So sánh sự phát triển cường độ của bê tông khi sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện

NGUYỄN BÁ TÂM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

HUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG

NGUYỄN BÁ TÂM

SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG
KHI SỬ DỤNG TRO BAY CỦA CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

C
C

R
L
T.

DU

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG
VÀ CÔNG NGHIỆP

K36.XDD

Đà Nẵng - năm 2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN BÁ TÂM

TÊN ĐỀ TÀI:

C
C

SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG
TRO BAY CỦA CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

R
L
T.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số: 85.80.201

DU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. TRƢƠNG HỒI CHÍNH

Đà Nẵng - năm 2020

LỜI CAM ĐOAN
T

C
C

DU

R
L
T.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................... 1
2. Đối tƣợng nghiên cứu: .......................................................................................... 1
3. Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................. 1
4. Mục tiêu nghiên cứu: ............................................................................................ 2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu: .................................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học của đề tài:................................................................................ 2
7. Bố cục đề tài: Mở đầu: ......................................................................................... 2
CHƢƠNG 1TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY
TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG ...................................................................... 3
1.1. Tính chất cơ lý của bê tông. .............................................................................. 3

C
C

1.1.1. Chức năng của bê tông: ........................................................................... 3

1.1.2. Phân loại bê tông: .................................................................................... 3

R
L
T.

1.1.3. Phạm vi ứng dụng. ................................................................................... 4
1.1.4. Thành phần của bê tông: .......................................................................... 4

DU

1.2. Cƣờng độ của bê tông: ...................................................................................... 5
1.3. Tổng quan về tro bay và ứng dụng của tro bay trong sự phát triển cƣờng
độ bê tông. .............................................................................................................. 6
1 3 1 Tổ
132 Ứ

ềT

.............................................................................. 6

dụ

ĩ

1.3.3. Vai trò c

d

....................................... 9

i với s phát triển bền vững................................ 10

1.3.4. Ph n ng pozzolan c a tro bay trong bê tông ....................................... 11
1.3.5. Các cơng trình nghiên c u trên th giới về sử dụng tro bay thay th xi
................................................................................................... 11
1.4. Tình hình nghiên cứu xử lý và ứng dụng tro bay ở Việt Nam .................... 14
1.5. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực công nghiệp trên thế giới ............ 15
151 T

ử dụ

152 T

d

153 T

d

.............................................. 15

........................................................... 16
ụ ...................................................................... 17

154 T
155 Ứ

ĩ

d
dụ

dẻ ....................................... 17
dẻ ............................... 17

1.6. Kết luận chƣơng 1. ........................................................................................... 19


CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN
VẬT LIỆU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG ............................ 21
2.1. Tiêu chuẩn áp dụng ......................................................................................... 21
2.2. Vật liệu sử dụng ............................................................................................... 21
221

(

ỏ) .................................................................................. 21

222 X

.................................................................................................. 21

223 Đ d

................................................................................................... 21

224 T

( ầ

ặ

) ...... 22

2 2 5 N ớ ....................................................................................................... 22
2.3. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén của bê tông bằng thực nghiệm (theo
TCVN 3118:1993) ................................................................................................ 22
231 T
232

ị
ẩ

C
C

ị ẫ

2 3 3 Đú
234 B

ử ............................................................................................ 23
ử ................................................................................. 23

ẫ ................................................................................................ 24
d ỡ

R
L

T.

ẫ

ử .............................................................................. 24

2.3.5. T

ử ẫ ................................................................................ 24

236 T

.......................................................................................... 25

DU

2.4. Kết luận chƣơng 2. ........................................................................................... 26
CHƢƠNG 3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ .................. 27
3.1. Mục đích thí nghiệm ........................................................................................ 27
3.2. Công tác chuẩn bị ............................................................................................ 27
ị

3.1.1. Chuẩ
312 X

ị ................................................................... 27

ị

ầ

........................................ 29

3.2. Công tác đúc mẫu ............................................................................................ 29
321

ẩ

ị

322 T
3 2 3 Đú
324 T

ộ
ị

ẫ

d ỡ

ộ

: ......................................................... 29
ộ

: .............................................. 30

ộ: .......................................................................... 31
é

ẫ ............................................................... 32

3.3. Kết quả thí nghiệm và thảo luận .................................................................... 34
3 3 1 Mẫ

Vĩ

T

1 ........................................ 34

3 3 2 Mẫ

Vĩ

T

2 ........................................ 38

3 3 3 Mẫ

Vĩ

T

4 ........................................ 43

3.4. So sánh các kết quả thí nghiệm ...................................................................... 47

341 Bể

ồ

ể

ờ

ộ

ó

ộ ề B3047

342 Bể

ồ

ể

ờ

ộ

ó

ộ ề B3548

3.5. Kết luận chƣơng 3: .......................................................................................... 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 51
1. Kết luận................................................................................................................ 51
2. Kiến nghị.............................................................................................................. 51
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 52

C
C

DU

R
L
T.


