(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại đến các tính chất của bê tông khối lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO B

Ộ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HOÀNG MINH ĐIỀU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRO
TUYỂN PHẢ LẠI ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
BÊ TƠNG KHỐI LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - Năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HOÀNG MINH ĐIỀU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRO
TUYỂN PHẢ LẠI ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
BÊ TƠNG KHỐI LỚN
Chun ngành : Xây dựng cơng trình
thủy Mã số
: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Quốc Vương

Hà Nội - Năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cơ giáo
Trường Đại học Thủy lợi, cùng với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, đến nay
tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng
của tro tuyển Phả Lại đến các tính chất của bê tơng khối lớn“.
Với lịng kính trọng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu,
nhà trường, các Quý thầy cơ giáo Khoa cơng trình và các Q thầy cơ trường
Đại học Thủy lợi; Phịng Đào tạo Đại học và Sau đại học đã giảng dạy, tạo
điều kiện về mọi mặt để tác giả hồn thành chương trình học và hoàn thành
luận văn thạc sĩ này. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy
giáo, TS. Vũ Quốc Vương, Trưởng bộ môn Vật liệu xây dựng - Trường Đại
học Thủy lợi đã hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ tận tình, tạo mọi điều kiện trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tuy nhiên, với thời gian, kinh nghiệm cịn hạn chế, luận văn khơng tránh
khỏi những thiếu sót nhất định. Tác giả rất mong nhận được sự thơng cảm,
chỉ bảo, đóng góp của Q các thầy cơ giáo, bạn bè, đồng nghiệp để tác giả
hồn thiện hơn trong công tác nghiên cứu khoa học và làm việc sau này.
Xin chân thành cảm ơn./.
Hà nội, ngày 26 tháng 11 năm 2014
Tác giả

Hoàng Minh Điều


LỜI CAM ĐOAN

Tên tơi là: Hồng Minh Điều
Tơi cam đoan luận văn này hồn tồn do tơi thực hiện. Các đoạn trích
dẫn và số liệu sử dụng trong luận văn đã được chỉ dẫn rõ nguồn gốc, các kết
quả nghiên cứu trung thực, chưa từng được người nào công bố.
Hà nội, ngày 26 tháng 11 năm 2014
Tác giả

Hoàng Minh Điều


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ
TÔNG KHỐI LỚN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.....................................4
1.1. Khái niệm về bê tông khối lớn........................................................................ 4
1.2. Khái niệm về tro bay....................................................................................... 4
1.3. Tình hình nghiên cứu, sử dụng tro bay cho bê tông khối lớn trên thế giới.......7
1.4. Tình hình nghiên cứu, sử dụng tro bay cho bê tông khối lớn ở Việt Nam......16
1.5. Kết luận chương I......................................................................................24
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG TRO BAY
ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG KHỐI LỚN.................................25
2.1. Khái quát về tính chất vật liệu chế tạo bê tông khối lớn.............................25
2.1.1. Xi măng.................................................................................................25
2.1.2. Tro bay.................................................................................................. 25
2.1.3. Cốt liệu lớn............................................................................................27
2.1.4. Cốt liệu nhỏ...........................................................................................28
2.1.5. Phụ gia dẻo hóa..................................................................................... 29
2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính cơng tác của bê tông khối lớn. . .29
2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến cường độ của bê tơng khối lớn.........32
2.4. Tính chất nhiệt và các biện pháp giảm nhiệt trong bê tông khối lớn.............. 35

2.4.1. Khái quát vấn đề nhiệt trong bê tông khối lớn......................................35
2.4.2. Sự thayđổi nhiệt độ của bê tông...........................................................36
2.4.3. Ứng suất nhiệt và nứt do nhiệt.............................................................. 37
2.4.4. Các biện pháp giảm nhiệt trong BTKL.................................................38
2.4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến nhiệt thủy hóa chất kết dính...39
2.5. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính chống thấm của bê tơng khối
lớn. ..................................................................................................................40


