NGHIÊN cứu sử DỤNG TRO bã mía để THAY THẾ XI MĂNG TRONG sản XUẤT bê TÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI
MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TƠNG

<SV 06.2018>

Sinh viên chịu trách nhiệm chính: Phạm Thị Thu Hương
Ngành học: Sư phạm Hóa học
Khóa học: 2016 -2020
Khoa: Khoa học – Tự nhiên

Quảng Bình, năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ
XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TƠNG
<SV 06.2018>

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên và kỹ thuật.
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:
1. Phạm Thị Thu Hương – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020
2. Lê Thị Hạnh – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020

3. Nguyễn Thị Thu Hà – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020
GVHD: ThS. Nguyễn Đức Minh

Quảng Bình, năm 2019


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG BIỂU
A. MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ............................................................................... 1
2. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1
3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2
5. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 2
6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 3
B. NỘI DUNG ............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ ............................. 4
1.1. Mía và tro bã mía .................................................................................................. 4
1.1.1. Giới thiệu về cây mía ........................................................................................ 4
1.1.2. Đặc tính chung của bã mía ................................................................................. 5
1.1.3. Giới thiệu về tro bã mía ...................................................................................... 6
1.1.4. Một số ứng dụng của bã mía tro bã mía .............................................................. 6
1.2. Xi măng và bê tông .............................................................................................. 8
1.2.1. Giới thiệu về xi măng ......................................................................................... 8
1.2.2. Giới thiệu về Bê tông ....................................................................................... 10
1.2.3. Một số ứng dụng của bê tông ........................................................................... 10
1.3. Phương pháp xác định thành phần tro bã mía - Phương pháp huỳnh quang tia X (
XRF) ........................................................................................................................ 10
1.3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 10

1.3.2. Cơ chế phát XRF ............................................................................................. 11
1.3.3. Nguyên lý ........................................................................................................ 11
1.3.4. Giới thiệu phần cứng 1 máy quang phổ huỳnh quang cơ bản ............................ 12
1.3.5. Ứng dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang ............................................. 13
1.3.6. Ưu nhược điểm phương pháp huỳnh quang tia X ............................................. 13
1.4. Các phương pháp xác định thành phần bê tông .................................................. 13
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ Q TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TƠNG ............... 18


2.1. Hóa chất và dụng cụ: ........................................................................................... 18
2.2. Thực nghiệm ....................................................................................................... 18
2.2.1. Q trình nung bã mía thành tro ....................................................................... 18
2.1.2. Q trình tạo bê tơng ........................................................................................ 19
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 20
3.1. Thành phần tro bã mía ........................................................................................ 20
3.2. Khảo sát điều kiện để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông ............................ 22
3.3. Quy trình sản xuất bê tơng .................................................................................. 22
3.4. Ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tơng.............................................. 24
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 26
1. Kết luận ................................................................................................................ 26
2. Kiến nghị ............................................................................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 27
1. Tiếng việt ............................................................................................................... 27
2. Tiếng anh ............................................................................................................... 27


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Cây mía ở Việt Nam........................................................................................ 5
Hình 2. Bã mía............................................................................................................. 6
Hình 3. Ngun lí hoạt động của phương pháp XRF .................................................. 11

Hình 4. Hiện tượng huỳnh quang khi bắn tia X .......................................................... 12
Hình 5. Phân tích mẫu kim loại .................................................................................. 12
Hình 6. Cấu trúc máy quang phổ huỳnh quang........................................................... 13
Hình 7. Thiết bị nén ................................................................................................... 14
Hình 8. Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tơng .................................. 14
Hình 9. Bã mía phơi khơ ........................................................................................... 19
Hình 10. Tro bã mía ................................................................................................... 19
Hình 11. Phổ XRF của tro bã mía .............................................................................. 20
Hình 12. Các mẫu bê tơng sau khi phối trộn............................................................... 23
Hình 13. Ảnh hưởng của % tro bã mía đến độ nén của bê tơng .................................. 24


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Hệ số α tính theo TCVN ............................................................................... 16
Bảng 2. Hệ số chuyển đổi E ....................................................................................... 17
Bảng 3. Thành phần hóa học của tro bã mía ............................................................... 20
Bảng 4. Thành phần tro bã mía của một số đề tài Quốc tế đã công bố ........................ 21
Bảng 5. Thành phần hóa học của xi măng Pooclăng Sơng Gianh PCB 40 .................. 22
Bảng 6. Tỉ lệ thành phần của bê tông ......................................................................... 23
Bảng 7. Độ nén của bê tông ...................................................................................... 24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NCKH CỦA SINH VIÊN
Năm học: 2018- 2019
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI
MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG
- Sinh viên thực hiện:

1) Họ, tên: Phạm Thị Thu Hương
Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

2) Họ, tên: Nguyễn Thị Thu Hà
Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

