(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực chloride của bê tông có sử dụng tro bay và xỉ lò cao

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ NGUYỄN HOÀNG HUY

C
C

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG
CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG
CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO

R
L
T.

DU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ NGUYỄN HOÀNG HUY

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG
CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG
CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO

C
C

R
L
T.

DU

Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2020

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Người cam đoan

Lê Nguyễn Hoàng Huy

C
C

DU

R
L
T.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 3
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 4
TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................. 9
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... 10
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1
2. Mục tiêu đề tài. ....................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .....................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................................2

C
C

5. Kết quả dự kiến ...................................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn ................................................................................................2

R
L

T.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO ................................... 3
1.1.

Tổng quan về tro bay........................................................................................... 3

DU

1.1.1.

Công nghệ đốt than........................................................................................3

1.1.2.

Các tính chất đặc trưng của tro, xỉ nhiệt điện ..............................................4

1.1.2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt PC ................................4
1.1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng cơng nghệ CFBC ..................................4
1.1.3.

Thành phần hóa học trong tro bay ...............................................................5

1.1.4.

Sản lượng tro bay ..........................................................................................5

1.1.5.

Phân loại tro bay ............................................................................................7

1.1.6.

Yêu cầu kỹ thuật ............................................................................................8

1.2.

Tổng quan về xỉ lò cao. ........................................................................................ 8

1.2.1.

Phân loại xỉ lò cao .........................................................................................8

1.2.1.1.

Xỉ lò cao làm nguội chậm (xỉ ABFS)...........................................................9

1.2.1.2.

Xỉ hạt lò cao (xỉ GBF) .................................................................................9

1.2.2.
1.3.

Đặc tính của xỉ lị cao ....................................................................................9

Bê tơng. ............................................................................................................... 12

1.3.1.

Đặc tính cơ lý của bê tông. ..........................................................................12

1.3.1.1.

Cường độ bê tông ......................................................................................12

1.3.1.2.

Biến dạng của bê tông ...............................................................................12


1.3.1.3.
1.3.2.

Độ bền chống thấm ion clo .......................................................................12
Một số đặc tính độ bền của bê tơng. ............................................................12

1.3.2.1. Tính cơng tác ................................................................................................12
1.3.2.2. Tính co ngót ..................................................................................................13
1.4. Các nghiên cứu trong nước và nước ngồi về độ bền chống chloride của bê
tơng. 14
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA CHLORIDE ĐẾN SỰ HƯ HẠI CỦA KẾT
CẤU BÊ TÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ
CHLORIDE ................................................................................................................. 16
2.1.

Ảnh hưởng của ion clo đến sự hư hại của kết cấu BTCT .............................. 16

2.1.1.

Sự xâm nhập ion clo ....................................................................................16

2.1.2.

Sự ăn mịn cốt thép trong bê tơng ...............................................................17

2.1.3.

Ngưỡng chloride giới hạn............................................................................24

2.2.

C
C

Các phương pháp xác định nồng độ chloride.................................................. 25

R
L
T.

2.2.1.

Phương pháp khoan lấy mẫu bột để xác định nồng độ chloride. ..............25

2.2.2.

Phương pháp thí nghiệm nhanh (ASTM C1202/TCVN 9337-2012). ........25

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC

CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO .......... 26

DU

Giới thiệu chung........................................................................................................... 26
Chương trình thí nghiệm ............................................................................................ 26
3.2.1

Tiêu chuẩn áp dụng .....................................................................................26

3.2.2

Vật liệu, dụng cụ, thiết bị dùng để thí nghiệm ...........................................26

3.2.2.1.

Vật liệu thí nghiệm ....................................................................................26

3.2.2.2.

Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm ......................................................................29

3.2.3

Thành phần cấp phối...................................................................................34

3.2.4

Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu .......................................................................35

3.2.4.1.

Đúc mẫu ....................................................................................................35

3.2.4.2.

Bảo dưỡng .................................................................................................38

3.2.5
3.2.5.1.

Thí nghiệm xác định cường độ chịụ nén của các mẫu bê tơng ................38
Quy trình nén mẫu .....................................................................................38

3.2.5.2 Cơng thức xác định cường độ chịu nén [13]. ...............................................39
3.2.6

Thí nghiệm xác định khả năng chống xâm thực chloride ........................40

Kết quả và thảo luận ................................................................................................... 46
3.3.1

Cường độ chịu nén của bê tơng có tro bay và tro xỉ lò cao .......................46


3.3.2

Tổng điện lượng truyền qua bê tông ..........................................................48

Kết luận chương 3........................................................................................................ 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 52
1. Kết luận ................................................................................................................. 52
2. Kiến nghị ............................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 53
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

C
C

DU

R
L
T.


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC
CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO
Học viên: Lê Nguyễn Hồng Huy, Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng
trình DD và CN
Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt
Sự xâm nhập của ion clorua là một trong những ngun nhân chính gây ăn mịn cốt
thép trong bê tông làm hư hại kết cấu bê tông cốt thép. Độ bền chống thấm ion clo qua bê
tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối,
loại xi măng, loại cốt liệu,... Hiện nay có nhiều nghiên cứu để tìm ra các nguồn vật liệu thay
thế xi măng nhằm nâng cao độ bền của bê tông.
Luận văn nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng
chống xâm thực ion clorua của bê tông. Tỉ lệ các thành phần cấp phối là xi măng: cát: đá =