MỤCbêLỤC
2.5.1. Khái quát về vấn đề thấm trong
tông khối lớn.................................40
2.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính chống thấm của bê tông
khối lớn........................................................................................................... 41
2.5.3. Một số kết quả nghiên cứu tác dụng tro bay đến tính chống thấm của bê
tông khối lớn................................................................................................... 45
2.6. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tăng độ đoạn nhiệt trong bê tông
khối lớn............................................................................................................48
2.6.1. Nhiệt thủy hóa của xi măng và nhiệt độ của bê tông............................ 48
2.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê
tông khối lớn................................................................................................... 51
2.7. Kết luận chương II.....................................................................................54
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG HÀM LƯỢNG
TRO BAY CAO CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN ỨNG DỤNG CHO ĐẬP TRÀN
DỰ ÁN XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN CẨM THỦY 1, HUYỆN
CẨM THỦY, TỈNH THANH HĨA.......................................................................56
3.1. Giới thiệu chung về cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy,
tỉnh Thanh Hóa................................................................................................56
3.1.1. Giới thiệu chung về cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1........................56
3.1.2. Tổng mặt bằng bố trí cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1.......................58

3.1.3. Khối lượng bê tông các hạng mục cơng trình chính............................. 58
3.2. Phạm vi nghiên cứu, ứng dụng cho cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1..........59
3.3. Vật liệu sử dụng cho nghiên cứu................................................................... 60
3.3.1. Xi măng.................................................................................................60
3.3.2. Tro tuyển Phả Lại..................................................................................62
3.3.3. Cốt liệu lớn - Đá dăm dùng cho bê tơng và chọn kích thước Dmax.....63
3.3.4. Cốt liệu nhỏ...........................................................................................64
3.4. Phương pháp thiết kế cấp phối bê tơng có sử dụng phụ gia khoáng...........64


MỤC
3.4.1. Tổng quan về thiết kế cấp phối
bêLỤC
tông................................................ 65
3.4.2. Các bước thiết kế cấp phối bê tơng.......................................................66
3.5. Phương pháp thí nghiệm để đánh giá tác dụng mà tro bay đem lại.............70
3.5.1. Phương pháp thí nghiệm xác định độ lưu động....................................70
3.5.2. Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ........................................ 71
3.5.3. Phương pháp thí nghiệm xác định hệ số thấm...................................... 72
3.5.4. Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông................73
3.6. Thiết kế cấp phối bê tông khối lớn sử dụng hàm lượng tro bay ứng dụng
cho hạng mục đập tràn thủy điện Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa
74
3.6.1. Thành phần bê tơng...............................................................................74
3.6.2. Tính tốn cấp phối cho 1m3 bê tơng......................................................75
3.6.3. Các cấp phối thí nghiệm........................................................................76
3.7. Một số kết quả thí nghiệm. Lựa chọn cấp phối bê tông cho đập tràn thủy
điện Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa......................................... 77
3.7.1. Kết quả thí nghiệm xác định một số tính chất của CKD hỗn hợp xi
măng - tro tuyển.............................................................................................. 77

3.7.2. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm...............................................80
3.7.3. Lựa chọn cấp phối bê tông cho đập tràn thủy điện Cẩm Thủy 1, huyện
Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa.............................................................................82
3.8. Khống chế nhiệt độ và tốc độ thi công đập tràn thủy điện Cẩm Thủy 1,
huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa....................................................................... 83
3.8.1. Khống chế nhiệt độ trong thi công bê tông đảm bảo yêu cầu thiết kế. .83
3.8.2. Tốc độ thi cơng bê tơng.........................................................................87
3.9. Đề xuất quy trình sử dụng tro bay cho BTKL............................................... 88
3.9.1. Công nghệ sản xuất tro bay đảm bảo chất lượng cho BTKL................89
3.9.2. Sử dụng tro bay trong thi công BTKL.................................................. 91