3) Họ, tên: Lê Thị Hạnh
Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

- Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đức Minh
2. Mục tiêu đề tài:
+ Nghiên cứu quá trình tạo tro từ bã mía và biện pháp thay thế xi măng bằng tro bã
mía trong sản xuất bê tơng.
+ Đánh giá hàm lượng của tro bã mía thay thế cho xi măng sẽ ảnh hưởng đến độ chịu
nén, độ chịu lực của bê tông.
+ Làm cơ sở cho các bạn sinh viên cũng như những người quan tâm tìm hiểu về kỹ
thuật sản xuất bê tơng mới có chất lượng tốt và thân thiện với môi trường.
3. Kết quả nghiên cứu:

+ Điều kiện để nung bã mía thành tro là 7500C trong thời gian 3 giờ
+ Xác định thành phần hóa học có trong tro bĩa mía bằng phương pháp phân tích
huỳnh quang tia X (XRF) với hàm lượng K2O là cao nhất, chiếm 36,18%, hàm lượng
SiO2 là 24,4 %, hàm lượng CaO là 14,98%. So sánh thành phần hóa học của tro bã mía
với xi măng thì thấy chúng khá tương đồng. Vì vậy, có thể sử dụng tro bã mía để thay
thế xi măng trong sản xuất bê tơng.
+ Sử dụng tro bã mía để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông và tạo
được 7 mẫu bê tông với tỉ lệ tro bã mía thay thế cho xi măng lần lượt là 0%; 2%; 4,5
%; 6,5%; 9%; 11,5%; 13,5% và nhận thấy tất cả các tỉ lệ đều làm tăng độ nén của bê


tơng, trong đó với tỉ lệ thay thế xi măng bằng 4,5% tro bã mía cho độ nén cao nhất,
tăng 3,5 lần so với mẫu bê tông không sử dụng tro bã mía để tay thế xi măng. Như
vậy, đây là tỉ lệ phù hợp nhất để thay thế xi măng ứng dụng trong sản xuất bê tơng.
4. Tính mới và sáng tạo:
Điểm mới: Sử dụng nguyên liệu là bã mía, một thải chất thải có giá trị thấp để thay
thế cho xi măng. Tạo vật liệu thân thiện với mơi trường.
Sáng tạo: Dùng tro bã mía để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông sẽ làm
chất lượng bê tơng cao hơn.
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
+ Có thể thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía ứng dụng trong sản xuất bê tơng.
Giảm thải lượng CO2 thải ra môi trường do hoạt động sản xuất xi măng gây ra. Có thể
tiết kiệm được một phần chi phí khi sử dụng xi măng.
+ Tạo bộ cơ sở dữ liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên cũng như những người
quan tâm đến vật liệu bê tơng.
+ Có thể áp dụng vào thực tế, đặc biệt tạo ra loại bê tông với độ nén cao hơn so với khi
dùng xi măng thông thường.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp
chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu

có):
Ngày

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
(ký, họ và tên)

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh
viên thực hiện đề tài:

Ngày
Trưởng khoa

tháng

năm

Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: Phạm Thị Thu Hương
Sinh ngày: 03/04/1997
Nơi sinh: Quảng Tùng – Quảng Trạch – Quảng Bình
Ngành học: Sư phạm hóa học

Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khóa: 58

Khoa: Khoa học Tự nhiên
Địa chỉ liên hệ: Phạm Thị Thu Hương, 17/65 Hữu Nghị, phường Bắc Lý, TP. Đồng
Hới, Quảng Bình
Điện thoại: 0356539732

Email:

II. Q TRÌNH HỌC TẬP (kê thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang

học):
* Năm thứ 1:
Ngành học: Sư phạm hóa học

Khoa: Khoa học Tự nhiên

Kết quả xếp loại học tập: Khá
Sơ lược thành tích: Đạt thành tích xuất sắc trong học tập và rèn luyện
* Năm thứ 2:
Ngành học: Sư phạm hóa học

Khoa: Khoa học Tự nhiên

Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Sơ lược thành tích: Đạt học bổng KK học tập học kì 2
Ngày
Xác nhận của khoa

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)


A. MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Bã mía được nhiều nhà khoa học Việt Nam quan tâm và sử dụng để nghiên cứu
một số vấn đề như làm phân vi sinh, sản xuất etanol ... Huỳnh Quyền cùng các cộng sự
tại Trung tâm Nghiên cứu công nghệ Lọc hóa dầu (ĐH Bách khoa TPHCM) đã thành
cơng trong việc xây dựng quy trình cơng nghệ tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mía
trong phịng thí nghiệm [6]. Nhóm tác giả Hồ Thanh Phong và Phương Thanh Vũ đã
nghiên cứu ứng dụng bã mía chế tạo vật liệu Biocomposite. Kết quả cho thấy khi trộn
50% bã mía với polypropylen là tỉ lệ tối ưu để tạo composite [7]. Đã có một số cơng
trình nghiên cứu về tro bã mía như sử dụng tro bã mía trong sản xuất gạch Ceramic
của tác giả Nguyễn Thị Thu Phương và cộng sự [4], Khoa Hóa trường Đại học cơng
nghiệp Hà Nội. Nhóm tác giả cho rằng, khi thay thế felspat (20%) bằng tro bã mía
cũng khơng thay đổi các chỉ tiêu nghiên cứu của gạch Ceramic. Theo hiểu biết của
chúng tơi thì tại Việt Nam, việc sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất

bê tông chưa được nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, ở nhiều nước trên thế giới trong một
vài năm gần đây rất chú ý đến việc sử dụng tro bã mía để thay thế cho một phần xi
măng. Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Valencia và Đại học San
Paolo [17] đã tạo ra loại bê tơng mới rẻ tiền và ít gây ô nhiễm môi trường bằng cách sử
dụng tro bã mía làm chất thay thế xi măng Portland. Nhóm nghiên cứu của
Lathamaheswari, R. [14] đã nghiên cứu để sử dụng tro bã mía thay thế một phần xi
măng trong bê tơng. Họ đã thay thế xi măng bằng tro ba mía với các tỉ lệ 2,5; 5,0; 7,5;
10; 12,5% và nhận thấy tỉ lệ tối ưu là 7,5%. Một nghiên cứu khác của T. Gopi và T. N.
Seshu Babu tại Ấn Độ lại cho rằng khi thay thế xi măng bằng 15% tro bã mía thì làm
các tính chất của bê tông không thay đổi [13].
2. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng phổ biến và tăng mạnh. Trong
năm 2018, lượng xi măng sản xuất tại nước ta được khoảng 80 triệu tấn. Trong q
trình sản xuất xi măng, một lượng lớn khí CO 2 được thải ra môi trường, gây ô nhiễm
môi trường, hiệu ứng nhà kín và hiện tượng nóng lên tồn cầu. Một số báo cáo cho
rằng khoảng 5% tổng phát thải khí nhà kín trên tồn cầu là do q trình sản xuất xi
măng. Vì vậy, nhu cầu tìm kiếm vật liệu thay thế cho xi măng nhưng không làm thay
đổi tính chất của nó đang là ưu tiên hàng đầu ở trong và ngoài nước. Một số loại vật
1


liệu được đã được đề xuất như tro bay, tro trấu, xỉ, cao lanh .... Bên cạnh đó, xi măng
lại là một trong những thành phần chính của bê tơng và góp phần tạo sự đơng kết cho
bê tơng. Do đó, trong q trình sản xuất bê tơng ta có thể thay thế xi măng bằng một
loại vật liệu khác nhưng không làm thay đổi khả năng chịu lực, độ nén của bê tông và
không gây ảnh hưởng đến môi trường đang là xu hướng mà nhiều nhà khoa học đang
quan tâm.
Bã mía là một một chất thải rất phổ biến ở Việt Nam, có giá trị thấp và chúng
thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức
ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên... Trong bã mía chứa lượng lớn

cacbohydrat và một số chất vô cơ. Khi nung nóng từ 700 – 9000C, bã mía chuyển
thành tro với thành phần của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó
thành phần chính là SiO2 chiếm khoảng 75%. Với thành phần như vậy chúng khá
tương đồng với thành phần của xi măng và có thể làm nguyên liệu thay thế tốt cho xi
măng. Vì vậy chúng tơi chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bã mía để thay thế xi
măng trong sản xuất bê tông” nhằm đánh giá tỷ lệ tối ưu khi thay thế xi măng bằng
tro bã mía trong q trình sản xuất bê tơng.
3. Mục đích nghiên cứu
+ Nghiên cứu q trình tạo tro từ bã mía và biện pháp thay thế xi măng bằng tro
bã mía trong sản xuất bê tơng.
+ Đánh giá hàm lượng của tro bã mía thay thế cho xi măng sẽ ảnh hưởng đến độ
chịu nén, độ chịu lực của bê tông.
+ Làm cơ sở cho các bạn sinh viên cũng như những người quan tâm tìm hiểu về
kỹ thuật sản xuất bê tơng mới có chất lượng tốt và thân thiện với môi trường.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập thông tin, tài liệu nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nung bã mía trong lị nung để thu được
tro bã mía. Sử dụng các phương pháp vật lý hiện đại như phương pháp huỳnh quang
tia X để xác định thành phần các chất trong tro bã mía. Sử dụng tro bã mía để thay thế
xi măng tạo bê tơng có chất lượng cao. Đo độ nén và độ chịu lực của bê tơng nhằm
đánh giá ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông.
5. Đối tượng nghiên cứu
- Bã mía thu gom tại các khu vực trên địa bàn Đồng Hới
2


- Tro bã mía
- Tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bã mía trong bê tơng
- Độ nén của bê tông.
6. Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu điều kiện nung bã mía thành tro
- Nghiên cứu thành phần tro bã mía
- Ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông.
- Tỷ lệ tối ưu khi thay thế tro bã mía bằng xi măng.

