Phòng ............................................................... 65
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ........................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 75


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay. ....... 16
Bảng 1.2. Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới .. 23
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng .................................................... 31
Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng .................................................... 32
Bảng 2.3: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của xi măng ..................... 32
Bảng 2.4 Tính chất cơ lý của xi măng ............................................................ 32
Bảng 2.5: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của cát ............................. 33
Bảng 2.6 Thành phần cỡ hạt của cát. .............................................................. 34
Bảng 2.7 Tính chất cơ bản của cát sông Lô .................................................... 34
Bảng 2.8 Tính chất cơ bản của Đá Kiện Khê.................................................. 36
Bảng 2.9 . Thành phần hóa học của Tro tuyển nhiệt điện Hải phòng. ........... 36
Bảng 2.10 Đặc tính kỹ thuật của phụ gia hóa học Sikament R4..................... 37
Bảng 2.11 Ma trận y của thực nghiệm bậc 2 .................................................. 43
Bảng 2.12. Ma trận y của phương án trực giao có tâm bậc 2. ........................ 45
Bảng 3.1. Mức yếu tố và khoảng biến thiên ................................................... 49
Bảng 3.2. Tương quan ma trận X và Z ........................................................... 50
Bảng 3.3 Thành phần bê tông và kết quả nghiên cứu ..................................... 51
Bảng 3.4 Ma trận trực giao bậc 2 n=4, n0=1 và kết quả thí nghiệm ............... 52
Bảng 3.5 Hệ số bm ........................................................................................... 53
Bảng 3.6 Cường độ chịu nén tính toán và thực tế của bê tông ....................... 55

Bảng 3.7 Khả năng chống thấm tính toán và thực tế của bê tông .................. 56
Bảng 3.8 Nghiệm phương trình y3 khi y3 = 4; 8; 12 ....................................... 59
Bảng 3.9 Thông số thành phần bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 4 cm ........ 60
Bảng 3.10 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 4 cm ...... 60
Bảng 3.11 Thông số thành phần bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 8 cm ...... 61
Bảng 3.12 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 8 cm ...... 62


Bảng 3.13 Thông số thành phần bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 12 cm .... 63
Bảng 3.14 Thành phần cấp phối bê tông với độ sụt của hỗn hợp là 12 cm .... 63
Bảng 3.15 Kết quả tính toán cấp phối cho mác bê tông 200; 250; 300 ứng với
độ sụt yêu cầu là 4; 8; 12 cm tại công trình Cảng Lạch Huyện – Hải phòng. 72


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hình dạnh cấu trúc hạt tro bay ........................................................... 6
Hình 1.2a. Cấu trúc tro tuyển ............................................................................ 9
Hình 1.2b Cấu trúc bê tông không sử dụng tro tuyển ....................................... 9
Hình 1.2c Cấu trúc bê tông có sử dụng tro tuyển ........................................... 10
Hình 1.3 Xưởng tách Tro của công ty Cổ Phần Sông Đà Cao Cường ........... 11
Hình 1.4. Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng
so với chất kết dính 25%. ................................................................................ 15
Hình 1.5. Sự phát triển nhiệt độ ở tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [28]. ........ 16
Hình 1.6: Đồ thị thể hiện sự thay đổi của ....................................................... 27
Hình 3.1 Quan hệ giữa y1 và x1 khi y3=4 ......................................................... 59
Hình 3.2 Quan hệ giữa y1 và x1 khi y3=8 ......................................................... 61
Hình 3.3 Quan hệ giữa y1 và x1 khi y3=12 .................................................... 62
Hình 3.4 Mặt bằng quy hoạch tổng thể Cảng Lạch Huyện............................. 64
Hình 3.5 Một số hình ảnh ô nhiễm môi trường từ nhà máy nhiệt điện .......... 67
Hình 3.6 Hồ chứa phế thải của nhà máy Nhiệt điện Hải phòng ..................... 70