MỤC LỤC
3.10. Kết luận chương III..................................................................................
91
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 93
1. Kết luận........................................................................................................93
2. Những vẫn đề còn tồn tại............................................................................. 94
3. Kiến nghị......................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 96
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ tuyển nổi tro bay....................................................6
Hình 1.2. Hình ảnh của tro bay.........................................................................6
Hình 1.3. Sự phát triển nhiệt độ ở tâm mẫu bê tơng 15x15x15cm.................13
Hình 2.1. Ảnh hưởng của TT đến thời gian đơng kết của CKD.....................30
Hình 2.2. Độ cơng tác của BTĐL sử dụng tro bay và Puzơlan thiên nhiên....31
Hình 2.3. Ảnh hưởng của TT đến cường độ nén của CKD............................32

Hình 2.4. Quá trình thay đổi nhiệt trong BTKL..............................................37
Hình 2.5. Ảnh hưởng của TT đến nhiệt thủy hóa của CKD...........................39
Hình 2.6. Tỏa nhiệt của các mác xi măng theo thời gian................................48
Hình 2.7. Q trình thay đổi nhiệt trong bê tơng............................................49
Hình 2.8. Sự phát triển nhiệt độ bê tông với hàm lượng TT khác nhau.........53
Hình 2.9. Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt BT với hàm lượng TT khác nhau......54
Hình 3.1. Bản đồ vị trí cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1..............................57
Hình 3.2. Phối cảnh thủy điện Cẩm Thủy 1....................................................58
Hình 3.3. Nón cụt tiêu chuẩn dùng để xác định độ sụt của bê tơng...............71
Hình 3.4. Đo độ sụt của bê tơng......................................................................71
Hình 3.5. Sơ đồ thí nghiệm xác định hệ số thấm............................................72
Hình 3.6. Hệ số thấm của bê tơng có 20%TT và khơng có TT, 28 ngày........81
Hình 3.7. Hệ số thấm của bê tơng có 20%TT và khơng có TT, 60 ngày........82


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Nhiệt thủy hóa của CKD khi có và khơng có tro bay.....................13
Bảng 1.2. Một số cơng trình BTKL sử dụng tro bay trên thế giới..................15
Bảng 1.3. Đập BTĐL (cao trên 15m) sử dụng tro bay trên thế giới...............15
Bảng 1.4. Thành phần cấp phối BTKL kiến nghị cho 1m3, TĐ Tuyên Quang......20
Bảng 1.5. Thành phần cấp phối BTĐL kiến nghị cho 1m3 TĐ Sơn La..........20
Bảng 1.6. Kết quả thí nghiệm kiểm chứng trên các khối đổ BTKL...............21
Bảng 1.7. Nhiệt độ bê tông tại các khối đổ.....................................................22
Bảng 1.8. Các đập BTĐL sử dụng PGK ở Việt Nam......................................23
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của CKD........................29
Bảng 2.2. Kết quả cường độ nén bê tông nghiên cứu và tỷ lệ phát triển........34
cường độ các ngày tuổi so với tuổi 28 ngày....................................................34
Bảng 2.3. Kết quả xác định nhiệt thuỷ hố của XM có sử dụng XNĐ...........40
Bảng 2.4. Nhiệt thủy hóa của các đơn khống trong xi măng........................48
.............

Bảng 2.5. Cấp phối bê tơng có sử dụng tro tuyển Phả Lại trong 1m3
53
Bảng 2.6. Kết quả nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tơng có lượng TT khác nhau. .53
Bảng 3.1. Khối lượng bê tông các hạng mục cơng trình chính.......................58
Bảng 3.2. Tính chất cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn...................................61
Bảng 3.3. Thành phần hóa học của xi măng PC40 Bút Sơn...........................61
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của tro tuyển Phả Lại....................................62
Bảng 3.5. Tính chất của tro tuyển Phả Lại theo ASTM C618........................62
Bảng 3.6. Các tính chất khác của TT..............................................................63
Bảng 3.7. Một số chỉ tiêu cơ lý đối với đá dăm..............................................63
Bảng 3.8. Thành phần hạt của cát vàng Sơng Mã theo ASTM C136:2004....64
Bảng 3.9. Một số tính chất cơ lý khác của cát vàng Sông Mã........................64
Bảng 3.10. Cấp phối bê tông thường (CP0)....................................................76