SO SÁNH SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG
TRO BAY CỦA CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Học viên: Nguyễn Bá Tâm Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD& CN
Mã số: 85.80.201
Tóm tắt- H
,
dụ

Khóa: K36. Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
ồ

d

ặ

ề

ó

ồ
d

ạ
ử ý
D ó

ằ

ử dụ
T 124 )

ạ
ểd

ồ

ẩ
d

ề

ạ

ạ
dụ

Vĩ
ỗ

ầ

dầ
ạ

ên
( ụ ể
ộ

ạ

.
Mộ

ữ

ề
ể

ể

ở
ờ

Từ khóa-

ỷ
ộ

ọ

ử dụ

ạ
V
10 % tro bay
ó
ộ ề B30 B35.
P

ờ

ầ

C
C

ể

R
L
.

ộ bê tơng chịu nén, c

T

U

so sánh

ộ bền B30,B35

COMPARE THE STRENGTH DEVELOPMENT OF CONCRETE

D

WHEN USING FLY ASH FROM THERMAL POWER PLANTS
Summary: - Currently, the natural resources such as sand, limestone and stone are
gradually exhausted, in the construction industry is facing many difficulties when the fuel
resources are increasingly limited so take advantage of industrial waste in construction. ,
to bring maximum economic efficiency, both to handle industrial waste and to save natural
resources. Therefore, the use of fly ash is a waste of electricity industry (in particular,
Vinh Tan 1,2,4 thermal power plant) discharged for use as construction materials,
replacing part of cement in concrete mixes is an urgent issue that brings very practical
economic efficiency.
One of the important issues is that we use the percentage of fly ash as a substitute for
cement to bring the best efficiency. Therefore, in this thesis, the author studies the effect of
the ratio of 10% of fly ash replacing cement to the development of compressive strength of
concrete with durability levels of B30, B35.
Keywords- fly ash, PC cement, compressive strength of concrete, durability levels B30,
B35


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
hiệu

bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Hệ số tính đổi α

12

1.2

Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước

20

1.3

Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030

22

3.1

Thành phần hóa học của xi măng(% theo khối lượng)

36

3.2

Thành phần khoáng của xi măng (% theo khối lượng)

36

3.3

Thành phần hóa của tro bay loại F(Vĩnh Tân 1)

37

3.4

Thành phần hóa của tro bay loại F(Vĩnh Tân 2)

38

3.5

Thành phần hóa của tro bay loại F(Vĩnh Tân 4)

3.6

Cấp phối bê tông sử dụng trong nghiên cứu

3.7

Kết quả đo độ lưu động bê tơng (Vĩnh Tân 1)

43

3.8

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30 (Vĩnh
Tân 1)

43

3.9

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30 của mẫu có
tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng(Vĩnh Tân 1)

44

3.10

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35(Vĩnh
Tân 1)

45

3.11

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35 của mẫu có
tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng

46

3.12

Kết quả đo độ lưu động bê tông (Vĩnh Tân 2)

47

3.13

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30 (Vĩnh
Tân 2)

48

3.14

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30 của mẫu có
tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng(Vĩnh Tân 2)

48

3.15

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35(Vĩnh
Tân 2)

50

3.16

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35 của mẫu có

tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng (Vĩnh Tân 2)

50

C
C

R
L
T.

DU

38
39


3.17

Kết quả đo độ lưu động bê tông (Vĩnh Tân 4)

52

3.18

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30(Vĩnh
Tân 4)

53

3.19

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B30 của mẫu có
tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng(Vĩnh Tân 4)

53

3.20

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35 (Vĩnh
Tân 4)

55

3.21

Sự biến thiên cường độ chịu nén bê tơng có cấp bền B35 của mẫu có
tro bay thay thế một phần xi măng so với mẫu đối chứng(Vĩnh Tân 4)

55

C
C

DU

R
L
T.

DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ
Số
hiệu
hình
vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Sơ đồ tách lọc tro bay

14

1.2

Tro bay có dạng bột mịn rời rạc

15

1.3

Các hạt thủy tinh

16

1.4

Biểu đồ sản lượng tro bay và phần trăm sử dụng tro bay ở Mỹ từ
1966-2012

18

1.5

Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử
dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008

19

1.6

Áp dụng tro bay trong xây dựng đập Puylaurent ở Pháp

23

1.7

Bê tông asphalt sử dụng tro bay

23

1.8

Gạch và tấm lợp từ tro bay

1.9

Các chi tiết đỡ dây điện trong thân ô tô chế tạo từ vật liệu LDPE/FA

25

1.10

Ứng dụng compozit tro bay làm vách ngăn, đồ nội thất

26

2.1

Máy thí nghiệm nén mẫu bê tơng

31

2.2

Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phương theo TCVN 3118:1993

33

3.1

Khn nón cụt

40

3.2

Cách đo độ sụt của hỗn hợp bêtơng

41

3.3

Mẫu bêtơng

41

3.4

Dưỡng hộ mẫu thí nghiệm

42

3.5

Thí nghiệm nén mẫu

42

3.6

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 1)

44

3.7

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 2 (Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 1)

45

3.8

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 1)

46

C
C

R
L
T.

DU

23


3.9

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 2 (Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 1)

47

3.10

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 2)

49

3.11

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 2 (Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 2)

49

3.12

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 2)

51

3.13

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 2 (Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 2)

51

3.14

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 4)

53

3.15

Biểu đồ cường độ chịu nén M30 của nhóm 2 (Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 4)

54

3.16

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 1 (Dưỡng hộ trong nướcVĩnh Tân 4)

55

3.17

Biểu đồ cường độ chịu nén M35 của nhóm 2 (-Dưỡng hộ trong khơng
khí-Vĩnh Tân 4)

56

C
C

DU

R
L

T.


DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ
Số
hiệu
hình
vẽ

Tên hình vẽ

Trang

3.18

Biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu B30 sử dụng tro bay nhà máy
Vĩnh Tân 1, 2, 4 (dưỡng hộ trong môi trường nước)

57

3.19

Biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu B30 sử dụng tro bay nhà máy
Vĩnh Tân 1, 2, 4 (dưỡng hộ trong mơi trường khơng khí)

57

3.20

Biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu B35 sử dụng tro bay nhà máy

Vĩnh Tân 1, 2, 4 (dưỡng hộ trong môi trường nước)

58

3.21

Biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu B35 sử dụng tro bay nhà máy
Vĩnh Tân 1, 2, 4 (dưỡng hộ trong mơi trường khơng khí)

58

C
C

DU

R
L
T.


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tro bay (tên tiếng Anh là Fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than. Tro bay là
bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá
trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thốt ra từ buồng đốt qua ống
khói nhà máy. Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi tinh luyện
loại bỏ bớt các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết. Thành phần của tro bay
thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit và lưu huỳnh

oxit, ngồi ra có thể chứa một lượng than chưa cháy.
Bê tông là loại vật liệu rất thông dụng, như chúng ta đã biết, hầu hết các cơng trình
xây dựng đều sử dụng bê tơng trong q trình thi cơng. Bê tơng được chế tạo từ các
loại cốt liệu, chất kết dính, nước và có thể thêm phụ gia, nguyên liệu sản xuất hầu
hết đến từ tự nhiên như xi măng (được sản xuất từ đá vôi, đá sét và dùng than đốt),
cát, đá ... đang dần cạn kiệt, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống như:
khí thải từ sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính. Việc khai thác cát ảnh hưởng
dịng chảy gây sạt lở bờ sông, khai thác đá ảnh hưởng đến rừng nguyên sinh....

C
C

R
L
T.

Chúng ta không thể khai thác, sử dụng mãi các nguồn tài nguyên thiên nhiên
được (như cát, đá vôi, đá ...), mà phải tận dụng các loại phế phẩm công nghiệp để
làm chất phụ thêm trong vật liệu xây dựng, nhằm mang lại hiệu quả kinh tế tối đa,
vừa xử lý được rác thải công nghiệp, vừa tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Do đó, việc sử dụng tro bay là loại phế thải của công nghiệp điện (các nhà máy
nhiệt điện) thải ra để dùng làm vật liệu xây dựng là vấn đề cấp bách mang lại hiệu
quả kinh tế rất thiết thực và tro bay đã được sử dụng để thay thế một phần xi măng
trong hỗn hợp bê tơng.