1

MỞ ĐẦU
1. Mục đích của đề tài:
Trước nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của Việt Nam, bên cạnh
việc nâng cao hiệu quả khai thác của các nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt
than đang hoạt động thì trong giai đoạn sắp tới sẽ có thêm nhiều nhà máy
nhiệt điện đốt than khác đi vào hoạt động.
Theo số liệu thống kê, mỗi năm các nhà máy nhiệt điện chạy than ở
phía Bắc thải ra hàng trăm triệu tấn tro xỉ than. Phần lớn lượng tro xỉ than này
được thải ra các hồ chứa nằm sát khu công nghiệp và khu dân cư, tiềm ẩn
nguy cơ gây ô nhiễm môi trường đất và nước bởi chúng có chứa một lượng
kim loại nặng. Điều này sẽ ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và
sinh thái trong khu vực.
Bên cạnh đó, tro xỉ than của nhà máy nhiệt điện có thể sử dụng trong
các lĩnh vực khác như sản xuất gạch không nung, gạch nhẹ, bê tông….
Hiện nay, nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng đang hoạt động với công suất
1200 MW. Lượng phế thải thải ra hàng năm là rất lớn tuy nhiên vẫn chưa có
nhà máy xử lý để đưa vào tái sử dụng. Chúng được thải ra hồ chứa trên diện
tích 65 ha cách nhà máy nhiệt điện 3 km.
Việc tận dụng tro tuyển làm phụ gia cho bê tông vừa giảm thải ô nhiễm
môi trường, tiết kiệm diện tích chôn lấp, nâng cao tính chất của bê tông, đặc
biệt bê tông công trình thủy. Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi áp dụng trong bê
tông công trình cảng Lạch Huyện, một cảng quốc tế nước sâu có quy mô lớn
đang được xây dựng tại Hải Phòng là rất lớn.
Một số hình ảnh nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng:

2


3

Mục tiêu của đề tài là Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện
Hải Phòng làm phụ gia bê tông công trình cảng Lạch Huyện - Hải Phòng
nhằm giảm thiểu vấn đề môi trường do sự hoạt động của nhà máy Nhiệt điện
Hải phòng đồng thời tìm ra cấp phối mang tính hiệu quả cao sử dụng cho thi
công công trình cảng Lạch Huyện - Hải phòng
2. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu:
Phương pháp được lựa chọn trong đề tài này là phương pháp thực
nghiệm và phương pháp toán học. Với nhiều thí nghiệm cho các cấp phối sử
dụng hàm lượng Tro tuyển khác nhau, bằng phương pháp quy hoạch thực
nghiệm và phần mềm Maple sẽ tìm ra hàm lượng sử dụng Tro tuyển tối ưu để
cải thiện một tính chất cụ thể nào đó của bê tông như cường độ chịu nén, khả
năng chống thấm và độ linh động của hỗn hợp bê tông.
3. Nội dung luận văn
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ
DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG
1. 1. Khái niệm và tính chất của tro bay.
1. 2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế giới
và Việt Nam.
1. 3. Kết quả nghiên cứu đã đạt được.
Kết luận chương 1
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu.
2.1.1 Xi măng
Thí nghiệm tính chất cơ lý của xi măng.