1 : 2 : 3 và giữ không đổi trong suốt thí nghiệm. Xi măng được thay thế bởi tro bay và xỉ lò
cao với tổng khối lượng tro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng là 20%. Tỉ lệ nước/tổng bột
(tổng của xi măng và tro bay, xỉ lị cao) là 0.6. Các thí nghiệm cường độ chịu nén được thực
hiện trên mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm, các thí nghiệm độ thấm ion clorua
được thực hiện trên mẫu hình trụ có đường kính 100mm và chiều dày 50mm. Tất cả các thí
nghiệm được thực hiện tại các thời điểm 28 ngày, 56 ngày và 120 ngày. Kết quả thí nghiệm
cho thấy rằng nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài cường độ chịu nén của các mẫu bê
tơng có tro bay và xỉ lị cao thay thế 20% xi măng đạt đến cường độ tương đương (với sự
giảm cường độ chỉ khoảng 7% so với mẫu đối chứng) hoặc lớn hơn mẫu đối chứng tại thời
điểm 120 ngày tuổi. Tro bay và xỉ lò cao có thể được sử dụng đồng thời để thay thế 20% xi
măng nhằm tăng cường khả năng chống thấm ion clo qua bê tông. Nằm trong giới hạn
nghiên cứu của đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 10% tro bay, 10% xỉ lò cao S95 thay thế xi
măng vì góp phần nâng cao khả năng chống thấm ion clo qua bê tông và đảm bảo cường
chịu nén gần bằng so với mẫu đối chứng.

C
C

R
L
T.

DU

Từ khóa – bê tơng, tro bay; xỉ lò cao, cường độ chịu nén, thấm ion clo.
Abstract
Cloride penetration is one of the main factors causing the corrosion of steel in concrete
leading to the damage of reinforced concrete structures. The chloride resistance of concrete
depends on the many factors including mix compositions, cement type, arggregates,….There
are many research on the alternative cementitious binder to replace original Portland cement

for improving of durability of concrete.
The thesis studied the effect of fly ash, GGBS on chloride resistance of concrete. The
mix proportion was cementitious material (OPC+ fly ash+ GGBS): sand: coarse aggregate:
water of 1:2:3:0.6 in which 20% by mass of total cementitious materials of cement was
replaced by class F fly ash and GGBS. Compressive strength tests were conducted on the
cube samples dimension of 150x150x150mm while choloride penetration was conducted on
the disc dimension of Dxh =100x50mm. Tests were conducted at 28, 56 and 120 days. The
results shows that within the range of investigation, the compressive strenth of blended
concrete is euipvalent to or slightly smaller than (about 7%) the control samples without fly
ash ans GGBS at 120 days. Both fly ash and GGBS can be used to replace OPC for choloride


resistance of concrete. Within the range of investigation, 10% of fly ash and 10% of GGBS
is recommended to replace OPC as they improve the chloride resistance and maintain the
compressive strength of concrete.
Keywords: concrete, fly ash; blast furnace slag, compressive strength, chloride ion
permeability,

C
C

DU

R
L
T.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số

hiệu

Trang

Tên bảng

1.1

Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 20102020

Trang 6

1.2

Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618

Trang 7

1.3

Tổng hợp đặc tính của xỉ lị cao

Trang 9

2.1

Hàm lượng ion clo tới hạn theo một số tiêu chuẩn

Trang 18

3.1

Chỉ tiêu chất lượng của xi măng (Sông Gianh PCB40)

Trang 27

3.2

Chỉ tiêu chất lượng tro bay (Loại F Vũng Áng)

Trang 27

3.3

Chỉ tiêu chất lượng xỉ lò cao (S95 Hòa Phát)

Trang 28

3.4

Chỉ tiêu chất lượng đá 1x2 (Phước Tường, Đà Nẵng)

Trang 28

3.5

Chỉ tiêu chất lượng cát (Túy Loan, Đà Nẵng)

Trang 28

3.6

Thành phần tỉ lệ cấp phối bê tông

Trang 35

3.7

Khối lượng vật tư đúc mẫu

3.9

Thông số kỹ thuật máy nén mẫu SYE 2000

3.10

Cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông

Trang 46

3.11

So sánh cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông các mẫu M2,
M3, M4, M5, M6, so với mẫu M1

Trang 46

3.12

Kết quả thí nghiệm đo thấm ion clo qua bê tông

Trang 48

R
L
.

T
U

D

C
C

Trang 35
Trang 40


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
1.1 Tro bay

Tên hình

Trang
Trang 4

1.2

Sự tương phản về kích thước giữa các hạt tro bay hình cầu lớn
và các hạt nhỏ

Trang 5

1.3

Biểu diễn đặc trưng dạng cầu của các hạt trong khoảng kích
thước thường thấy nhiều hơn

Trang 5

1.4

Xỉ lị cao

Trang 8

1.5

Sơ đồ cơng nghệ q trình tạo ra xỉ lò cao

Trang 8

1.6

Thành phần hạt xỉ hạt lò cao một số nhà máy gang thép tại Việt
Nam

Trang 11

2.1

Cơ chế ăn mịn cốt thép

Trang 16

3.1

Khn thép đúc mẫu

3.2

Máy trộn bê tông đúc mẫu

3.3

Máy đầm dùi

3.4

Dụng cụ sàng vật liệu

3.5

Dụng cụ đo độ sụt

3.6

Cân vật liệu đúc mẫu

Trang 31

3.7

Máy thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tơng

Trang 31

3.8

Máy thí nghiệm thấm ion clo

Trang 32

3.9

Máy thí nghiệm thấm ion clo

Trang 32

C
C

R
L
T.

