Sức chống cắt của vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác bằng thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn

SỨC CHỐNG CẮT CỦA VẬT LIỆU TRO ĐÁY TỪ NHÀ MÁY
ĐỐT RÁC BẰNG THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP ĐƯỜNG KÍNH LỚN
NGUYỄN ANH TUẤN*, NGUYỄN HẢI HÀ*,
NGUYỄN CHÂU LÂN*

Shear strength of bottom ash from incineration plant by large diameter
direct shear apparatus
Abstract: In Vietnam, the amount of domestic waste is increasing, mostly
treated by only landfill. Currently, a number of incineration plants have
been built and ash products have appeared after burning domestic waste.
The direct shear test results showed that the friction angle of bottom ash is
about 38 ° –55 °, which is suitable for construction materials. However, in
Vietnam, there is limitted researches about the mechanical properties of
this material. This paper focuses on the effect of compaction on the shear
strength of bottom ash by using large direat shear apparatus of diameter
of 30 cmx30 cm. The results show that with compaction ratio of K95, the
internal friction angle for bottom ash is much larger than with compaction
ratio of K90. In addition, the cohesion is also quite high in two cases.
Thus, it is possible to use bottom ash as construction materials.
Keywords: Municipal solid waste incinerator ash, large direct shear,
compaction
1. GIỚI THIỆU CHUNG *
Rác thải sinh hoạt có thể tạo ra điện năng
bằng cách đốt trong các nhà máy đốt rác, đây là
xu hƣớng chính trên thế giới. Sản phẩm tro sinh
ra thƣờng đƣợc sử lý theo hai cách: chôn lấp tại
các bãi rác, và tái sử dụng nhƣ là một vật liệu
thô thứ cấp.
Hiện nay, Việt nam hàng năm phát sinh 28
triệu tấn rác, và 76% đƣợc chôn lấp. Nếu đƣợc
đốt xử lý, Việt nam có thể sản xuất đƣợc khoảng

một tỉ kwh trong năm 2020 và sáu tỉ kWh trong
năm 2050 từ rác thải. Hiện nay một số lò đốt rác
sinh hoạt đã triển khai tại các tỉnh Hà Nội, Thái
Bình, Nam Định, Bình Dƣơng... tuy nhiên việc
đốt rác phát điện là một vấn đề còn khá mới.
*

Đại học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội, Việt Nam
E-mail:
E-mail:
E-mail:

30

Tại Hà nội và các tỉnh lân cận, tổng lƣợng tro
xỉ thải là khoảng 250 tấn/ngày và năm 2015,
khoảng 91 250 tấn. Con số này là không quá lớn
nhƣng cần có các nghiên cứu để có cách thức sử
dụng, quản lý hợp lý làm tiền đề cho các dự án
tƣơng tự trong thời gian tới. Theo số liệu thống
kê ứng với mỗi Megawatt (MW) điện, các nhà
máy xử lý thải ra bình quân 25 tấn tro xỉ. Nhƣ
vậy, trong các năm tới lƣợng tro xỉ từ các nhà
máy đốt rác và đồng thời lƣợng tro xỉ sinh ra
cũng sẽ tăng nhanh.
Hiện nay, tại Nhà máy xử lý rác Thành
Quang, Đan Phƣợng, lƣợng tro xỉ thải ra hàng
ngày khoảng 50 tấn đang đƣợc dùng để san lấp
hoặc sản xuất gạch không nung. Một số nghiên
cứu tro đáy của nhà máy đốt rác thuộc công ty

cổ phần đầu tƣ Thành Quang cho thấy hàm
lƣợng của Fe2O3, CaO và MgO có trong tro xỉ
tại Việt Nam cao hơn tại Trung Quốc và Mỹ.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020


Nguyên nhân do phân loại rác tại Việt Nam
chƣa tốt, lƣợng rác đƣa vào còn lẫn nhiều thành
phần vô cơ. Ngoài ra hàm lƣợng các chất độc
hại theo kết quả phân tích đều nằm dƣới ngƣỡng
của QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về ngƣỡng chất thải nguy hại).
Nhƣ vậy, tro đáy từ quá trình đốt rác sinh hoạt
phát điện có thể nghiên cứu để sử dụng làm vật
liệu xây dựng.
Hình 1 và hình 2 bên dƣới là thành phần
hạt và thành phần hỗn hợp của tro đáy của nhà
máy đốt rác công ty cổ phần đầu tƣ Thành
Quang [1].