DU

Vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu: “So sánh sự phát triển cường độ của bê tông
khi sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện khác nhau” (nhà máy nhiệt điện
Vĩnh Tân1, 2, 4), nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triển

cường độ nén của bê tông.
2. Đối tƣợng nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Bê tơng có một phần xi măng thay thế bằng tro bay
có cấp bền B30, 35 sử dụng các loại cốt liệu địa phương và xi măng.
- Các loại vật liệu địa phương: Cát Kỳ Lam (huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng
Nam), xi măng Sông Gianh, tro bay Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 1, 2 và 4.
3. Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm so sánh sự phát triển cường độ chịu nén
của bê tông khi sử dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện khác nhau đến 90 ngày.


2
- Các mẫu bê tơng thí nghiệm có tỉ lệ thành phần tro bay thay thế xi măng
10%. Sử dụng cho bê tơng có cấp bền B30, 35.
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu tính tốn cấp phối với tỷ lệ 10% tro bay của 3 nhà máy để so
sánh kết quả cường độ của bê tông đến R90 ngày với cấp bền B30, 35.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết các đặc tính cơ lý của tro bay và các ứng dụng của
tro bay trong lĩnh vực xây dựng.
- Thực hiện các thí nghiệm xác định cường độ bê tơng dựa trên tiêu chuẩn
các TCVN, phương pháp thí nghiệm bê tông.
6. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Tro bay được thải ra từ các nhà máy nhiệt điện có các thành phần hóa học
khác nhau, do quy trình, thiết bị công nghệ của từng nhà máy là khác nhau. Từ kết
quả nghiên cứu so sánh sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông khi sử dụng
cùng tỷ lệ tro bay thay thế xi măng, đưa ra kết luận sử dụng tro bay có tính chất
khác nhau sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến giá trị cường độ của bê tông.

C

C

7. Bố cục đề tài: Mở đầu:

R
L
T.

DU

Chương 1: Tổng quan về bê tông và ứng dụng của tro bay trong lĩnh vực
xây dựng
Chương 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu và
cường độ chịu nén của bê tơng
Chương 3: Thí nghiệm thực nghiệm và xử lý kết quảtài liệu tham khảo
Kết luận và kiến nghị.


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG
LĨNH VỰC XÂY DỰNG
1.1. Tính chất cơ lý của bê tơng
1.1.1. Chức năng của bê tơng
Tính năng cơ học của bê tông là chỉ các loại cường độ và biến dạng.
Tính năng vật lý là chỉ tính co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, cách
nhiệt, ... của bê tơng.
1.1.2. Phân loại bê tơng
Có nhiều cách phân loại bê tông, thường theo 3 cách
1.1 2 1 P

ạ

e

ể

Đây là cách phân loại được dùng nhiều nhất vì khối lượng riêng của các
thành phần tạo nên bê tông gần như nhau (đều là khống chất vơ cơ) nên khối
lượng thể tích của bê tơng phản ánh độ đặc chắc của nó. Theo cách phân loại này có
thể chia bê tơng thành 4 loại:

C
C

R
L
T.

Bê tông đặc biệt nặng: γ0 >2500 kG/m3, chế tạo bằng các cốt liệu đặc chắc

DU

và từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này ngăn được các tia X và tia γ.
Bê tơng nặng (cịn gọi là bê tông thường): γ0 = (1800 – 2500) kG/m3, chế tạo
từ các loại đá đặc chắc và các loại đá chứa quặng. Loại bê tông này thường được
dùng phổ biến trong xây dựng cơ bản và dùng để sản xuất các cấu kiện chịu lực.
Bê tông nhẹ: γ0 = (500 - 1800) kG/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng
thiên nhiên, nhân tạo và bê tông tổ ong khơng cốt liệu, chứa một lượng lớn lỗ rỗng
khí.

Bê tơng đặc biệt nhẹ: γ0 < 500 kG/m3, có cấu tạo tổ ong với mức độ rỗng
lớn, hoặc chế tạo từ các loại rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (khơng cát).
1.1 2 2 P

ạ

e

d

- Bê tơng xi măng: Chất kết dính là xi măng và chủ yếu là xi măng pooc lăng
và các loại xi măng khác.
- Bê tông silicat: Chế tạo từ nguyên liệu vôi cát silic nghiền, qua xử lí chưng
hấp ở nhiệt độ và áp suất cao.
- Bê tơng thạch cao: Chất kết dính là thạch cao hoặc xi măng thạch cao.
- Bê tơng xỉ: Chất kết dính là các loại xỉ lị cao trong cơng nghiệp luyện thép
hoặc xỉ nhiệt điện, phải qua xử lí nhiệt ẩm ở áp suất thường hay áp suất cao.
- Bê tông polime: Chất kết dính là chất dẻo (polime) và phụ gia vô cơ.