4

2.1.2 Cát
Thí nghiệm thành phần cỡ hạt, các tính chất cơ bản khác của cát như:
khối lượng thể tích, độ rỗng.
2.1.3 Đá
Thí nghiệm xác định các tính chất cơ bản của đá như: khối lượng thể
tích, độ rỗng, kích thước hạt nhỏ nhất, lớn nhất.
2.1.4 Nước
2.1.5 Phụ gia
- Thí nghiệm phân tích thành phần hóa học của tro tuyển nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng
- Phân tích đặc tính kỹ thuật của phụ gia hóa học (siêu dẻo).
2.2 Phương pháp nghiên cứu
- Các phương pháp lý thuyết xác định thành phần tối ưu sử dụng tro
tuyển dùng trong bê tông. Lựa chọn phương pháp quy hoạch toán học thực
nghiệm để xác định thành phần tối ưu tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng
sử dụng trong bê tông thi công công trình cảng Lạch Huyện - Hải Phòng.
Kết luận chương 2
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO
TUYỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG, ÁP DỤNG CHO BÊ
TÔNG CÔNG TRÌNH CẢNG LẠCH HUYỆN - HẢI PHÒNG
3.1. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng tro tuyển dựa trên nền tảng
phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm.
3.2. Lựa chọn thành phần tối ưu của bê tông sử dụng tro tuyển của nhà
máy Nhiệt điện Hải Phòng.


5

3.3.Thiết kế cấp phối cho bê tông công trình cảng Lạch Huyện - Hải
Phòng.
3.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế do việc sử dụng tro tuyển nhà máy
Nhiệt điện Hải phòng.
Kết luận chương 3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


6

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ
DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG
1.1. Khái niệm và tính chất của tro bay.
Tro bay là phế thải thu được từ việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện,
thành phần của nó chứa các silic oxit (SiO2), canxi oxit (CaO), Magie oxit
(MgO), lưu huỳnh oxit (SO2) và một phần hàm lượng than chưa cháy (MKN)
mà thường yêu cầu không vượt quá 6% .
Hạt tro bay dạng hình cầu rất mịn, mịn hơn xi măng tỷ diện đo theo
phương pháp Blaine vào khoảng 250 – 600m2/kg

Hình 1.1 Hình dạnh cấu trúc hạt tro bay

Để có cơ sở cho việc sử dụng TT một cách hiệu quả trong bê tông, đề
tài đưa ra cơ sở khoa học trong việc sử dụng TT nói riêng và Tro bay nói
chung như sau:
+ Hiệu ứng tường chắn (wall effect): Khi xi măng thủy hóa, sản phẩm
thủy hóa là Ca(OH)2 sẽ lắng đọng lên bề mặt hạt cốt liệu làm cho vùng giao
diện chuyển tiếp (Interfacal Transition Zone –ITZ) giữa cốt liệu và đá xi

măng bị rỗng xốp làm giảm sự bám dính giữa chúng. Cơ chế này có thể giải
thích như sau: trên bề mặt hạt xi măng có độ đậm đặc của các ion cao hơn


7

trên bề mặt cốt liệu, các ion sẽ chuyển dịch từ bề mặt hạt xi măng lên bề mặt
hạt cốt liệu theo cơ chế khuếch tán bởi građien nồng độ. Vì vậy, khi sử dụng
tro bay có thành phần SiO2 hoạt tính chúng sẽ nhanh chóng tác dụng với sản
phẩm thuỷ hóa có trên bề mặt hạt cốt liệu tạo ra các sản phẩm CSH làm tăng
cường độ, tăng độ đặc chắc vùng giao diện chuyển tiếp, làm tăng độ bám dính
giữa đá xi măng và hạt cốt liệu. Chính vì vậy, đối với bê tông chỉ sử dụng xi
măng poóc lăng, thì khả năng chống thấm của bê tông thường thấp hơn so với
bê tông có sử dụng thêm phụ gia khoáng hoạt tính. Điều này có thể giải thích
là do bề mặt tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu là vùng tiếp xúc yếu dễ bị
thấm nước. Khi pha phụ gia khoáng hoạt tính, thì sự liên kết của lớp tiếp xúc
này tăng lên, tăng độ đặc chắc giữa phần đá xi măng và cốt liệu, dẫn đến tăng
tính chống thấm cho bê tông. Ngoài việc tăng cường khả năng chống thấm, do
vùng giao diện chuyển tiếp được làm đặc chắc, cường độ của bê tông cũng
được cải thiện rõ rệt khi bê tông có sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính. Điều
này thể hiện rõ đối với cường độ bê tông ở các tuổi dài lâu.
+ Hiệu ứng ổ bi (Ball Bearing Effect): khi thay thế xi măng bằng tro
bay, do các hạt tro bay có dạng hình cầu nên chúng có tác dụng bôi trơn, làm
tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông hay để đạt được cùng tính công tác thì
hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay sẽ cần lượng nước nhào trộn ít hơn hỗn hợp
bê tông không sử dụng tro bay.
+ Hiệu ứng phân tán (Dispersion Effect): trong hỗn hợp bê tông sử
dụng tro bay, các hạt tro bay sẽ xâm nhập vào trong giữa các hạt xi măng và
tách các hạt xi măng ra làm cho bề mặt các hạt xi măng này tiếp xúc nhiều
hơn với nước tăng nhanh quá trình thủy hóa của các hạt xi măng.