3


B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ
1.1. Mía và tro bã mía
1.1.1. Giới thiệu về cây mía [2]
Mía có tên khoa học là sacharumof feiniruml, là ngành có hạt lớp một lá một
mầm. Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa
thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới. Chúng có
thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m. Tất cả các dạng mía đường
được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp. Chúng được trồng để
thu hoạch nhằm sản xuất đường.
Giá trị kinh tế của cây mía: Mía là cây cơng nghiệp lấy đường quan trọng của
ngành công nghiệp đường. Đường là một loại thực phẩm cần có trong cơ cấu bữa ăn
hàng ngày của nhiều quốc gia trên thế giới, cũng như là loại nguyên liệu quan trọng
của nhiều ngành sản xuất công nghiệp nhẹ và hàng tiêu dùng như bánh kẹo...
Về mặt kinh tế chúng ta nhận thấy trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước
dịch, trong dịch đó chứa khoảng 16-18% đường. Vào thời kì mía chin già người ta thu
hoạch mía rồi đem ép lấy nước. Từ nước dịch mía được chế lọc và cơ đặc thành
đường. Có hai phương pháp chế biến bằng thủ cơng thì có các dạng đường đen, mật,
đường hoa mai. Nếu chế biến qua các nhà máy sau khi lọc và bằng phương pháp ly
tâm, sẽ được các loại đường kết tinh, tinh khiết.
Ngồi sản phẩm chính là đường những phụ phẩm chính của cây mía bao gồm:
Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía chứa trung bình

49% là nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45-55% cellulose) 2,5% là chất hồ tan
(đường). Bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành ván
dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp.
Trong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi
từ cây rừng giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế.
Mật gỉ chiếm 3-5% trọng lượng đem ép. Thành phần mật gỉ trung bình chứa 20%
nước, đường saccaro 35%, đường khử 20%, tro 15%, protein 5%, sáp 1%, bột 4%
trọng lượng riêng. Từ mật gỉ cho lên men chưng cất rượu rum, một ha với kỹ thuật sản
xuất hiện đại của thế kỷ 21 có thể sản xuất 7000-8000 lít cồn để làm nhiên liệu. Vì vậy
khi mà nguồn nhiên liệu lỏng ngày càng cạn kiệt thì người ta đã nghĩ đến việc thay thế
4


năng lượng của thế kỷ 21 là lấy từ mía, sản xuất men các loại. Một tấn mật gỉ cho một
tấn men khơ hoặc các loại axit axetic, hoặc có thể sản xuất được 300 lít tinh dầu và
3800 lít rượu. Từ một tấn mía tốt người ta có thể sản xuất ra 35-50 lít cồn 96o
Bùn lọc chiếm 1,5-3% trọng lượng mía đem ép. Đây là sản phẩm cặn bã còn lại
sau khi chế biến đường. Trong bùn lọc chứa 0,5% N, 3% Protein thô và một lượng lớn
chất hữu cơ. Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh
giầy, vv...Sau khi lấy sáp bùn lọc dùng làm phân bón rất tốt.
Theo ước tính giá trị các sản phẩm phụ phẩm cịn cao hơn 2-3 lần sản phẩm
chính là đường.
Mía cịn là loại cây có tác dụng bảo vệ đất rất tốt. Mía thường trồng từ tháng 10
đến tháng 2 hàng năm là lúc lượng mưa rất thấp. Đến mùa mưa, mía được 4-5 tháng
tuổi, bộ lá đã giao nhau thành thảm lá xanh dày, diện tích lá gấp 4-5 lần diện tích đất
làm cho mưa khơng thể rơi trực tiếp xuống mặt đất có tác dụng tránh xói mịn đất cho
các vùng đồi trung du.

Hình 1. Cây mía ở Việt Nam
1.1.2. Đặc tính chung của bã mía

+ Cấu tạo bã mía Chiều dài sợi khoảng: 0.15 ÷ 2.17 mm
Chiều rng khong : 21 ữ 28 àm 1.3.2.
Thnh phn húa học
Xenlulozo : 51.4 %
Heminxenlulozo : 22.7%
Lignin : 18.2%
5


Chất hịa tan khác : 7.7%
+ Tính chất vật lý của bã mía
Khối lượng riêng: ρ = %H2O . ρH2O + %Xenlulozơ . ρxen + 2.5%.ρđường
Trong đó: ρxen = 0.8g/cm3 , chiếm 30%
ρH2O = 1000kg/m3 = 1g/cm3 , chiếm 50%
ρđường = 1.57g/cm3 , chiếm 2%
Suy ra: ρ = 0,50*1 + 0,3*0.8 + 0,02*1,57 = 0,91g/cm3
+ Nhiệt dung riêng: C = Ck +
Trong đó: Ca = 4200J/kgK , Ck = Cxenlulozơ = 0.7 kcal/kgK = 2940 J/kgK
Suy ra: C = 0.7 + = 0.85 kcal/kgK = 3570 J/kgK
Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0.1 W/m.K

Hình 2. Bã mía
1.1.3. Giới thiệu về tro bã mía
Bã mía là một chất thải rất phổ biến, có giá trị thấp và thường được sử dụng để
làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay
để phân hủy tự nhiên... Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vơ
cơ. Khi nung nóng từ 700 – 9000C, bã mía chuyển thành tro với thành phần chủ yếu
của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2
chiếm tỉ lệ cao. Tùy theo các điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác nhau mà thành
phần tro bã mía cũng khác nhau.