DU

Trang 29
Trang 29
Trang 29
Trang 30
Trang 30

3.10 Bộ gá mẫu bê tông

Trang 33

3.11 Dụng cụ hút chân không mẫu bê tông

Trang 33

3.12 Máy khoan, cắt gia công mẫu bê tông

Trang 34

3.13 Khoan, cắt gia công mẫu bê tông

Trang 34

3.14 Sàn cát

Trang 36

3.15 Sàn đá 1x2

Trang 36

3.16 Cân cát

Trang 37

3.17 Cân xi măng

Trang 37

3.18 Cân xỉ lò cao

Trang 37

3.19 Cân đá

Trang 37

3.20 Trộn cấp phối bê tông

Trang 37


3.21 Đo độ sụt

Trang 37

3.22 Chuẩn bị khuôn thép

Trang 38

3.23 Đúc mẫu bê tông

Trang 38

3.24 Dưỡng hộ bằng ngâm nước

Trang 38

3.25 Máy nén mẫu SYE 2000 tại PTN. kết cấu cơng trình

Trang 39

3.26 Máy đo thấm ion clo

Trang 40

3.27 Gia cơng khoan mẫu thử hình trụ đường kính 100mm

Trang 41

3.28 Mẫu thử hình trụ 100x50mm

Trang 41

3.29 Bảo dưỡng mẫu thử

Trang 42

3.30 Bơm hút chân không mẫu thử

Trang 42

3.31 Mẫu thử 100x50 hồn chỉnh

Trang 42

3.32 Lắp mẫu thử bê tơng giữa 2 ngăn

Trang 43

C
C

3.33 Thí nghiệm đo độ thấm ion clo trong bê tông

R
L
T.

3.34 Lắp mẫu thử bê tông M1, M2

3.35 Thí nghiệm đo độ thấm ion clo trong bê tơng mẫu M1, M2

DU

Trang 43
Trang 44
Trang 44

3.36 Lắp mẫu thử bê tơng M3, M4

Trang 44

3.37 Thí nghiệm đo độ thấm ion clo trong bê tông mẫu M3, M4

Trang 45

3.38 Lắp mẫu thử bê tơng M5, M6

Trang 45

3.39 Thí nghiệm đo độ thấm ion clo trong bê tông mẫu M5, M6

Trang 45

3.40 Biểu đồ cường độ chịu nén của các hỗn hợp bê tông

Trang 47

3.41 Biểu đồ độ thấm ion clo các hỗn hợp bê tông

Trang 49


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự xâm thực ion clo qua lớp bê tơng là ngun nhân chính gây ăn mịn hư hại cốt
thép trong bê tơng, từ đó làm giảm tuổi thọ của cấu kiện bê tơng [1]. Đồng thời, để
tăng cường sử dụng rộng rãi hơn nữa các loại chất thải công nghiệp trộn vào bê tơng

như tro bay, xỉ lị cao,... làm giảm tỉ lệ xi măng trong bê tông. Mặt khác, giải quyết
được đầu ra cho các loại chất thải công nghiệp giảm ô nhiễm môi trường.
Tro bay là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà
máy nhiệt điện từ quá trình đốt than. Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt
của than cám nên bản thân nó đã rất mịn, có cỡ hạt từ 1 - 10μm, trung bình 9 - 15μm.
Tro bay được phân ra hai loại với các đặc điểm khác nhau: loại C có hàm lượng CaO
≥ 10% và thường bằng 15 - 35%. Đó là sản phẩm đốt than hoặc than chứa bitum,
chứa ít than chưa cháy, thường < 2%. Loại F có hàm lượng CaO < 10%, thu được từ
việc đốt than antraxit hoặc than chứa bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn,
khoảng 2 - 10% [2].
Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh rịng (SiO2) có rất
nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng 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, khơng 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 tơng một cách đáng kể [2].
Xỉ lò cao là rác thải của ngành công nghiệp luyện gang thép, thải phẩm ở dạng
hạt có đường kính từ 10 ÷ 200 mm. Đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng
oxit sắt thành gang. Hiện nay, nó là vật liệu phổ biến được dùng trong sản xuất xi
măng xỉ lò cao trên thế giới. Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng
đã góp phần vào việc xử lý nguồn phế thải cơng nghiệp vì xi măng xỉ lị cao thực sự
có nhiều tính chất đặc biệt như bền trong mơi trường nước biển, bền sunfat, ít toả
nhiệt, phù hợp với bê tông khối lớn, chống thấm tốt…[3].
Sự phát triển của công nghệ sản xuất bê tông trên cơ sở các chất thải cơng nghiệp
hóa chất và luyện kim đã qua xử lý mở ra cơ hội lớn để tiết kiệm xi măng pooclăng
và tiết kiệm nguồn năng lượng sản xuất. Công nghệ này đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật
to lớn, do năng lượng tiêu hao, giá thành cũng như các chi phí cơ bản khác giảm nhiều
lần. Hơn nữa, hiệu quả xã hội, sinh thái của công nghệ cũng khơng nhỏ.
Từ những phân tích trên, để cải thiện khả năng chống thấm ion clo bền trong môi
trường xâm thực và tận dụng nguồn nguyên liệu tro bay, xỉ lò cao giúp giải quyết một

lượng đáng kể chất thải từ các nhà máy gang thép, nhiệt điện. Tác giả lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực Chloride của bê tơng có sử dụng
tro bay và xỉ lò cao”.
2. Mục tiêu đề tài
Đánh giá ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng chống xâm thực
chloride của bê tông (tổng khối lượng tro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng là 20%
trong đó tỉ lệ thay thế của từng thành phần là 5%, 10%, 15%, 20%).
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các loại vật liệu: (i) Tro bay (từ nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng Hà Tĩnh); (ii) Xỉ
lò cao S95 Hòa Phát; (iii) Cát tại bãi cát Túy Loan (huyện Hòa Vang, thành phố Đà

C
C

DU

R
L
T.