100

Thanh phan hat nho hon (%)

80

60

40

Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy tro đáy
thƣờng đƣợc dùng cho xây dựng nền đƣờng, các
lớp móng đƣờng, các khu vực bãi đỗ xe [2]–[5] .
Nó thƣờng đƣợc dùng chủ yếu trong công trình
xây dựng nhƣ là vật liệu thay thế cho kết cấu tự
nhiên. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới về
tính chất vật lý và tính chất cơ học đã đƣợc đánh
giá cho các ứng dụng công trình. Các thí nghiệm
nhƣ nén 3 trục đã xác nhận rằng tro đáy có tính
chất cơ học nhƣ cát xây dựng. Kết quả thí
nghiệm cắt trực tiếp cho giá trị góc ma sát của
tro đáy khoảng 38°-55°.
Bài báo này tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng
của tính đầm chặt đến sức chống cắt của vật liệu
tro đáy trong quá trình đốt rác.
2. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
2.1 Lấy mẫu thí nghiệm
Mẫu tro đáy đƣợc lấy từ nhà máy đốt rác
Thành Quang, Đan Phƣợng Hà nội (Hình 3).
Mẫu đƣợc đựng trong thùng nhựa khoảng 200
lít, đƣợc vận chuyển đến phòng thí nghiệm.

20

0

1E-3

0.01

0.1

1

10

100

(mm)

Hình 1. Biểu đồ thành phần hạt cho loại tro đáy
nhà máy đốt rác thuộc công ty cổ phần đầu tư
Thành Quang.

Hình 3. Mẫu tro đáy dùng cho các thí nghiệm

Hình 2. Biểu đồ phân tích XRD cho loại tro đáy
thuộc nhà máy của công ty cổ phần đầu tư
Thành Quang.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020

2.2 Thí nghiệm vật lý
Các chỉ tiêu tính chất vật lý nhƣ độ ẩm, tỷ
trọng và các chỉ tiêu khác đƣợc thực hiện theo
TCVN có tham khảo tiêu chuẩn ASTM.
2.3 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến
- Thí nghiệm Proctor cải tiến đƣợc lựa chọn
để đầm chặt mẫu theo TCVN.
- Thí nghiệm này có cối đầm nhƣ hình vẽ 4
31

- Mẫu đƣờng kính lớn đƣợc chuẩn bị cho hai
trƣờng hợp K90 và K95 để xác định ảnh hƣởng
của đầm chặt đến sức chống cắt của tro đáy.
3. KẾT QUẢ
3.1 Thí nghiệm vật lý
Thí nghiệm vật lý xác định đƣợc khối lƣợng
thể tích (1.6 g/cm3), trọng lƣợng riêng hạt (2.6
g/cm3) và thành phần hạt nhƣ các hình 7.
Hình 4. Cối thí nghiệm đầm chặt

Hình 7. Thành phần hạt của mẫu đường kính lớn
3.2 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến
20
19
18

k(kPa)

2.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn
 Máy hãng WYKEHAM FARRANCE
(Hình 5, 6).
 Khả năng tạo lực tối đa 10 tấn. Xác định
sức chống cắt của các loại đất có lẫn sạn sỏi với
kích thƣớc các hạt sỏi lớn tới 50mm và tỷ lệ lẫn
trong đất tới 50%.
 Mẫu đất kích thƣớc 300 x 300 mm, cao
140mm.
 Dùng kích ép đến chiều cao bằng 1/3 chiều

cao mẫu định tạo, xới rạch bề mặt lên và thêm
đất đầm cho lần sau.
 Tiêu chuẩn thí nghiệm tham khảo các
TCVN và ASTM cho thí nghiệm cắt trực tiếp.

17

wopt=(%)

16

kmax=15 (kPa)

15
14
13
12
11
10
12

14

16

18

20

22

24

26

w(%)

Hình 8. Biểu đồ đường cong Proctor cải tiến
Kết quả của thí nghiệm Proctor cải tiến theo
hình 8, xác định đƣợc Wopt=22.8 % và k
max=15 kPa
3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn
Kết quả cắt trực tiếp đƣờng kính lớn cho
mẫu ứng với hệ số đầm chặt lần lƣợt là K90 và
K95 đƣợc chỉ ra ở hình 9, 10.
400

Hình 5. Máy cắt đường kính lớn

Equation

y = a + b*x

Weight

No Weighting
1.40167

Residual Sum
of Squares

0.99991

øng suÊt c¾t (kPa)