4
1.1 2 3 P

ạ

e

ạ

ử dụ

- Bê tơng cơng trình: Sử dụng ở các kết cấu và cơng trình chịu lực, u cầu
có cường độ thích hợp và tính chống biến dạng.
- Bê tơng cơng trình cách nhiệt: Vừa u cầu chịu được tải trọng vừa cách
nhiệt, dùng ở các kết cấu bao che.
- Bê tông cách nhiệt: Bảo đảm yêu cầu cách nhiệt của các kết cấu bao che có
độ dày khơng lớn.
- Bê tơng thủy cơng: Ngồi u cầu chịu lực và chống biến dạng, cần có độ
chống thấm và tính bền vững trong mơi trường xâm thực cao.
- Bê tông làm đường: Dùng làm tấm lát mặt đường, làm đường băng sân bay,
... loại bê tông này cần có cường độ cao, tính chống mài mịn lớn và chịu được sự
biến đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm.
- Bê tơng ổn định hóa học: Ngồi u cầu thỏa mãn các chỉ tiêu kĩ thuật
khác, cần chịu được tác dụng xâm thực của các dung dịch muối axit, kiềm và hơi
của các chất này mà không bị phá hoại hay giảm tuổi thọ cơng trình.

C
C

R
L
T.

- Bê tơng chịu lửa: Chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao khi sử dụng.
1.1.3. Phạm vi ứng dụng

DU

- Bê tông ngày nay được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng và trở
thành một trong những vật liệu xây dụng chủ yếu

- Xây dựng công nghiệp: Kết cấu chịu lực nhà 1 tầng và nhiều tầng, ống
khói, bun ke, xi lơ, móng máy, hành lang vận chuyển ..., Cơng trình cấp thốt
nước...
- Xây dựng dân dụng.
- Xây dựng cơng trình giao thơng: Cầu, đường, tà vẹt, âu tàu, cầu tàu, vỏ
hầm xe điện ngầm...
- Xây dựng cơng trình thủy lợi: Trạm bơm, máy dẫn nước, đập, thủy điện,...
- Xây dựng cơng trình quốc phịng: Cơng sự kiên cố, doanh trại,...
- Xây dựng cơng trình thơng tin.
1.1.4. Thành phần của bê tông
1.1 4 1 X
Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất bê tông, có
nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt
và chất lượng thiết kế bê tông tăng lên. Tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là
lớn vì vậy khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất lượng đúng yêu cầu kĩ thuật
và giải quyết tốt bài toán kinh tế.


5
1.1 4 2

ỏ(

)

Cát dùng trong sản xuất bê tơng có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo
kích thước hạt từ 0.14 - 5(mm). Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng,
thành phần tạp chất, thành phần hạt,...
ớ (Đ d

1.1.4.3

)

Đá dăm có nhiều loại phụ thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào loại
bê tơng mà ta chọn kích thước đá phù hợp.
1.1 4 4 N ớ
Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh
hưởng xấu đến khả năng đơng kết của bê tơng và chống ăn mịn kim loại.
1.1 4 5

ụ

Thường có hai loại phụ gia
- Loại phụ gia hoạt động bề mặt: loại phụ gia này mặc dù được sử dụng một
lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tơng và
tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông.

C
C

R
L
T.

- Loại phụ gia rắn nhanh: loại phụ gia này có khả năng rút ngắn q trình rắn
chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông.

DU

1.2. Cƣờng độ của bê tông

Xác định cường độ của bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN
3118:1993.
Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (Rn) được tính bằng (daN/cm2) theo
cơng thức:

Rn  

P
F

Trong đó:
P - Tải trọng phá hoại, (daN);
F - Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, (cm2);
α - Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tơng kích thước khác
chuẩn về cường độ của viên mẫu kích thước 150x150x150 (mm).
Giá trị k lấy theo Bảng 1.1


6
B

11 H

ổ

Hình dáng và kích thƣớc của mẫu
(mm)

Hệ số tính đổi α

Mẫu lập phương
100x100x100

0,91

150x150x150

1,00

200x200x200

1,05

300x300x300

1,10

Mẫu trụ
71,4x143 và 100x200

1,16

150x300

1,20

200x400

1,24

C
C

R
L
T.