1.1.4. Một số ứng dụng của bã mía tro bã mía
a. Ứng dụng của bã mía
+ Tro bã mía được ứng dụng để làm phân bón cho cây trồng
6


+ Ứng dụng làm gạch Ceramit hoặc có thể thay thế một phần xi măng ứng dụng
trong xây dựng
+ Sử dụng bã mía để xử lý ơ nhiễm mơi trường: Với thành phần chính là
Xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở thành vật liệu tốt. Trên thế
giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý mơi
trường.
+ Sử dụng bã mía trong các lĩnh vực khác:
 Sử dụng để trồng nấm linh chi: Bã mía sau chế biến khi trồng và thu hoạch nấm
trở thành nguồn phân bón hữu cơ chất lượng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng
mía. Qua q trình ni cấy, cây nấm sẽ phân hủy bã mía thành các phân vi sinh nhờ
enzyme. Các chất dinh dưỡng do nấm tiết ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất,
phục vụ ngành sản xuất đường sạch.
 Sử dụng bã mía làm ván ép : Bã mía chứa nhiều cellulose nên ngồi việc dùng
để đốt cịn được ứng dụng làm ván ép. Bã mía được dùng làm nguyên liệu thay thế gỗ
dùng làm ván ép thông thường. Tuy nhiên để đạt được những yêu cầu không thấm
nước, không bị nứt khi phơi ra nắng, cứng, dai, rẻ,…thì nhà sản xuất cịn phải trộn
thêm những phụ liệu khác như vỏ cà phê, lá thơng, rơm rạ, sợi tre,..
 Sử dụng bã mía tạo ra điện: Theo hiệp hội Mía đường Việt Nam, với cơng nghệ
hiện đại, từ mỗi tấn mía cây có thể sản xuất được 100 kWh điện, dự báo đến năm 2020
cả nước sẽ sản xuất khoảng 24 triệu tấn mía – tương đương 2.400 MW, nếu phát huy
thế mạnh tiềm năng này, ngành mía đường có thể đảm nhận khoảng 10% sản lượng
điện quốc gia. Nhà máy đường Biên Hịa có tổng cơng suất 5.000 tấn mía/ngày. Mỗi
năm, sản lượng mía cây là 600.000 – 750.000 tấn, tương đương 174.000 – 217.500 tấn
bã. Mỗi ngày Đường Biên Hịa có thể bán ra lưới điện quốc gia tới 288MW điện, chưa

kể lượng điện tự cung cấp để vận hành nhà máy.
b. Ứng dụng của tro bã mía
Tro bã mía được ứng dụng để làm phân bón cho cây trồng và mới đây thì chúng
có thể ứng dụng làm gạch Ceramit hoặc có thể thay thế một phần xi măng ứng dụng
trong xây dựng

7


1.2. Xi măng và bê tông [3,5]
1.2.1. Giới thiệu về xi măng
Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng. Xi
măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia.
Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi
là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt
đầu q trình ninh kết sau đó là q trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng
vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định.
Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết
dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc không thủy lực.
Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng Portland cứng lại dưới tác động của nước do
q trình hydrat hóa khống vật, ở đây các phản ứng hóa học diễn ra khơng phụ thuộc
vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giữ được độ
cứng khi đặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học
xảy ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong
nước. Trong khi đó các xi măng khơng thủy lực như vữa thạch cao buộc phải để khô
mới giữ được độ bền vật lý.
Thành phần chính của xi măng là CaSiO3 và Ca(AlO2)2 , ngồi ra trong xi măng
cịn có các chất khác như SiO2, Al2O3, CaO, MgO,…
Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tơng, chất
kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên vật liệu xây dựng

vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường.
Xi măng được phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam dựa vào các tiêu chí cơ bản
sau: theo loại và thành phần clanhke, theo tốc độ đóng rắn, theo mác xi măng và theo
thời gian đông kết.
Xi măng được phân theo loại và thành phần clanhke bao gồm bốn loại chính: xi
măng pc lăng; xi măng alumin; xi măng canxi sunfo aluminat ; các loại xi măng
khác…
Xi măng được phân loại theo tốc độ đóng rắn gồm 4 loại sau:
+ Xi măng đóng rắn chậm: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi nhỏ hơn
cường độ nén ở 28 ngày tuổi dưới 40%.

8


+ Xi măng đóng rắn bình thường: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi lớn
hơn cường độ nén ở 28 ngày tuổi từ 40% đến 70%.
+ Xi măng đóng rắn nhanh: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi lớn hơn
cường độ nén ở 28 ngày tuổi hơn 70%.
+ Xi măng đóng rắn rất nhanh: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 6 giờ tuổi nhỏ lớn
cường độ nén ở 28 ngày tuổi 70%.
Xi măng được phân loại theo cường độ nén có thể chia làm ba loại chính:
+ Xi măng mác thấp (nhỏ hơn 30 MPa)
+ Xi măng mác trung bình (từ 30 MPa đến dưới 50 MPa)
+ Xi măng mác cao (từ 50 MPa)
Xi măng được phân loại theo thời gian đông kết bao gồm 3 loại sau:
+ Xi măng đông kết chậm có thời gian đơng kết trên 2 giờ
+ Xi măng đơng kết bình thường có thời gian đơng kết từ 45 phút đến 2 giờ
+ Xi măng đông kết nhanh có thời gian đơng kết dưới 45 phút.
(Thời gian đơng kết được xác định dựa theo nguyên tắc quan sát độ lún của một
kim loại hồ xi măng với độ dẻo tiêu chuẩn đến lúc nó đạt được giá trị đã quy định.)