2
Nẵng); (iv) Đá tại mỏ đá Phước Tường (quận Cẩm Lệ, thành phố Đà Nẵng); (vi) Xi
măng Sơng Gianh.
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng chống xâm
thực ion clo của bê tông đến 28, 56, 120 ngày.
Xem xét mức độ ảnh hưởng của tro bay hay xỉ lò cao lớn hơn đối với sự kháng
xâm thực ion clo của bê tông, từ đó tìm ra tỉ lệ tốt nhất giữa tro bay và xỉ lò cao trong
việc thay thế tổng tỉ lệ 20% xi măng.
4. Phương pháp nghiên cứu

Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9337:2012 Bê
tông nặng – xác định độ thấm ion bằng phương pháp đo điện lượng; TCVN 3105:1993
– Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng – lấy mẫu, chế tạo và bão dưỡng mẫu; TCVN
3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử độ sụt; TCVN 3115:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích; TCVN 3118:1993 - Bê
tơng nặng – Phương pháp xác định cường độ nén.
Thí nghiệm khả năng kháng xâm thực ion clo của bê tơng có thành phần tỷ lệ ro
bay và xỉ lò cao thay thế xi măng là 20% trên tổng lượng bột.
Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm.
Đánh giá sự ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng chống xâm thực
ion clo của bê tông.
5. Kết quả dự kiến.
Xác định khả năng sử dụng tro bay và xỉ lò cao trong bê tông để cải thiện khả
năng kháng xâm thực ion clo của bê tông.
Đưa ra các kiến nghị, ứng dụng trong thiết kế thành phần cấp phối bê tông.
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn gồm có các chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan về tro bay, tro xỉ lò cao và bê tông.
Chương 2: Ảnh hưởng của chloride đến sự hư hại của kết cấu bê tông và các
phương pháp xác định nồng độ chloride.
Chương 3: Thí nghiệm xác định khả năng chống xâm thực chloride của bê tơng
có sử dụng tro bay và tro xỉ lò cao.

C
C

DU

R
L

T.


3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO
1.1. Tổng quan về tro bay
Quá trình đốt than để vận hành các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) thải ra các sản
phẩm cháy bao gồm: Tro đá (xỉ đá lò) hay cịn gọi là xỉ, là các hạt thơ, to thu được ở
đá lò đốt; Tro bay là các hạt tro mịn lên được thu lại tại lọc bụi; Thạch cao, là sản
phẩm của q trình khử khí SO2 trong khói khi đốt. Thơng thường lượng tro bay
chiếm khoảng 80 - 90 %, còn xỉ chỉ chiếm khoảng 10 - 20% [4].
1.1.1. Công nghệ đốt than
Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam đang sử dụng một trong
hai loại cơng nghệ đốt: Cơng nghệ lị đốt than phun – PC (Pulverised combustion) và
Cơng nghệ lị hơi tầng sơi tuần hồn - CFB (Circulating Fluidizing Bed) [4].
1.1.1.1. Công nghệ đốt than phun PC
Than đạt yêu cầu chất lượng đươc nhập về nhà máy, chứa trong các kho, trong
kho có hệ thống đảo trộn để đồng nhất than phục vụ quá trình đốt. Than được nghiền
mịn trên máy nghiền sấy liên hợp đến cỡ hạt ≤ 0,09mm chuyển đến các két chứa.
Than mịn được hệ thống cấp liệu, định lượng chuyển đến vòi phun than, phun vào lò
và bị đốt cháy trong khơng gian của lị hơi. Nhiệt độ trong lị đốt khoảng 1400oC1600oC nhằm mục đích gia nhiệt cho nước hóa hơi sinh áp lực để cấp cho tua bin
sinh công, phát điện [4].
Than cháy để lại tro than, một phần quá nhiệt nóng chảy biến thành xỉ rơi xuống
ống đá lò được làm lạnh bằng nước, phần lớn tro than mịn theo gió lị vào lọc bụi
điện để giữ lại, khí sạch thải ra mơi trường. Tùy theo hàm lượng lưu huỳnh có trong
than và yêu cầu khử khí SO2 mà các nhà máy nhiệt điện có thêm hệ thống FGD (Flue
- Gas Desulfurization G ps m) để hấp thụ khí SO2 hoặc SWFGD (Sea water flue Gas
Desulfurization). Hệ thống FGD hoạt động sử dụng dung dịch đá vơi để hấp thụ khí
SO2 và phát sinh bã thải thạch cao, hệ thống sử dụng nước biển SWFGD không phát
sinh bã thải thạch cao. Đối với công nghệ đốt than phun PC, thạch cao FGD phát sinh