Bảng 3.11. Cấp phối bê tơng có 20% TT (CP1).............................................76
Bảng 3.12. Cấp phối bê tơng có 25% TT (CP2).............................................77
Bảng 3.13. Cấp phối bê tơng có 30% TT (CP3).............................................77
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của chất kết dính..........78
Bảng 3.15. Bảng xác định hệ số thấm.............................................................81


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTKL

: Bê tông khối lớn

BTĐL

: Bê tông đầm lăn

BT

: Bê tông

BTCT

: Bê tông cốt thép

CKD

: Chất kết dính

C/CKD

: Tỷ lệ cát/chất kết dính

C/XM

: Tỷ lệ cát/xi măng

C/CL

: Tỷ lệ cát/cốt liệu

HHBT

: Hỗn hợp bê tông

KLTT

: Khối lượng thể tích

KL

: Khối lượng

MKN

: Mất khi nung

N/CKD

: Tỷ lệ nước/chất kết dính

N/XM

: Nước/xi măng

PGK

: Phụ gia khống

PGH

: Phụ gia hóa

PGSD

: Phụ gia siêu dẻo

PGKHT

: Phụ gia khống hoạt tính

PGHH

: Phụ gia hóa học

Rn

: Cường độ nén

SN

: Độ sụt

TB/CKD

: Tỷ lệ tro bay/chất kết dính

TT/CKD

: Tro tuyển Phả Lại/chất kết dính

TB

: Tro bay

TT

: Tro tuyển Phả Lại


TCXDVN

: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD

: Tiêu chuẩn xây dựng

TCN

: Tiêu chuẩn Ngành

X,C,Đ,S,N

: Xi măng, cát, đá, sỏi, nước

XNĐ

: Xỉ nhiệt điện Phả Lại


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo qui hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 đến 2020 có
xét đến năm 2030 (gọi tắt là quy hoạch điện VII) ban hành kèm theo Quyết
định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ [3], trong đó
nhiệt điện than: Khai thác tối đa nguồn than trong nước cho các nhà máy nhiệt
điện khu vực miền Bắc. Đến năm 2020, tổng công suất nhiệt điện đốt than
khoảng 36.000 MW, sản xuất khoảng 156 tỷ KWh (chiếm 46,8% lượng điện
sản xuất), tiêu thụ 63,7 triệu tấn than, khi đó lượng tro xỉ thải ra mơi trường
khoảng 25 ÷ 27 triệu tấn [20]. Đến năm 2030, tổng công suất nhiệt điện đốt
than khoảng 75.000 MW, sản xuất khoảng 394 tỷ kWh (chiếm 56,4% lượng
điện sản xuất) tiêu thụ 171 triệu tấn than, lượng tro xỉ thải ra môi trường
khoảng 45 triệu tấn, trong đó trên 75 % là tro [20]. Ngồi việc gây tốn hàng
ngàn hecta đất để chứa, chôn lấp thì tro xỉ than cịn là nguồn gây ơ nhiễm môi
trường đặc biệt nghiêm trọng cho đất, nước và không khí. Việc phát triển, tìm
kiếm giải pháp, đổi mới, áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tận thu tro xỉ
than, tái chế và sử dụng, biến nguồn phế thải này thành nguồn nguyên liệu có
giá trị có ý nghĩa vơ cùng quan trọng.
Nguồn tài ngun là có hạn, nếu không chú trọng đến việc tái chế và sử
dụng lại phế thải thì trong tương lai, con người sẽ phải trả giá đắt. Ngay từ
bây giờ, rất cần có nhiều chương trình khai thác, chế biến hợp lý, sử dụng
hiệu quả và tiết kiệm nguồn tài nguyên, trong đó tro xỉ than.
Những năm gần đây, ở nước ta đã có một số cơng trình nghiên cứu và sử
dụng loại phế thải này cho BTĐL, bê tông thông thường với hàm lượng sử
dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao
trong bê tông, thông thường ít được đề cập.