Pearson's r

0.99962

Adj. R-Square

Value

300

Intercept

B

Slope

Standard Error

72.96667

1.80847

0.6095

0.00837

200

K90
c=72.97 kPa
®é
100
100

200

300

400

øng suÊt ph¸p (kPa)

Hình 6. Mẫu đầm vào hộp cắt 30cmx30cm
32

Hình 9. Biểu đồ sức định sức chống cắt
ứng với hệ số đầm chặt K90
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020


4. KT LUN
Da vo kt qu thớ nghim cú th a ra
mt s kt lun sau õy. Khi m cht vi
cht K95 thỡ giỏ tr gúc ma sỏt trong ca tro ỏy
ln hn khỏ nhiu so vi trng hp cú cht

K90, cng lc dớnh n v cng khỏ cao.
Nh vy bc u cú th thy rng cú kh nng
s dng vt liu tro ỏy t nh mỏy t rỏc lm
vt liu xõy dng.

400
Equation

y = a + b*x

Weight

No Weighting
4.00167

Residual Sum
of Squares

0.99989

Pearson's r

0.99958

Adj. R-Square

ứng suất cắt (kPa)

Value
Intercept

B

Slope

Standard Error

79.33333

3.05569

0.9745

0.01415

300

K95
c=79.33 kPa
độ

200

100

200

300

400

ứng suất pháp (kPa)

Hỡnh 10. Biu sc nh sc chng ct ng
vi h s m cht K90
3.4. nh hng m cht n sc chng ct
ca tro ỏy t nh mỏy t rỏc
Bng 1 ch ra nh hng ca m cht n
sc chng ct ca vt liu tro ỏy sau khi t.
Giỏ tr gúc ma sỏt trong ca mu ng vi K95
ln hn 13 so mu K90.
Bng 1. So sỏnh m cht
Tham s sc chng ct

K90

K95

Gúc ma sỏt trong ()

31

44

71,97

79,33

Lc dớnh n v, c (kPa)
46

Góc ma sát trong, c (kPa)

44
42
40

Cỏc kt qu
nghiờn cu
khỏc trờn th
gii
Kt qu ct k
ln (nhúm tg)

38
36
34
32
30
0

20

40

60

80

Lực dính đơn vị, c (kPa)

Hỡnh 11. So sỏnh kt qu tớnh toỏn v kt qu
cỏc nghiờn cu khỏc
Hỡnh 11 trỡnh by kt qu tớnh toỏn v so
sỏnh vi cỏc tỏc gi khỏc [2], [5][7]. Khi v lờn
biu thỡ kt qu thớ nghim cho thy lc dớnh
n v tng nhiu so vi cỏc tỏc gi khỏc. Lý do
l cú ln nhiu cỏc mnh snh v cỏc vt liu
khỏc ln vo trong.

TI LIU THAM KHO
[1] N. . Thanh, Thớ nghim xỏc nh tớnh
cht c lý ca tro x t nh mỏy t rỏc sinh
hot, 2018.
[2] Z. Yang, R. Ji, L. Liu, X. Wang, and Z.
Zhang, Recycling of municipal solid waste
incineration by-product for cement composites
preparation, Constr. Build. Mater., 2018.
[3] A. T. Ahmed and H. A. Khalid,
Effectiveness of novel and traditional
treatments on the performance of incinerator
bottom ash waste, Waste Manag., 2011.
[4] E. Toraldo, S. Saponaro, A.
Careghini, and E. Mariani, Use of
stabilized bottom ash for bound layers of
road pavements, J. Environ. Manage., vol.
121, pp. 117-123, 2013.
[5] F. Becquart, F. Bernard, N. E. Abriak,
and R. Zentar, Monotonic aspects of the
mechanical behaviour of bottom ash from

municipal solid waste incineration and its
potential use for road construction, Waste
Manag., 2009.
[6] M. Arm, Variation in mechanical
properties of MSW incinerator bottom ash:
Results from triaxial tests, Waste Manag. Ser.,
vol. 1, pp. 567578, Jan. 2000.
[7] G. Pecqueur, C. Crignon, and B.
Quộnộe, Behaviour of cement-treated MSWI
bottom ash, Waste Manag., vol. 21, no. 3, pp.
229233, Jun. 2001.

Ngi phn bin: PGS. TSKH TRN MNH LIU
A K THUT S 2 - 2020

33