và được thải ra riêng biệt với tro bay [4].
1.1.1.2. Công nghệ đốt than tầng sôi - CFB
Công nghệ này sử dụng khi than có chất lượng thấp (nhiệt trị thấp) và hàm lượng
lưu huỳnh cao. Than đáp ứng yêu cầu sử dụng được nhập về nhà máy chứa trong các
kho có thể đảo trộn hoặc phối trộn các mỏ để đồng nhất. Than được gia công trên má
đập ú đến cỡ hạt <10 mm chứa trong các két có hệ thống cấp và định lượng ở đáy.
Đá vơi có chất lượng đạt yêu cầu cũng được gia công đến cỡ hạt <10 mm chứa trong
két có hệ thống cấp liệu và định lượng ở đáy [4].
Than và đá vôi được cấp vào lị đốt tầng sơi tuần hồn để sinh nhiệt cấp cho
nước hóa thành hơi có áp suất lớn cấp cho tua bin sinh công, phát điện. Than cháy
sinh nhiệt, cùng đá vơi được tuần hồn trong buồng đốt phản ứng với khí SO2 của
khói là chuyển thành CaSO4. Khói lị cùng tro mịn thu vào lọc bụi tĩnh điện thu được
tro bay, khí sạch thải ra mơi trường theo ống khói. Các hạt tro than to và đá vơi đã
hoặc chưa phản ứng hết rơi xuống đáy lị ra ngoài thành tro đáy (xỉ) [4].
Đối với các nhà máy sử dụng công nghệ CFB, thạch cao luôn luôn được thải ra
lẫn lộn cùng với tro bay. Việc thải lẫn tro bay và thạch cao của các nhà máy dùng
cơng nghệ CFB dẫn đến khó phân tách thạch cao ra khỏi tro bay dẫn tới khó khăn
trong qúa trình sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng [4].

C
C

DU

R
L
T.


4

1.1.2. Các tính chất đặc trưng của tro, xỉ nhiệt điện
Theo công nghệ đốt than của nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam, tro, xỉ nhiệt điện
được phân làm 2 loại [4]:
- Tro, xỉ nhiệt điện theo công nghệ đốt than phun PC;
- Tro, xỉ nhiệt điện theo công nghệ đốt than tầng sơi CFB.
Trong đó chủ yếu là các nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ PC. Theo quy
hoạch điện VII thì đến năm 2020 và 2030 thì công suất của các nhà máy nhiệt điện
sử dụng công nghệ đốt than tầng sôi nước ta chỉ chiếm khoảng 10% trên tổng tổng
công suất của các nhà máy nhiệt điện than [4].
1.1.2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng cơng nghệ đốt PC
Tro được hình thành do các quá trình đốt than đã được nghiền mịn ở nhiệt độ
cao 14000 C-16000 C, do vậy tro thu được gồm hỗn hợp các hạt bị nóng chảy và các
hạt than chưa cháy hết. Phần vật liệu bị nóng chảy khi được làm lạnh nhanh tạo thành
chủ yếu pha thủy tinh và các hạt hình cầu, ngồi ra cịn một lượng nhỏ pha tinh thể
[4].
Các hạt tro bay hình cầu có thể là hạt cầu rỗng (chứa nhiều hạt cầu con trong
nó) hoặc là các hạt cầu đặc. Pha thủy tinh chiếm khoảng (60-90)% khối lượng tro
bay. Pha thủy tinh và pha tinh thể khơng hồn tồn độc lập với nhau mà thường pha
trộn lẫn, thông thường pha tinh thể nằm trong cấu trúc pha thủy tinh hoặc gắn liền
với bề mặt các hình cầu của pha thủy tinh. Do vậy, cấu trúc tổng thể của tro bay là
phức tạp và pha trộn [4].
Xỉ được hình thành cùng với quá trình hình thành tro bay, tuy nhiên khi tro than
nóng chảy kết thành tảng có kích thước lớn rơi xuống đá lò và được làm lạnh nhanh
bằng nước nên thành phần chủ yếu là pha thủy tinh và lẫn rất ít than chưa cháy [4].
1.1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng cơng nghệ CFBC
Q trình đốt than tầng sơi ở nhiệt độ khoảng 800oC - 900oC và được đốt tuần
hồn rất lâu trong lị đốt. Các hạt than được đốt cháy, một phần tro than vỡ ra rất mịn
và nhẹ bay lên cùng khí nóng gọi là tro bay (trong tro bay có lẫn cả than mịn chưa
cháy hết), phần tro than dạng hạt to (hạt cát) rơi xuống đáy được làm lạnh nhanh gọi
là xỉ [4].

Do công nghệ đốt ở nhiệt độ thấp (800oC-900oC) nên phần lớn vật liệu khơng
cháy trong than chưa bị nóng chảy, đó là các khoáng chiếm lượng lớn trong tro bay,
xỉ như khoáng chứa Al2O3, hợp chất sắt oxyt, hợp chất CaO. Tro bay CFBC có hàm
lượng SO3, CaSO4, CaCO3, CaO lớn hơn so với tro bay công nghệ đốt than phun do
bột đá vơi được phun vào trong q trình đốt để khử SO2 trong khí thải [4], xem hình
1.1.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.1. Tro bay


5
1.1.3. Thành phần hóa học trong tro bay
Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá
trình phân hủy và biến đổi của các chất khống có trong than đá. Thơng thường, tro
ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra [5].
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 [5].
1.1.4. Cấu trúc hình thái của tro bay

Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau,
các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau. Các hạt
tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng. Thơng thường, các hạt tro
bay hình cầu, rắn được gọi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong
rỗng có tỷ trọng thấp hơn 1,0 g/cm3 được gọi là các hạt rỗng. Một trong các dạng
thường thấy ở tro bay thường được tạo nên bởi các hợp chất có dạng tinh thể như
thạch anh, mulit và hematit, các hợp chất có dạng thủy tinh như thủy tinh oxit silic và
các oxit khác [6].
Các hạt tro bay đặc có khối lượng riêng trong khoảng 2,0 - 2,5 g/cm3 có thể cải
thiện các tính chất khác nhau của vật liệu nền như độ cứng và độ bền xé. Các hạt tro
bay rỗng có thể được sử dụng trong tổng hợp vật liệu compozit siêu nhẹ do khối lượng
riêng rất nhỏ của chúng, chỉ khoảng 0,4-0,7 g/cm3, trong khi các chất nền kim loại
khác có khối lượng riêng trong khoảng từ 1,6-11,0 g/cm3 , xem hình 1.2 và hình 1.3.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2: Sự tương phản về kích thước
Hình 1.3: Biểu diễn đặc trưng dạng
giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và các
cầu của các hạt trong khoảng kích
hạt nhỏ
thước thường thấy nhiều hơn
1.1.5. Sản lượng tro bay trong và ngoài nước

Nhu cầu tiêu thụ điện năng trên thế giới không ngừng tăng lên theo tốc độ phát
triển của nền kinh tế. 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
điện,… 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


6
chủ yếu vẫn dựa trên các nguồn truyền thống, sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm
một tỷ trọng lớn [7].
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. 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 [7].
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. 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 [8].
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 1996-97 đến 2010-11, 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 20092010 ở Ấn Độ đạt được mức độ sử dụng tro bay cao nhất 63% [9].
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 [10].
Ở Việt Nam, phần lớn các nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu tập trung ở phía
Bắc, do gần nguồn than. Tổng công suất các nhà máy nhiệt điện đang vận hành tính
ở thời điểm 2010 là 4.250 MW [11] và dự kiến vào năm 2020 sẽ là 7.240 MW. Tro
bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030 được nêu trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2020

C
C

R
L
T.

DU

Năm

Stt

Công suất,
MW

Tiêu thụ than,
triệu tấn/năm

Lượng tro bay,
triệu tấn/năm

1

2010

4.250

12,75

3,82-4,46

2

2015

6.240

18,72

5,61-6,55

3

2020

7.240

21,72

6,51-7,60

Nguồn cung cấp than nhiên liệu trong nước cho các nhà máy điện thường là loại
than chất lượng thấp, có độ tro lớn hơn 31÷32%, thậm chí đến 43÷45%. Do đó, các
nhà máy nhiệt điện thải ra lượng tro bay khá lớn, có thể chiếm tới 20-30% lượng than
sử dụng [11].
Với suất tiêu hao than trung bình khoảng 500 g/kWh. Trong khi đó, các nhà
máy sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng, các cơng trình xây dựng đang có nhu cầu
rất lớn về sử dụng tro bay và hồn tồn có thể tiêu thụ hết số tro bay được xử lý từ
sản xuất điện [12]. Để giải quyết các vấn đề này, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết
định 1696/QĐ-TTg ngày 23/9/2014 về một số giải pháp xử lý tro, xỉ, thạch cao của
các nhà máy nhiệt điện, nhà máy phân bón hóa chất để sản xuất vật liệu xây dựng.


7
Đây là cơ sở pháp lý quan trọng cho các giải pháp, tổ chức thực hiện xử lý để sử dụng
nguồn phế thải này làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng [11].
1.1.6. Phân loại tro bay
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10302 – 2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng
cho bê tông, vữa xây và xi măng thì tro bay được phân loại như sau [13]:
- Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành 2 loại: (i) Tro axit: tro có
hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu: F; (ii) Tro bazơ: tro có hàm lượng
canxi oxit lớn hơn 10 %, ký hiệu: C
- Theo mục đích sử dụng, tro bay được phân thành 2 loại: (i) Tro bay dùng cho
xi măng; (ii) Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây.
Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại như sau [14]:
- Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%
- Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%
- Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20%
Trên thế giới hiện nay, tro bay thường được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM
C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay
được phân làm hai loại là loại C và loại F, được nêu trong bảng 1.2 [15].

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [15]

C
C

R
L
T.

Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C618

DU

Yêu cầu hóa học

Đơn Lớn nhất Nhóm Nhóm
vị /nhỏ nhất
F
C

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

%

nhỏ nhất

70

50

SO3

%

lớn nhất

5

5

Hàm lượng ẩm

%

lớn nhất

3

3

Hàm lượng mất khi nung

%

lớn nhất

5

5

1,5

1,5

Yêu cầu hóa học không bắt buộc
Chất kiềm

%

Yêu cầu vật lý
Độ mịn (+325)

%

lớn nhất

34

34

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày)

%

nhỏ nhất

75

75

Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 ngày)

%

nhỏ nhất

75

75

Lượng nước yêu cầu

%

lớn nhất

105

105

Độ nở trong nồi hấp

%

lớn nhất

0,8

0,8

Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng

%

lớn nhất

5

5

Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn

%

lớn nhất

5

5


8
1.1.7. Yêu cầu kỹ thuật
Tro bay dùng cho bê tông và vữa cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định tại
bảng 1 của TCVN 10302:2014.
Tro bay dung xi măng cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định tại bảng 2 của
TCVN 10302:2014.
1.2. Tổng quan về xỉ lò cao
Xỉ lò cao (xỉ gang) là một phụ phẩm phụ của q trình luyện quặng oxít sắt
thành gang trong lị cao [16].

Xỉ lị cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷ 48%, SiO2 từ
35% ÷ 38%, Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng CaO + MgO thường đạt 40%
÷ 50% hay cao hơn nữa [16].