1.3. Tổng quan về tro bay và ứng dụng của tro bay trong sự phát triển cƣờng
độ bê tông

DU

1.3.1. Tổng quan về Tro bay

1.3.1.1. Khái ni m chung về tro bay

Tro bay là một loại khống hoạt tính pozzolan (là một loại puzzolan nhân tạo
gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3, chiếm khoảng 84%), dùng làm phụ gia cho chế tạo bê
tơng. Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên
liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, là phế thải thoát ra từ
buồng đốt qua ống khói nhà máy. Loại vật liệu này một thời đã được coi là rác thải,
nhưng hiện nay nó được coi là vật liệu có giá trị cao khi sử dụng kết hợp như là một
phụ gia.
Ưu điểm của việc sử dụng tro bay:
- Do kĩ thuật nghiền siêu mịn, mà lấp đầy các lỗ rỗng mao quản làm tăng độ
chắc đặc cho đá xi măng.
- Khả năng hoạt tính của phụ gia đã làm giảm lượng Ca(OH)2 dễ hòa tan
trong xi măng và tạo thành gel C-S-H có khả năng rắn chắc:

2SiO2 + 3Ca(OH)2 = 3CaO.2SiO2.3H2O
- Khắc phục đáng kể hiện tượng xâm thực của môi trường nước biển chứa
Cl ăn mòn mạnh cốt thép và gây phá hủy cơng trình.
-

- Làm phụ gia bê tơng sẽ làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5 - 2 lần; làm
tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ rỗng dễ dàng; “khử vôi tự do


7
CaO” trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê
tông trong môi trường nước.
- 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, có khả chống thấm tốt.
- Đặc biệt là trong cơng nghệ bê tông đầm lăn “không thể thiếu phụ gia tro
bay”, 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 tơng, tăng độ
bền, kéo dài tuổi thọ cơng trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước
trộn bê tơng.
1.3.1.2 Phân loại Tro bay
Theo mục đích sử dụng, tro bay được phân thành 2 loại
- Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây.

C
C

R

L
T.

- Tro bay dùng cho xi măng, ký hiệu: Xm.

Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành 2 loại

DU

- Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu: F
- Tro bazơ: tro có hàm lượng canxioxit lớn hơn 10%, ký hiệu:C.
1.3.1.3. Yêu cầu kỹ thu t

Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây
Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy
định.

Hình 1.1: Sơ đồ tách lọc tro bay


8
b) Tro bay dùng cho xi măng
Tro bay dùng cho xi măng cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định tại Tiêu
chuẩn TCVN 10302:2014 – Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và
xi măng.
1.3 1 4

ặ

a Tro bay

a) Thành phần hóa học trong Tro bay
Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại
như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ
chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngồi ra cịn có một số kim loại
nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,... Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào
nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy
nhiệt điện.
Vì vậy, tro bay có cỡ hạt mịn hơn xi măng, thành phần chính là: SiO 2, Al2O3,
CaO, MgO, SO3 …. Các đặc trưng quan trọng nhất trong việc sử dụng phụ gia là
hàm lượng cacbon phải thấp và SiO2 phải ở dạng bột mịn và rời rạc như Hình 1.1.
Các chỉ tiêu của tro bay nghiên cứu phù hợp với tro bay hoạt tính loại F dùng cho
bê tông, vữa xây và xi măng theo Tiêu chuẩn TCVN 10302:2014.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2. Tro bay có dạng bột mịn rời rạc.
b) Các nguyên tố vi lượng Tro bay
Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng
của chúng có trong nguyên liệu ban đầu


9

Tro bay là một vật liệu rất mịn (siêu mịn) chủ yếu là các hạt thủy tinh nhỏ
hình cầu trịn như Hình 1.2, độ lọt sàn từ 0.05-50 nanomet (1 nanomet = 1x10-9m),
tỉ diện bề mặt tương đối lớn 300-500 m2/kg.

Hình 1.3. Các hạt thủy tinh.
1.3.2. Ứng dụng của tro bay trong lĩnh vực xây dựng

C
C

Bê tông đặc chắc do q trình thủy hóa xi măng, lượng nước bốc hơi tạo ra
các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu. Cường độ của bê tông bị ảnh hưởng rất lớn đến
các lỗ rỗng và chất kết dính.

R
L
T.