Vào năm 2010, sản lượng xi măng của thế giới là 3,3 tỉ tấn. 3 nước sản xuất xi
măng nhiều nhất thế giới cũng chính là 3 quốc gia đông dân nhất hành tinh: CHND
Trung Hoa (1,8 tỉ), Ấn Độ (220 triệu) và Hoa Kỳ (63,5 triệu), chiếm hơn một nửa tổng
sản lượng xi măng thế giới. Đối với trữ lượng xi măng, 3 nước này cũng đứng đầu thế
giới với tổng trữ lượng gần bằng một nửa tổng trữ lượng trên thế giới.
Ở Việt Nam, xi măng là ngành công nghiệp phát triển sớm nhất (để phục vụ cho
công cuộc khai thác thuộc địa của người Pháp), từ năm 1899 tại Hải Phòng. Hải Phòng
cũng là cái nôi của ngành xi măng Việt Nam hiện nay.
Hiện nay năng lực sản xuất xi măng trong nước của Việt Nam vào khoảng trên
60 triệu tấn. Một số nhà máy lớn:


Xi măng The Vissai: 10 triệu tấn/năm



Xi măng Vicem Hà Tiên: 10,2 triệu tấn/năm



Xi măng Nghi Sơn: 4,3 triệu tấn/năm (Tĩnh Gia, Thanh Hóa)



Xi măng Bỉm Sơn: 3,8 triệu tấn/năm (Thanh Hóa)



Xi măng Lộc Sơn - Đài Loan (Ninh Bình): 3,6 triệu tấn/năm



Xi măng Vinaconex Yên Bình: 3,5 triệu tấn/năm (Yên Bình, Tỉnh Yên Bái)
9




Xi măng Sông Gianh: 3,1 triệu tấn/ năm



Xi măng Cẩm Phả: 2,3 triệu tấn/năm



Xi măng Tam Điệp: 1,4 triệu tấn/ năm

1.2.2. Giới thiệu về Bê tông
Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần:
Cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, chất kết dính,... theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp
phối bê tơng). Trong bê tơng, chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia...)
làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi,...đôi khi sử dụng vật liệu tổng hợp
trong bê tông nhẹ) và cốt liệu mịn (thường là cát, đá mạt, đá xay,...) và khi đóng rắn,
làm cho tất cả thành một khối cứng như đá.
Có các loại bê tông phổ biến là: bê tông tươi, bê tông nhựa, bê tông Asphalt, bê
tông Polyme và các loại bê tông đặc biệt khác.
Về sức bền vật lý, bê tông chịu lực nén khá tốt nhưng khả năng chịu lực kéo
khơng tốt lắm. Vì vậy, trong xây dựng các cơng trình, các vật liệu chịu lực kéo tốt (ví
dụ thép) được sắp xếp để đưa vào trong khối bê tơng, đóng vai trị là bộ khung chịu

lực nhằm cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông.
1.2.3. Một số ứng dụng của bê tông
Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các cơng trình kiến
trúc, móng, gạch không nung hay gạch block, mặt lát của vỉa hè, cầu và cầu vượt,
đường lộ, đường băng, các cấu trúc trong bãi đỗ xe, đập, hồ chứa/bể chứa nước, ống
cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện và thậm chí là thuyền.
Phân loại :
Hiện nay có những loại bê tông phổ biến như: Bê tông tươi, bê tông nhựa,
Asphalt, polime, và các loại đặc biệt như bê tơng nhẹ, trang trí…
1.3. Phương pháp xác định thành phần tro bã mía - Phương pháp huỳnh
quang tia X ( XRF) [1]
1.3.1. Giới thiệu
- XRF huỳnh quang tia X – là kĩ thuật quang phổ được ứng dụng chủ yếu trong
các mẫu chất rắn, trong đó sự phát xạ tia X thứ cấp được sinh ra bởi sự kích thích các
điện tử của mẫu bằng nguồn phát tia X.
- Dựa vào việc ghi lại phổ tia X mà phân tích được thành phần, nồng độ của mẫu.