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.4. Xỉ lò cao
1.2.1. Phân loại xỉ lò cao
Xỉ lò cao được tạo ra trong quá trình sản xuất gang. Tùy thuộc vào quy trình
làm nguội, xỉ lị cao được chia thành hai loại:
- Xỉ lò cao làm nguội chậm (viết tắt là xỉ ABFS), được làm nguội tự nhiên nhờ
khơng khí hoặc nước;
- Xỉ hạt lị cao (viết tắt là xỉ GBFS), được làm nguội nhanh bằng nước. Sơ đồ
cơng nghệ q trình tạo ra xỉ lị cao xem hình 1.4 [17].


9

C
C

R
L

T.

Hình 1.5. Sơ đồ cơng nghệ q trình tạo ra xỉ lò cao
1.2.1.1. Xỉ lò cao làm nguội chậm (xỉ ABFS)
Xỉ nóng chảy hình thành từ lị cao được tháo ra sân (bãi) làm nguội. Tại đây, xỉ
nóng chảy được làm nguội tự nhiên hoặc phun nước, chúng đông cứng thành dạng
giống như đá với cấu trúc tinh thể. Xỉ lò cao làm nguội chậm thường được nghiền và
sàng thành cỡ hạt yêu cầu để làm cốt liệu cho bê tông, vật liệu hạt cho san lấp và rải
đường.
1.2.1.2. Xỉ hạt lị cao (xỉ GBF)
Xỉ nóng chảy hình thành từ lò cao được tháo chảy ra các mương dẫn và được
phun nước với áp lực cao để làm lạnh nhanh tạo nên các hạt giống như hạt cát có cấu
trúc xốp. Các hạt xỉ này trộn với nước tạo nên hỗn hợp lỏng được bơm ra bãi khử
nước, tại đó các hạt xỉ được róc nước tự nhiên.
1.2.2. Đặc tính của xỉ lị cao
Đặc tính cơ bản của xỉ lị cao được nêu trong bảng 1.3 [17].
Bảng 1.3 Tổng hợp đặc tính của xỉ lị cao

DU

Đặc tính
Mơ tả
chung

Xỉ lị cao làm nguội chậm (ABFS)

Xỉ hạt lị cao (GBFS)

Xỉ ABFS có bề mặt thơ, nhiều lỗ rỗng
và góc cạnh; khối lượng thể tích nhẹ

hơn và độ hút nước lớn hơn so với đá
dăm tự nhiên. Xỉ ABFS có chất lượng
thay đổi tùy thuộc vào mỗi nhà máy
và lô sản xuất, do tính chất vật lý của
nó thay đổi phụ thuộc vào độ dày của
lớp xỉ nóng chảy và phương pháp làm
nguội.

Xỉ hạt lị cao có hình dạng
bên ngồi giống với cát thơ,
hầu hết có cỡ hạt nhỏ hơn 5
mm, ít hạt mịn. Xỉ hạt lị
cao có thành phần chủ yếu ở
dạng thủy tinh với các hạt
rất góc cạnh.


10

Thành
phần hóa

Do cùng nguồn gốc nên thành phần hóa của xỉ ABFS và xỉ hạt lị cao
giống nhau.
Thành phần hóa của xỉ lị cao thơng thường gồm canxi oxýt (CaO) và
silic oxýt (SiO2) là các thành phần chính. Chúng chứa nhiều vôi khi
so sánh với đất và đá trong tự nhiên. Ngồi ra chúng cịn chứa nhơm
oxýt (Al2O3) và magiê oxýt (MgO).

Thành

phần hạt

Thường được gia công cỡ hạt bằng
cách nghiền và sàng thành cỡ hạt nhất
định theo mục đích ứng dụng.

Khối
lượng thể
tích

Khối lượng thể tích của xỉ ABFS
trong khoảng (2,45 – 2,55) g/cm3,
thấp hơn so với đá vôi tự nhiên nhưng
lớn hơn so với xỉ hạt lị cao.

Khối
lượng thể
tích xốp

Xỉ ABFS được gia công thành vật
liệu cấp phối dạng hạt cho đường
giao thơng chế tạo từ xỉ lị cao làm
nguội chậm có cỡ hạt Dmax 20mm có
khối lượng thể tích xốp khoảng 11001300 kg/m3.

Khối lượng thể tích xốp của
xỉ hạt lò cao trong khoảng
800-1300 kg/m3, nhỏ hơn so
với cát tự nhiên, với mức độ
dao động cũng lớn hơn,

khoảng 80-130 kg/m3.

Tính nở
và ổn
định thể
tích

Xỉ ABFS có độ ổn định cao khi sử
dụng làm cốt liệu cho bê tông xi
măng và trong xây dựng.

Xỉ hạt lị cao có độ ổn định
cao khi sử dụng làm cốt liệu
cho bê tông xi măng và
trong xây dựng.

Độ hút
nước

Độ hút nước của xỉ ABFS khoảng 1,0
đến 6,0 % (phổ biến là 3-4 %), cao
hơn so với đá dăm tự nhiên.

Độ hút nước của xỉ hạt lò
cao khoảng 2,0 đến 6,0 %
(phổ biến là 2-4 %), cao hơn
so với đá dăm tự nhiên.

Tính chất
cơ học

Cường độ, tính chống mài mòn, va
đập của cốt liệu xỉ lò cao ở mức thấp
hơn so với cốt liệu tự nhiên.

_

C
C

R
L
T.

DU

Cỡ hạt chuẩn của xỉ hạt lò
cao giống như cỡ hạt cát,
hầu hết nhỏ hơn 5 mm và
rất ít hạt mịn. Kết quả phân
tích thành phần hạt của xỉ
hạt lị cao từ của một số nhà
máy gang thép tại Việt Nam
thể hiện trong Hình 1.6.
Khối lượng thể tích của xỉ
hạt lị cao trong khoảng
2,25-2,95 g/cm3 .