DU

Muốn tăng cường độ bê tông cần hạn chế các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu,
tăng cường độ chất kết dính.
Như đã trình bày trên, tro bay có kích thước rất nhỏ (từ 1 - 10μm, trung bình
9 - 15μm), nên có thể lấp đầy các các lổ rỗng giữa các hạt cốt liệu, tạo nên khối vữa
đặc chắc hơn, tăng diện tích tiếp xúc kết dính, dẫn đến tăng cường độ bê tơng.
1.3.2.1. T
Tro bay khi trộn với xi măng Portland và cát sạch, đá tạo bê tơng có mác 30
hay 350 Mpa (N/mm2).
1.3.2.2. Gi m kh

cc

ớc, ch ng chua mặn

Trộn vữa tro bay với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim. Đây
là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các cơng trình ở vùng biển,
vùng nước mặn.
1.3.2.3. Ch ng rạn n t, gi m co g y, c i thi n bề mặt s n phẩm và có tính
ch ng th m cao
Tính cực mịn của Tro bay có hàm lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được
tính dẻo của xi măng Portland trong q trình tạo ra bê tơng. Ngồi ra tro bay còn
trở thành chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền hơn.
1.3.2.4. Tính chịu l c cao c a bê tông t nén với Tro bay
Trộn thêm Tro bay vào vữa hồ thì bê tơng sẽ có tính chịu lực cao. Điều này


10
xảy ra vì các hạt silic nano đã len vào khe hổng của bê tông và cùng lúc tạo
ra một SiO3 nhờ độ PH kiềm của xi măng. Đó là một kết quả vừa được công bố của
của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21. Tro bay là một silic ưu việt, cần
được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng
1.3.2.5. Ch

c s xâm nh p c a ACID SULFURIC c a bê tông hi n

ại
Dùng Tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe
nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá hỏng cốt thép
P

1.3.2.6. Tạo tính bền Sulfat cho bê tơng c

d

Muốn cho cơ cấu bê tông portland bền sulfat, cần pha tro bay nghèo vôi vào
với một tỉ lệ rất thấp. Nhờ đó, có thể dùng nước mặn để trộn với xi măng Portland
đề làm vữa hồ và khi bêtông đông cứng, có thể ngâm trong nước mặn vẫn được.
1.3.2.7. Tác dụng c

T

nv

ề hạ nhi t cho bê tông

C
C

Việc sử dụng tro bay làm chất độn cho khối bê tông lơn đạt được 3 mục
đích: Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lịng bê tơng; giảm giá thành bê tơng một
cách đáng kể; đảm bảo tính dễ thi cơng và cường độ bê tông.

R
L
T.

Qua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay
thay thế xi măng trong bê tơng đầm lăn có phạm vi từ 30 – 60%.
1.3.2.8. Một s

DU

ng dụng khác c

ĩ

c xây d ng

Giảm giá thành sản phẩm; tăng cường độ lên từ 1,5-2 lần; tăng độ trơn giúp
giảm chi phí bơm bê tơng lên các tầng cao của cơng trình và làm cho bê tông chui
vào các khe lỗ dễ dàng hơn;
"Khử vôi tự do CaO" trong xi măng (khoảng 6%); khống chế nhiệt độ ban
đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tơng, 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, phụ gia cho bê tông tự lèn
đối với cơng trình địi hỏi chịu lực cao.
Sản xuất gạch block có sử dụng tro bay cịn có thể giảm lượng măng nhiều
hơn nữa.
1.3.3. Vai trò của tro bay đối với sự phát triển bền vững
Những lợi ích của việc sử dụng tro bay trong bê tông và vữa xi măng hướng
tới phát triển bền vững bao gồm:
Giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường.
Giảm nguồn vật liệu xi măng poc lăng.
Tái sử dụng các sản phẩm thải công nghiệp.


11
Nâng cao độ bền của bê tông.
1.3.4. Phản ứng pozzolan của tro bay trong bê tông
Pozzolan là những vật liệu chứa SiO2 vơ định hình hoặc các alumosilicat ở

có kích thước hạt rất bé và khi có mặt ẩm thì xảy ra phản ứng hóa học với Ca(OH)2
(sản phẩm của q trình hydrate hóa xi măng) tạo thành những hợp chất có tính
chất của xi măng ™
Phụ gia khống hoạt tính khi sử dụng cho bê tơng thơng thường có hàm
lượng khơng vượt q 60%
1.3.5. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới về sử dụng tro bay thay thế
xi măng trong bê tông
Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc độ
phát triển của nền kinh tế xã hội. Các nguồn cung cấp điện năng mới hiện nay đang
phát triển nhanh chóng phải kể đến như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng
lượng thủy triều,… Tuy có nhiều ưu điểm và được khuyến khích sử dụng nhưng các
nguồn cung cấp điện năng này hiện nay mới chỉ đáp ứng được một lượng rất nhỏ
nhu cầu điện năng toàn cầu và chỉ tập trung ở một vài nước phát triển. Nguồn cung
cấp điện năng chủ yếu vẫn dựa trên các nguồn truyền thống và khơng ngừng phát
triển hàng năm. Trong đó các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch
chiếm một tỷ trọng lớn.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.4: Biểu đồ sản lượng tro bay và phần trăm sử dụng tro bay ở Mỹ từ 19662012