+ Hiệu ứng tăng độ đặc chắc vi cấu trúc (Increased Packing Density):
tro bay sử dụng trong bê tông bổ xung thành phần hạt còn thiếu trong xi măng


8

làm cho dải hạt trở nên liên tục, làm giảm lỗ rỗng trong đá xi măng. Các hạt
tro bay một phần tham gia phản ứng puzơlanic, tạo khoáng có cường độ một
phần tham gia điền đầy cấu trúc vi mô, làm cho đá xi măng trở nên đặc chắc.
Theo các kết quả nghiên cứu của TS. Phạm Toàn Đức [3], với cùng
hàm lượng xi măng và độ lưu động của hỗn hợp bê tông, những mẫu có sử
dụng tro tuyển+siêu dẻo có cường độ cao hơn từ 16-25 %, khả năng chống
thấm cao hơn 0,5 MPa. Nguyên nhân do sử dụng chất siêu dẻo làm giảm
lượng nước cần của hỗn hợp bê tông làm giảm lượng lỗ rỗng trong cấu trúc bê
tông đồng nghĩa với việc tăng độ chặt của bê tông đóng rắn. Trong khi đó, tro
tuyển ngoài vai trò là chất độn nghiền mịn lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt
liệu còn tham gia vào quá trình thủy hóa của xi măng nên cường độ và khả
năng chống thấm của bê tông được nâng cao rõ rệt.
Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, ở độ tuổi ngắn ngày tro tuyển với
hàm lượng 10% xi măng ít có tác dụng trong việc cải thiện cường độ bê tông.
Sự gia tăng cường độ bê tông chủ yếu do chất siêu dẻo giảm nước. Tác dụng
của tro tuyển sẽ càng thấy rõ ở các tuổi 28, 60, 90 và 120 ngày. [3]
Việc sử dụng tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng giúp cải thiện đáng
kể độ chống thấm của bê tông do cấu trúc của tro tuyển là các hạt hình cầu
nằm giữa không gian giữa các hạt cốt liệu cũng như lỗ rỗng trong cấu trúc của
tinh thể hydro silicat, hydro aluminat… Có thể thấy rõ tác dụng của tro tuyển
trong cấu trúc bê tông ở hình 1.2: [3]


9

Hình 1.2a. Cấu trúc tro tuyển

Hình 1.2b Cấu trúc bê tông không sử dụng tro tuyển


10

Hình 1.2c Cấu trúc bê tông có sử dụng tro tuyển

Hình 1.2a : cho thấy tro tuyển có cấu trúc hình cầu.
Hình 1.2b: cho thấy cấu trúc của bê tông không có tro tuyển có cấu trúc
rỗng rõ ràng, không đặc chắc.
Hình 1.2c: cho thấy cấu trúc của bê tông có tro tuyển đặc chắc hơn nên
có khả năng chống thấm tốt hơn.
Tro tuyển (TT) đã được nghiên cứu sử dụng từ cuối những năm 80 của
thế kỷ trước. Ứng dụng TT cho bê tông trở nên phổ biến khi bắt đầu sử dụng
bê tông trong xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện. Trong thời gian tới, hàng
loạt các nhà máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động sẽ cho ra một lượng tro
xỉ lớn, nếu không sử dụng sẽ gây ô nhiễm môi trường. Đặc điểm của hầu hết
các sản phẩm tro xỉ này đều có tính chất tương tự như tro xỉ nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng. Do vậy việc nghiên cứu sử dụng TT sẽ là cơ sở giúp cho việc
sử dụng các sản phẩm tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện khác.