Để tăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện trong bê tông cần đặt ra nhiệm

vụ nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt
điện với hàm lượng cao đến các tính năng của bê tông, đặc biệt là nghiên cứu
sử dụng tro bay hàm lượng cao cho BTKL thông thường sử dụng cho các đập
thủy lợi, thủy điện.
Một trong những vấn đề của BTKL là nứt nhiệt do thủy hóa xi măng. Để
khống chế hiện tượng này thường sử dụng các biện pháp truyền thống như:
Làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng xi
măng tỏa nhiệt thấp và nhất là sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v...
Trên thế giới việc nghiên cứu, sử dụng tro bay cho cho BTKL đã có từ
lâu, song ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay, cụ thể là tro tuyển Phả
Lại cho BTKL cũng mới chỉ bắt đầu từ những thập niên gần đây. Việc sử
dụng tro bay để thay thế một phần xi măng trong BTKL sẽ làm tăng độ bền
của bê tông, tăng tuổi thọ của các cơng trình, góp phần quan trọng trong việc
giảm lượng xi măng, giảm nhiệt độ của bê tông, hạn chế việc nứt do nhiệt
thủy hóa xi măng ở Việt Nam là vấn đề rất được quan tâm trong thi cơng xây
dựng cơng trình.
Vì vậy “Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả lại đến các tính
chất của bê tông khối lớn“ là hết sức cần thiết ở nước ta hiện nay. Từ kết
quả nghiên cứu, đề xuất ứng dụng trong thi công bê tông đập tràn, dự án xây
dựng cơng trình thủy điện Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất của BTKL.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng tro bay đến các tính chất của BTKL.


- Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cho BTKL, ứng
dụng trong thi công bê tơng đập tràn, dự án xây dựng cơng trình thủy điện
Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm. Tiến hành thí nghiệm để xác
định cấp phối BTKL sử dụng tro bay.
5. Kết quả dự kiến đạt được
- Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính chất của BTKL
- Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cho BTKL, ứng
dụng trong thi công bê tông đập tràn, dự án xây dựng cơng trình thủy điện
Cẩm Thủy 1, huyện Cẩm Thủy, tỉnh Thanh Hóa.


CHƯƠNG I
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG TRO BAY TRONG BÊ TÔNG
KHỐI LỚN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Khái niệm về bê tông khối lớn
- Theo ACI 116-00 [37], BTKL là một thể tích bê tơng đủ lớn và yêu cầu
phải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do sự thủy hóa xi măng
cũng như biến đổi thể tích kèm theo để giảm nứt nhiệt.
- Theo Gajda, M. Vangeem [47], có nhiều khái niệm khác nhau về bê
tơng khối lớn, ví dụ: BTKL là bất kỳ kết cấu bê tơng nào khi kích thước nhỏ
nhất lớn hơn 3ft (0,9m). Theo định nghĩa này, với một móng lớn có chiều dầy
0,9m chưa được xem là BTKL, mà phải có chiều dầy tối thiểu 1m mới được
xem là BTKL.
- Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 305:2004 [33], bê tông
khối lớn - Quy phạm thi công và nghiệm thu: Kết cấu BT hoặc BTCT được coi
là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng
nhiệt thủy hóa của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tơng và do đó cần
phải có biện pháp để phịng ngừa vết nứt. Trong điều kiện nóng ẩm ở Việt Nam
kết cấu có cạnh nhỏ nhất (a) và chiều cao (h) lớn hơn 2m có thể được xem là
khối lớn.
1.2. Khái niệm về tro bay
Tro bay (tên tiếng Anh là fly ash), là các sản phẩm phụ hoặc phế thải thu

được trong các q trình sản xuất cơng nghiệp, bao gồm silicafum, tro xỉ nhiệt
điện, xỉ hạt lò cao“ đây là phần mịn nhất của tro xỉ than. Các hạt bụi tro được
đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hồi từ phương pháp kết sương
tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy. Gọi là tro bay vì người ta dùng các
luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khi nhất định thì hạt to sẽ rơi
xuống trước và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Tro bay là một loại “puzolan nhân tạo“
bao gồm