12

Mỹ là một trong các quốc gia tiêu thụ điện năng hàng đầu thế giới và cũng là
nước có sản lượng các sản phẩm từ quá trình đốt cháy than đá trong các nhà máy
nhiệt điện lớn của thế giới [11]. Năm 2007, Mỹ đã tạo ra hơn 125 triệu tấn các sản
phẩm từ than đá bao gồm tro bay, tro đáy lò, xỉ lò,… Phần trăm sử dụng tro bay ở
Mỹ đã giảm trong những năm 2007 - 2010, nhưng sau đó tỷ lệ sử dụng tro bay lại
tăng.
Trung Quốc là nước đứng đầu về sản xuất điện năng từ than đá, do vậy
lượng tro bay tạo ra từ việc đốt than đá cũng rất lớn. Năm 2009, công suất phát điện
và điện năng của các nhà máy nhiệt điện đều tăng khoảng 7-8%. Mặc dù, lượng tiêu
thụ than đã được giảm xuống bằng cách nâng cao hiệu quả của máy phát điện,
nhưng lượng tro bay tạo ra vẫn duy trì đà tăng [12]. Năm 2010, lượng tro bay tạo ra
là 480 triệu tấn và với tốc độ tăng trưởng 20 triệu tấn mỗi năm, dự kiến lượng tro
bay tạo ra ở Trung Quốc hiện nay đạt trên 500 triệu tấn.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.5: Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử dụng
tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008


13
Ở Ấn Độ, một lượng lớn tro bay tạo ra trong quá trình đốt cháy than của các
nhà máy nhiệt điện. Lượng tro bay tạo ra hàng năm liên tục tăng từ khoảng 1 triệu

tấn vào năm 1947 lên khoảng 40 triệu tấn trong năm 1994 và năm 2012 vào khoảng
131 triệu tấn. Kể từ 1996-1997 đến 2010-2011, lượng tro bay sử dụng vào trong các
lĩnh vực công nghiệp cũng tăng (năm 1996-1997 là 9,63% đến năm 2010-2012 là
56%). Năm 2009-2010 ở Ấn Độ đạt được mức độ sử dụng tro bay cao nhất 63%.
Như một điều hiển nhiên, khi lượng than đá sử dụng trong các nhà máy nhiệt
điện càng nhiều thì các sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy nhiên liệu như xỉ than
hay tro bay sinh ra cũng tăng theo. Thống kê của các nhà khoa học Hy Lạp cho thấy
lượng tro bay sinh ra gần như tỷ lệ tuyến tính với lượng nhiên liệu than đá được sử
dụng.
Theo ước tính, lượng tro bay thải ra trên toàn cầu vào khoảng trên 700 triệu
tấn. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay của một số nước được trình bày trong
bảng 1.2.
B

Nước sản
xuất

TT

C
C

1 2: Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước

2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
Tình

Tro bay sử dụng
(%)

480

67

131
70
40
15
10
6
3
2
2
2

54
45
85
50
85
75

85
100
100
100

DU

Trung Quốc
(2010)
Ấn Độ (2012)
Mỹ (2010)
Đức
Anh
Australia
Canada
Pháp
Đan Mạch
Ý
Hà Lan

1

R
L
T.

Sản lượng tro bay hàng
năm (triệu tấn)

ử dụ

Tro bay đã được sử dụng rất thành công trong ngành công nghiệp bê tơng
trên thế giới hơn 50 năm qua. Ở Mỹ có hơn 6 triệu tấn và ở châu Âu là hơn 9 triệu
tấn đã được sử dụng trong xi măng và bê tơng [17]. Có nhiều dự án lớn trong thời
gian gần đây sử dụng bê tông tro bay, bao gồm các đập ngăn nước, các nhà máy
điện, các cơng trình ngoài biển, các đường hầm dưới biển, đường cao tốc, sân bay,
các tòa nhà thương mại hay dân cư, cầu, các đường ống dẫn,