11

Hình 1.3 giới thiệu về xưởng tách Tro tuyển của công ty cổ phần Sông
Đà Cao Cường được sử dụng để tách Tro xỉ than của nhà máy nhiệt điện Phả
Lại, Tro tuyển đã được sử dụng ở các công trình thủy điện như Sơn La, Sông

Tranh 2, Bản Chát…

Hình 1.3 Xƣởng tách Tro của công ty Cổ Phần Sông Đà Cao Cƣờng

Hiện nay, tại Việt Nam tro bay nhiệt điện là loại phụ gia khoáng mịn
phổ biến có nhiều nguồn cung cấp, hạt tro bay có hình dạng cầu kích thước
tương tự hạt xi măng. Trong tro bay có thành phần SiO2 ở dạng vô định hình
tác dụng với vôi dư trong xi măng tạo thành hợp chất CSH có cường độ. Nó
có những tác dụng chủ yếu đối với hỗn hợp bê tông tươi và bê tông đóng rắn
như sau:
- Giảm khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp bê tông.
- Làm chậm thời gian đóng rắn của hỗn hợp bê tông


12

- Giảm nhiệt thủy hóa của bê tông
- Tăng cường độ, tăng khả năng chống xâm thực của bê tông
Một số đặc điểm khác biệt giữa bê tông truyền thống và bê tông hàm
lượng tro bay cao được đưa ra như sau:
- Dễ dàng đạt độ chảy cũng như khả năng bơm, khả năng lèn chặt.
- Có bề mặt sau khi thi công tốt hơn, thời gian thi công nhanh hơn.
- Thời gian đông kết chậm hơn.
- Cường độ bê tông sẽ đạt được sau tuổi 28-90 ngày hoặc muộn hơn.
- Có độ ổn định kích thước tốt. Ngăn cản các vết nứt do nhiệt, do co tự
nhiên, do co khô.
- Sau 3 tháng bảo dưỡng có khả năng chống lại sự xâm nhập ion Clcao (thí nghiệm theo ASTM C1202).
- Có độ bền chống mài mòn, phản ứng kiềm – silic, ăn mòn sunphát.
- Có hiệu quả kinh tế do giá thành vật liệu đầu vào thấp.
- Thân thiện với môi trường, giảm khí thải cácbon, tăng nguồn nguyên

vật liệu đầu vào cho ngành xây dựng.
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế giới
và Việt Nam.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế
giới
Việc nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được thực hiện từ
đầu những năm 80 của thế kỷ 20. Trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát


13

triển, đã đạt được những kết quả quan trọng như: chế tạo được bê tông có hàm
lượng tro bay cao (High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC), bê tông chất
lượng cao có hàm lượng tro bay cao (High Performance, High Volume Fly
Ash Concrete – HPVFAC).
Trong các nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay có một số nghiên
cứu đáng chú ý sau:
Tro bay có ảnh hưởng đến một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê
tông đã đóng rắn như: cường độ nén và sự phát triển cường độ, môđun đàn
hồi, từ biến, khả năng dính kết của bê tông với cốt thép, khả năng kháng va
đập, khả năng chịu mài mòn, chống thấm và bảo vệ chống ăn mòn, giảm khả
năng nở do phản ứng kiềm- silic, bền sunphát, co khô,v.v…Tro bay có thể
ứng dụng trong hầu hết các loại bê tông như: bê tông thương phẩm, bê tông
làm đường, bê tông khối lớn, bê tông bơm, bê tông ứng lực trước căng trước
và ứng lực trước căng sau, vữa xây, vữa rót,v.v...[20].
N. Bouzoubau và B. Fourier, [23], đã sử dụng tro bay loại F để nghiên
cứu sự phát triển cường độ của bê tông với tỷ lệ thay thế xi măng từ 30-50%
theo khối lượng, hàm lượng chất kết dính từ 300-400 kg/m3, cường độ nén
được xác định ở các tuổi 1, 7, 28, 56 ngày, đã kết luận:
- Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng

tro bay đạt đến 50% khối lượng chất kết dính cho cường độ nén tuổi 28 ngày
lớn hơn 40MPa.
- Khi thay thế xi măng bằng 30% tro bay cường độ tuổi 1 ngày thấp
hơn, tuy nhiên sau 28 ngày cường độ đạt cao hơn so với bê tông không có tro
bay (loại tro bay Sundance). Với tro bay Point Tupper, cường độ tuổi 28 ngày
của bê tông tương đương với bê tông đối chứng (tỷ lệ thay thế tro bay 40%,
tổng hàm lượng chất kết dính - 350 kg/m3).


14

Rafat Siddique, [26], đã nghiên cứu thay thế xi măng bằng tro bay với
tỷ lệ 40%, 45%, 50% theo khối lượng khi tổng hàm lượng chất kết dính là 400
kg/m3. Qua kết quả nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:
- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với các tỷ lệ trên làm giảm cường
độ nén, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, môđun đàn hồi của bê tông ở tuổi 28
ngày. Tuy nhiên, sau 28 ngày tình hình được cải thiện.
- Cường độ thiết kế tuổi 28 ngày của bê tông thỏa mãn yêu cầu chịu lực
trong các kết cấu chịu lực.
- Khả năng chịu mài mòn của bê tông phụ thuộc vào cường độ nén và
hàm lượng tro bay sử dụng. Khả năng chịu mài mòn của bê tông tăng khi tuổi
của bê tông tăng ở tất cả các tỷ lệ tro bay sử dụng.
Ông cũng đã nghiên cứu thay thế một phần cốt liệu mịn trong bê tông
bằng tro bay loại F, [25]. Các tỷ lệ thay thế tro bay so với cốt liệu mịn theo
khối lượng lần lượt là 0%; 10%; 20%; 30%; 40%; 50%. Qua kết quả nghiên
cứu đã rút ra kết luận sau:
- Cường độ nén, cường độ ép chẻ, cường độ uốn, môđun đàn hồi của bê
tông thay thế cát bằng tro bay cho kết quả cao hơn so với mẫu đối chứng ở tất
cả các ngày tuổi. Sự phát triển cường độ của bê tông có tro bay và bê tông đối
chứng có sự khác biệt nhau rõ rệt từ tuổi 28 ngày.

L.H. Jiang, V.M. Malhotra, [22], đã nghiên cứu sự thay đổi lượng nước
yêu cầu của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao, trong nghiên cứu tác
giả đã sử dụng 8 loại tro bay. Tỷ lệ TB/CKD = 55% được giữ cố định. Mẫu
đối chứng có tỷ lệ N/XM = 0,43; lượng xi măng bằng 396 kg/m3. Độ sụt của
hỗn hợp bê tông được duy trì bằng 60±10 mm, cường độ nén được xác định ở
các tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày. Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:


15

- Khi sử dụng tro bay trong bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm
8,8-19,4 % lượng dùng nước.
Somnuk Tangtermsirikul, [29], đã nghiên cứu sử dụng tro bay Thái Lan
trong chế tạo bê tông, năm 2004 lượng tro bay sử dụng ở Thái Lan là 2,7 triệu
tấn. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến một số tính chất của chất
kết dính, vữa, bê tông như giảm nhiệt thủy hóa của chất kết dính, giảm độ
tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông, giảm độ co khô, giảm vết nứt do nhiệt,
giảm khả năng thẩm thấu của Ion Cl, giảm phản ứng kiềm silic, bền trong môi
trường sunphát, tăng khả năng chống mài mòn. Trong các nghiên cứu trên thì
nghiên cứu về độ co khô của bê tông khi sử dụng tro bay cho kết quả như trên
hình 1.4.