SiO2, Al2O3, Fe2O3 (chiếm khoảng 84%)“ là những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ
lọt sàng từ 0,05 - 50 nanomet (1 nanomet = 1x10-9 m) tỉ diện 300 - 600m2/kg. Nhờ
bị đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng 1.400OC) nên nó có tính puzolan
là tính hút vôi rất cao.
Tro bay được phân ra hai loại với các đặc điểm khác nhau: loại C có hàm
lượng CaO ≥ 5% và thường bằng 15 - 35%. Đó là sản phẩm đốt than linhit
hoặc than chứa bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.
Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc
than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2 - 10%.
Tro bay Phả Lại thuộc loại F.
Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng SiO 2 có rất nhiều trong tro
bay, nên khi kết hợp với xi măng Portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo
ra các sản phẩm bê tơng với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống
thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính
chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi cơng do khơng
phải xử lý nhiệt... Ngồi ra, nó cịn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng
kể.
Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của
ngành xây dựng một cách rộng rãi và đã có những cơng trình lớn trên thế giới
sử dụng sản phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu. Các cơng trình tiêu
biểu đã sự dụng tro bay làm phụ gia là: Đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản

được xây dựng từ những năm 1950 đã sử dụng 60% tro bay thay thế xi măng;
Trung Quốc sử dụng tro bay xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980...
Từ thế kỷ trước, các nhà khoa học đã biết sử dụng tro bay của các nhà
máy điện đốt than để làm phụ gia cho bê tông. Khoa học kỹ thuật ngày càng
phát triển đã khẳng định được “sự kỳ diệu của tro bay“ trong công nghệ bê tông,
sản xuất xi măng.


Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ tuyển nổi tro bay
Dùng tro bay làm phụ gia bê tông sẽ làm tăng cường độ bê tông; làm tăng
độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng; “khử vôi tự do CaO“
trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ“ làm giảm chất lượng bê tông
trong môi trường nước.

Hình 1.2. Hình ảnh của tro bay


Đặc biệt, trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các cơng trình thủy
điện, khi có phụ gia tro bay, ta có thể đổ bê tơng gián đoạn mà khơng phải đổ
liên tục như bê tơng thường. Nó khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất
nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ cơng trình, giá thành có
thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông.
Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat cho xây dựng cơng trình
ở các vùng nước lợ, nước mặn, đồng muối, cơng trình biển đảo. Nó là phụ gia
cho bê tơng tự lèn đối với cơng trình địi hỏi chịu lực cao. Với vữa trát tường,
nó có thể thay thế 30 ÷ 35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm.
* Đặc biệt là trong cơng nghệ BTĐL ngồi vật liệu xi măng, cát, đá thì PGK
tro bay khơng thể thiếu, việc sử dụng này có một số ưu điểm sau:
+ Giảm nhiệt thuỷ hoá CKD, hạn chế được nứt nhiệt cho bê tông;
+ Bổ sung lượng hạt mịn cho bê tông nghèo xi măng, giảm độ phân tầng

tách nước, tăng tính dẻo cho HHBT và tăng độ đặc chắc, nâng cao tính chống
thấm cho bê tơng;
+ Tăng tính bền cho bê tơng trong nước và trong đất có chất ăn mịn;
+ Giảm giá thành bê tông;
Tuy nhiên, khi sử dụng tro bay có thể kéo dài thời gian đơng kết, cường
độ bê tông ở tuổi ngắn ngày (3, 7 ngày) thường thấp hơn bê tông đối chứng,
nhưng cường độ ở tuổi dài ngày (90, 180, 360 ngày) có thể tương đương hoặc
cao hơn so với bê tơng đối chứng có cùng tỷ lệ N/CKD.
1.3. Tình hình nghiên cứu, sử dụng tro bay cho bê tông khối lớn trên
thế giới.
Việc nghiên cứu bê tơng có hàm lượng tro bay cao đã được thực hiện từ
đầu những năm 80 của thế kỷ 20 [58]. Trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát
triển, đã đạt được những kết quả quan trọng như: Chế tạo được bê tơng có
hàm lượng tro bay, bê tơng chất lượng cao có hàm lượng tro bay cao.