10


- XRF có độ chính xác cao, có khả năng phân tích được nhiều ngun tố và
khơng làm mẫu bị phá hủy.
- Tia X: (Rơnghen) được phát hiện ra năm 1895 , thực chất là bức xạ điện từ , có
bước sóng ngắn từ 0,01Aº tới 10Aº và có năng lượng từ 1,25-100 keV.
1.3.2. Cơ chế phát XRF
Nguồn phát: Sử dụng ống phóng tia X, cấu tạo gồm một buồng chân không áp
suất cỡ 10-6 tới 10-8 mmHg, hai điện cực Anot và Catot.
- Khi chùm electeron phát ra từ Catot sẽ được gia tốc bởi điện trường giữa 2 điện
cực trong buồng chân không tới và đập vào Anot và phát ra tia X.
- Tia X phát ra từ ống phóng gọi là tia X đặc trưng, cường độ tia X thay đổi tùy

thuộc vào điện áp được đặt giữa 2 điện cực.
- Chùm tia X mang năng lượng lớn từ ống phóng tia X hoặc một nguồn phát xạ
được chiếu vào Mẫu kiểm tra. Năng lượng này được nguyên tử hấp thụ gần như hoàn
toàn, đủ để làm lớp điện tử trong cùng bay ra ( Hiện tượng quang điện).
- Sự phát xạ lớp điện tử lớp trong cùng sẽ để lại một lỗ trống, làm cho nguyên tử
ở một trạng thái không bền vững. Khi một nguyên tử ở trạng thái không bền vững, lớp
điện tử lớp ngoài sẽ tự động nhảy lên chiếm chỗ,…
- Năng lượng tia X phát ra được nguyên tử hấp thụ hoàn toàn, và đủ để làm cho
lớp điện tử lớp trong cùng của nguyên tử bay ra ( phát sáng – gọi là hiện tượng quang
điện).
1.3.3. Nguyên lý
- Ở chế độ cơ bản, nguyên tử được cấu tạo bởi nhân và các lớp Electron ( điện tử)
xung quanh ( K, L, M, N).

Hình 3. Ngun lí hoạt động của phương pháp XRF
Khi bắn tia X mang năng lượng lớn vào mẫu – nguyên tử: Mức năng lượng này
lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết các lớp electron cấu tạo nên nguyên tử, xảy
ra hiện tượng điện tử các lớp điện tử bao quanh nhân K,M.. bị bắn ra. Do bị trống nên
11


các photon lớp kế tiếp nhảy lại để lấp các lỗ trống mà Photon bị đẩy ra ngoài. Sự
chuyển dịch các photon mang năng lượng này sẽ phát ra năng lượng- phát sáng gọi là
hiện tượng Huỳnh quang. Suy nghĩ đơn giản như sau: Mỗi một nguyên tố khi phát xạ
sẽ có một phổ khác nhau, và cường độ màu sẽ đặc trưng cho hàm lượng của nguyên tố
trong mẫu .Từ đó sẽ định tính và định lượng được ngun tố có trong mẫu phân tích.
Chính vì vậy, các nhà khoa học đã chế tạo ra máy quang phổ huỳnh quang tia XRF,
với ứng dụng xác định hàm lượn, thành phần nguyên tố kim loại, phi kim,... tồn tại
trong mẫu.

Hình 4. Hiện tượng huỳnh quang khi bắn tia X

Hình 5. Phân tích mẫu kim loại
1.3.4. Giới thiệu phần cứng 1 máy quang phổ huỳnh quang cơ bản
Cấu trúc đơn giản thiết bị bao gồm:

12


Hình 6. Cấu trúc máy quang phổ huỳnh quang
Nguồn phóng tia X, mẫu, sau đó được qua bộ xử lý mẫu và tính tốn sau đó qua
phần mềm (Vi xử lý ) và trích xuất ra kết quả (File Excel), biểu diễn dạng đồ thị.
1.3.5. Ứng dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang
Định tính định lượng nhanh chóng các ngun tố, thành phần có trong mẫu như:
Mẫu rắn, mẫu lỏng, bột…. Cụ thể như trong lĩnh vực luyện kim, hóa chất: Kiểm soát
chất lượng nguyên vật liệu ,chất lượng của sản phẩm, Cơng nghiệp Sơn: Phân tích
thành phần của Sơn, thực phẩm: Xác định các kim loại nặng có trong thực phẩm như (
trong sản phẩm, trong hộp đựng mẫu, trong sữa….).
1.3.6. Ưu nhược điểm phương pháp huỳnh quang tia X
Ưu điểm: XRF cho kết quả nhanh, định tính và định lượng được nguyên tố có
trong mẫu đặc biệt khi thành phần ngun tố có hàm lượng thấp. Q trình phân tích
đơn giản, dễ dàng mà khơng làm phá hủy mẫu.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư máy đắt đỏ, và khơng phân tích các ngun tố đất
hiếm như: La,Ce,.và một số nguyên tố khí như: H,He,Li, Be
Chỉ phân tích được các nguyên tố cài sẵn trong máy rồi.
1.4. Các phương pháp xác định thành phần bê tông [3, 5]
* Độ nén
Xác định cường độ nén của bê tông là bước rất quan trọng trong quá trình đánh
giá, kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm trước khi đi vào sử dụng.
Nguyên tắc : Đặt mẫu thử lên máy nén và nén đến khi mẫu bị phá hủy. Từ lực

phá hủy lớn nhất và diện tích mặt ép ta tính được cường độ nén của mẫu thử
 Máy nén