Hình 1.4. Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng
so với chất kết dính 25%.

Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông khi sử dụng tro bay loại F có tác
dụng giảm sự co ngót khô so với bê tông đối chứng không sử dụng tro bay.


16

Việc nghiên cứu giảm nhiệt thủy hóa trong bê tông khi sử dụng tro bay
đã được nghiên cứu từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước, trong nghiên cứu
đã sử dụng hàm lượng tro bay lớn hơn 50% theo khối lượng chất kết dính, các
kết quả nghiên cứu đã chứng minh việc sử dụng tro bay trong bê tông có tác
dụng giảm nhiệt tỏa ra trong khối bê tông, các kết quả được thể hiện trên hình
1.5 và bảng 1.1, [21].

Hình 1.5. Sự phát triển nhiệt độ ở tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [28].
Bảng 1.1. Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay.

Nhiệt thủy hóa ở tuổi, Cal/g
TB/CKD, %
3 ngày

7 ngày

28 ngày

0

61

75

91

52

31

42

61

57

37

43

56

65

35

42

53

68

31

40

49

71

29

36

48


17

Christine A.Langton, N.Raiendran và Stanley E.Smith, [24], đã nghiên
cứu sử dụng tro được thải trong hồ chứa làm chất kết dính trong bê tông
cường độ thấp ở Mỹ để thay thế tro bay loại F. Yêu cầu chất lượng của loại
tro này sử dụng cho bê tông cường độ thấp là cường độ nén tuổi 28 ngày từ
0,2 MPa đến 1,0 MPa thời gian đông kết sớm hơn 24 giờ, khả năng bơm và
tính công tác tốt. Tác giả đã nghiên cứu 3 loại tro bay có lượng mất khi nung
lớn hơn 6%. Mỗi loại tro được thí nghiệm với 5 cấp phối bê tông khác nhau.
Tuy nhiên, các loại tro này không được sử dụng trong bê tông kết cấu, vì nó
không thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM C618.
Trên thế giới đã có nghiên cứu đánh giá tác dụng của bê tông sử dụng
tro bay tới môi trường. Rawat Bhatta, [27], đã nghiên cứu sử dụng bê tông có
hàm lượng tro bay cao để xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ấn Độ, mác bê
tông thiết kế M25, M45, hàm lượng tro bay sử dụng 25, 40 và 50% so với
khối lượng chất kết dính. Trong nghiên cứu đã đánh giá việc giảm thiểu khí
CO2 khi sử dụng tro bay trong bê tông.
Ví dụ, mác M25 xi măng poóc lăng sử dụng khoảng 320 kg/m3, trong
khi bê tông với hàm lượng tro bay cao thì lượng xi măng sử dụng khoảng 204
kg/m3, như vậy giảm lượng dùng xi măng là 116kg/m3 bê tông, đồng thời
giảm được đáng kể lượng khí thải CO2 do sản xuất xi măng tạo ra. Qua các
kết quả thí nghiệm rút ra một số kết luận sau:

- Các tính chất của loại bê tông này đều vượt các yêu cầu của hỗn hợp

bê tông thông thường, dễ bơm, dễ thi công, giảm tổn thất độ sụt, giảm nhiệt
thủy hóa, giảm sự rủi ro do các vết nứt nhiệt gây ra.
- Có thể đạt được cường độ lớn hơn 50 MPa ở tuổi 56 và 91 ngày.