Trong các nghiên cứu về bê tông sử dụng tro bay có một số nghiên cứu
đáng chú ý sau:
- Theo [39], tro bay có ảnh hưởng đến một số tính chất của HHBT và bê
tơng đã đóng rắn như: Cường độ nén và sự phát triển cường độ, mô đun đàn
hồi, từ biến, khả năng dính kết của bê tơng với cốt thép, khả năng kháng va
đập, khả năng chịu mài mòn, khả năng phát sinh nhiệt, bền ở nhiệt độ cao,
bền chống đóng băng và tan băng, 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 tơng như: Bê tông thương phẩm, bê
tông làm đường, BTKL, BTĐL bê tông bơm, bê tông ứng lực trước căng
trước và ứng lực trước căng sau, vữa xây, vữa rót,v.v...
- N.Bouzouba và B.Fourier [49], 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 CKD 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 tơng tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng
tro bay đạt đến 50% khối lượng CKD 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 tơng khơng 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 CKD - 350 kg/m3).
- Rafat Siddique [53], đã nghiên cứu thay thế xi măng bằng tro bay với
tỷ lệ 40%, 45%, 50% theo khối lượng khi tổng hàm lượng CKD là 400 kg/m 3.
Qua kết quả nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:
+ Việc thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40%, 45%, 50% theo khối


lượng 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.
+ Bê tông thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40%, 45%, 50% theo
khối lượng có cường độ thiết kế tuổi 28 ngày cho phép sử dụng trong 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.
- L.H. Jiang, V.M. Malhotra [48], đã nghiên cứu sự thay đổi lượng nước
yêu cầu của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao, trong nghiên cứu 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 396kg/m3. Độ sụt của
HHBT được duy trì bằng 6010mm, cường độ nén được xác định ở các tuổi
1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày, kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau: Khi sử dụng

tro bay trong bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm 8,819,4% lượng
dùng nước.
- Rafat Siddique [52], đã nghiên cứu thay thế một phần cốt liệu mịn
trong bê tông bằng tro bay loại F. 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 tơng đối chứng có sự khác biệt nhau rõ rệt từ tuổi 28
ngày.
- Rawat Bhatta [46], đã nghiên cứu sử dụng bê tơng 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%, 50% so với khối lượng
CKD. 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 HHBT
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.
+ Đây là loại bê tơng có khả năng giảm sự thấm của Cl- V. K. Mathur và cộng sự [57], đã nghiên cứu sử dụng tỷ lệ thay thế tro
bay trong bê tông từ 3050% theo khối lượng CKD để chế tạo bê tông M20,
M30, M40. Sau khi đánh giá các chỉ tiêu như độ sụt, cường độ nén tuổi 7 và
28 ngày đưa ra một số kết luận sau:
+ Có thể chế tạo bê tơng mác M30 và M40 với lượng dùng xi măng thấp
khi sử dụng tro bay với tỷ lệ thay thế phù hợp.
+ Bê tơng M20, M30, M40 có thay thế một phần xi măng bằng tro bay
với hàm lượng cao, ở tuổi 28 ngày cho cường độ nén tương đương với mẫu
đối chứng không sử dụng tro bay.
+ Khả năng chống xâm nhập của ion Cl- trong bê tơng có tro bay được

cải thiện, khả năng thấm nước giảm.
+ Giá thành của bê tông tro bay thấp hơn, do vậy sự có mặt của tro bay
trong bê tơng vừa cải thiện được độ bền vừa giảm giá thành sản phẩm.
- Somnuk Tangtermsirikul [55], đã nghiên cứu sử dụng tro bay ở 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
CKD, vữa bê tơng như giảm nhiệt thủy hóa của CKD, 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. Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông


khi sử dụng tro bay loại F có tác dụng giảm sự co ngót khơ so với bê tơng đối
chứng không sử dụng tro bay.
- Một số đặc điểm khác biệt giữa bê tông truyền thống và bê tông hàm
lượng tro bay cao được đưa ra như sau [50]:
+ Dễ dàng đạt độ chảy cũng như khả năng bơm, khả năng lèn chặt;
+ Có bề mặt sau khi thi cơng 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 Cl- ;
+ 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 mơi trường, giảm khí thải cácbon, tăng nguồn nguyên
vật liệu đầu vào cho ngành xây dựng.
- Prof. Arun Kumar Chakraborty [51], đã nghiên cứu chế tạo bê tơng có
hàm lượng tro bay cao sử dụng cho kết cấu. Tác giả đã nghiên cứu chế tạo bê
tông mác M40, M60 trên cơ sở sử dụng hai loại xi măng Portland thường và

xi măng Portland puzolan với các tỷ lệ tro bay thay thế 30%, 40%, 50%, 55%
theo khối lượng chất kết dính, các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: Độ sụt HHBT,
cường độ nén tuổi 1, 3, 7, 28, 56, 91 ngày, cường độ uốn, cường độ ép chẻ,
khả năng thấm Cl-. Kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
+ Đối với bê tông có cùng độ sụt, cùng hàm lượng CKD và cường độ, thì
lượng nước yêu cầu và tỷ lệ N/CKD giảm khi lượng dùng tro bay tăng.
+ Có thể chế tạo bê tông mác M40, M60 từ CKD chứa đến 50% tro bay.
Tuy vậy, cường độ bê tông ở tuổi sớm đạt thấp, cường độ ở tuổi dài ngày tăng
mạnh và làm tăng khả năng chống thấm ion Cl- so với mẫu bê tông đối chứng.


- S.Gopalakrishnan và cộng sự [54], đã nghiên cứu chế tạo bê tông mác
M30 với hàm lượng tro bay thay thế xi măng lên đến 50% theo khối lượng,
độ sụt bê tơng u cầu 100mm. Các chỉ tiêu thí nghiệm là cường độ nén tuổi
1, 3, 7, 28, 56 và 90 ngày; khả năng thấm Cl -; khả năng ăn mòn cốt thép; khả
năng thấm; quan hệ giữa ứng suất và biến dạng; cường độ uốn; cường độ bám
dính; khả năng chịu mài mòn. Kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
+ Giá trị cường độ nén ở tuổi 28 ngày của bê tông thông thường và bê
tông hàm lượng tro bay cao là tương đương nhau. Tuy nhiên, bê tông sử dụng
hàm lượng tro bay cao cho cường độ cao ở tuổi muộn so với bê tông thường.
+ Cường độ uốn của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao lớn hơn bê
tơng thường trong khi đó cường độ bám dính của hai loại bê tơng là tương
đương nhau.
+ Bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho tính thấm Cl -, độ hút nước
thấp và giảm tính thấm nước so với bê tơng thơng thường. Các tính chất này
được cải thiện ở các tuổi dài ngày của bê tơng.
+ Trong thí nghiệm thấm cácbon ở tuổi 28 ngày, bê tông sử dụng hàm
lượng tro bay cao cho kết quả thấm, khả năng chống mài mòn tốt hơn so với
bê tông thông thường.
- P.Kumar Mehta [50], đã nghiên cứu bê tông chất lượng cao, bê tông có

hàm lượng tro bay cao cho mục đích phát triển bền vững với môi trường. Kết
quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
+ Trong xây dựng hiện đại, hàm lượng tro bay sử dụng từ 1520% so
với khối lượng chất kết dính khá phổ biến tại Bắc Mỹ, hàm lượng sử dụng
cao hơn từ 2530% chỉ sử dụng khi quan tâm đến vết nứt do nhiệt, độ nở do
phản ứng kiềm - silic, ăn mòn sunphát.
+ Khắc phục sự phát triển cường độ chậm ở tuổi sớm của bê tông khi sử
dụng hàm lượng tro bay cao bằng cách giảm tỷ lệ N/CKD, sử dụng phụ gia