13


Hình 7. Thiết bị nén
 Đệm truyền tải
Được làm bằng thép dày 20 ± 2mm có rãnh cách đều mẫu 30 ± 2mm. Phần
truyền tải vào mẫu có kích thước bằng kích thước tiết diện của các viên mẫu đầm (150
x 150 mm)
 Chuẩn bị mẫu thử
Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu. Mẫu nhóm mẫu gồm 3 viên (mẫu hình
vng, mẫu bê tơng hình trụ). Khi sử dụng bê tơng khoan cắt từ kết cấu, nếu khơng có
đủ 3 viên thì được phép lấy 2 viên làm một nhóm mẫu thử.
Việc lấy hỗn hợp bê tơng, đúc bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tơng và chọn kích
thước viên mẫu thử nén phải được tiến hành theo TCVN 3105: 1993.

Hình 8. Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông
Viên chuẩn để xác định cường độ nén của bê tơng là viên mẫu lập phương kích
thước 150 x 150 x 150mm. Các viên mẫu lập phương kích thước khác viên chuẩn và

14


các viên mẫu bê tơng hình trụ sau khi thử nén phải được tính đổi kết quả thử về cường
độ viên chuẩn.
Kết cấu sản phẩm yêu cầu thử mẫu để nghiệm thu thi công hoặc đưa vào sửa
dụng ở tuổi trạng thái nào thì phải thử nén các viên mẫu ở đúng tuổi và trạng thái đó.
Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao cho:

a. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương
không vượt quá 0,05mm trên 100mm tính từ điểm tì thước.
b. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thành thước kẻ góc vng khi đặt thành kia áp
sát các mặt kề bên của mẫu lập phương hoặc các đường sinh của mẫu bê tông
trụ khơng vượt q 1mm trên 100nm tính từ điểm tì thước trên mặt kiểm tra.
c. Đối với các viên mẫu lập phương và các viên nửa dầm đã uốn không lấy mặt
tạo bởi đáy khuôn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén.
Trong trường hợp các mẫu thử không thoả mãn các yêu cầu ghi ở điều trên thì
mẫu phải được gia cơng lại bằng cách mài bớt hoặc làm phẳng mặt bằng một lớp hồ xi
măng cứng đanh không dày quá 2mm. Cường độ của lớp xi măng này khi thử phải
không được thấp hơn một nửa cường độ dự kiến sẽ đạt của mẫu bê tơng.
 Tiến hành thử
- Xác định diện tích chịu lực của mẫu bê tơng
Đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh song song của hai mặt chịu nén (đối với mẫu
lập phương) các cặp đường kính vng góc với nhau từng đôi một trên từng mặt chịu
nén (đối với mẫu trụ), xác định diện tích hai mặt chịu nén trên và dưới theo các giá trị
trung bình của các cặp cạnh hoặc các cặp đường kính đã đo. Diện tích chịu lực nén của
mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của hai mặt.
Diện tích chịu lực khi thử các nửa viên dầm đã uốn gãy được tính bằng trung
bình số học diện tích các phần chung giữa các mặt chịu nén phía trên và phía dưới với
các đệm thép truyền lực tương ứng.
- Xác định tải trọng phá hoại mẫu
Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá hoại nằm trong
khoảng 20 – 80% tải trọng cực đại của thang lực nén đã chọn. Khơng được nén mẫu bê
tơng ngồi thang lực trên.
Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâm thớt dưới
của máy. Vận hành máy cho mặt trên của mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của
15

máy. Tiếp đó tăng tải liên tực với vận tốc không đổi và bằng 6 r 4 daN/cm2 trong một
giây cho tới khi mẫu bị phá hoại. Dùng tốc độ gia tải nhỏ đối với các mẫu bê tơng có
cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn đối với các mẫu bê tơng cường độ cao.
 Tính kết quả
- Cường độ nén mẫu bê tơng từng viên (R) được tính bằng daN/cm2 (Kg/cm2)
theo cơng thức:

Trong đó:
P – Tải trọng phá hoại, tính bằng daN;
F – Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, tính bằng cm2;
α – Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác viên
chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm.
Giá trị α lấy theo bảng sau
Bảng 1. Hệ số α tính theo TCVN
Hình dáng và kích thước của mẫu (mm)

Hệ số tính đổi

Mẫu lập phương

0,91

100 x 100 x 100

1,00

150 x 150 x 150

1,05

200 x 200 x 200

1,10

300 x 300 x 300

1,16

Mẫu trụ

1,20

71,4 x 143 và 100 x 200

1,24

150 x 300
200 x 400
Chú thích:
1. Khơng được phép sử dụng các giá trị D thấp hơn các giá trị ghi trong bảng 1.
2. Cho phép sử dụng các giá trị D lớn hơn các giá trị ghi ở bảng 1 khi D được
xác định bằng thực nghiệm theo phương pháp ghi ở phụ lục của tiêu chuẩn này.
3. Khi nén các mẫu nửa dầm giá trị hệ số chuyển đổi cũng được lấy như mẫu lập
phương cùng tiết diện chịu nén.

16