11

Góc nội
ma sát

Do xỉ ABFS có bề mặt thơ và hình
dạng góc cạnh, nên góc nội ma sát
của xỉ hạt lò cao lớn khoảng 40-45o,
lớn hơn của đá tự nhiên nghiền. Tính
chất này mang lại ưu điểm khi sử
dụng xỉ lò cao làm nguội chậm làm
vật liệu đắp nền.

Do xỉ hạt lị cao có bề mặt
thơ và hình dạng góc cạnh,
nên góc nội ma sát của xỉ
hạt lị cao lớn khoảng 4045o, lớn hơn của cát tự
nhiên. Tính chất này mang
lại ưu điểm khi sử dụng xỉ
hạt lò cao làm vật liệu đắp
nền.

Tính
thủy lực

Một lượng rất nhỏ canxi oxýt (CaO)
và silic oxýt (SiO2) trong xỉ ABFS
khi tiếp xúc với nước tạo ra sản phẩm
thủy hóa dạng CSH làm đặc chắc bề
mặt hạt xỉ. Ngồi ra, khi có mặt
Al2O3 hoạt tính trong mơi trường

kiềm thì cũng sẽ tạo sản phẩm thủy
hóa dạng CASH do vậy chúng làm
đặc chắc cấu trúc hạt xỉ và dính kết
các hạt xỉ tạo ra cường độ của khối
vật liệu xỉ theo thời gian.

Xỉ hạt lò cao có hoạt tính
mạnh do cấu trúc dạng thủy
tinh, chúng có thể tạo sản
phẩm thủy hóa đặc chắc
trong mơi trường kiềm. Do
có tính thủy lực tiềm ẩn này,
xỉ hạt lị cao có khả năng
dính kết với nhau thành một
khối vật liệu có cường độ.

R
L
T.

C
C

DU

Hình 1.6. Thành phần hạt xỉ hạt lị cao một số nhà máy gang thép tại Việt Nam
Quy trình sản xuất xỉ hạt lị cao nghiền mịn khơng quá phức tạp và khá phổ biến
tại nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Sau khi được đưa vào dây chuyền nghiền,
xỉ hạt được nghiền mịn đến tỷ diện lớn hơn 5.000 cm2/g, đạt tiêu chuẩn loại S95 theo
TCVN 11586:2016, mịn hơn xi măng và trở thành một loại phụ gia khống hoạt tính

rất tốt cho xi măng, bê tông và vữa.


12
1.3. Bê tông
Bê tông là đá nhân tạo, được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết
dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu
[18].
1.3.1. Đặc tính cơ lý của bê tơng
Các đặc tính cơ lý của bê tơng bao gồm: tính cơ học và tính vật lý. Tính cơ học
nghiên cứu về cường độ (kéo, nén, ...), biến dạng. Tính vật lý nghiên cứu về tính cơng
tác, co ngót, từ biến, chống thấm nước, chống ăn mòn, ... Trong giới hạn đề tài chỉ
nghiên cứu đến cường độ chịu nén và khả năng chống thấm ion clo của bê tơng [17].
Tính năng cơ lý của bê tông phụ thuộc phần lớn vào: chất lượng xi măng, đặc
trưng của cốt liệu, thành phần cấp phối, tỷ lệ nước/xi măng, biện pháp thi công [17].
1.3.1.1. Cường độ bê tơng
Cường độ là đặc tính cơ học chủ yếu của bê tông, là chỉ tiêu quan trọng thể hiện
khả năng chịu lực của bê tông. Để xác định cường độ của bê tơng thường dùng thí
nghiệm mẫu. Xác định cường độ của bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN
3118:1993 [17].
a. Cường độ chịu nén
Cường đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tơng.
Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn
để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để
đo cường độ có kích thước 150x150x150 (mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu
chuẩn trong thời gian 28 ngày [17].
b. Cường độ chịu kéo
Mẫu chịu kéo có tiết diện vuông cạnh a, chiều dài 4a:
Cường độ chịu kéo của bêtông xác định theo:
Gọi: Np lực làm mẫu bị phá hoại.

A diện tích tiết diện ngang của mẫu.
Rt cường độ chịu kéo của mẫu.
Rt = Np / A
1.3.1.2. Biến dạng của bê tơng
Bê tơng bị biến dạng gồm có: biến dạng ban đầu do co ngót, biến dạng do tác
dụng của tải trọng, của nhiệt độ và biến dạng do từ biến [17].
1.3.1.3. Độ bền chống thấm ion clo
Ion clo là ngun nhân chính gây ăn mịn kết cấu bê tông cốt thép sử dụng ở
môi trường biển. Sự xâm nhập của ion clo qua lớp bê tông bảo vệ thúc đẩy q trình
ăn mịn cốt thép, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu [22].
Việc đánh giá độ thấm ion clo qua bê tong được xác định bằng phương pháp đo
điện lượng theo TCVN 9337-2012 [19].
1.3.2. Một số đặc tính độ bền của bê tơng
1.3.2.1. Tính cơng tác
Tính cơng tác hay cịn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ thuật cơ bản của
hỗn hợp bê tơng, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ
đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính công tác của hỗn
hợp bê tông người ta thường dùng hai chỉ tiêu đó là độ lưu động và độ cứng [20].
Độ lưu động là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tơng, nó đánh giá khả
năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung

C
C

DU

R
L
T.

13
động. Độ lưu động được xác định bằng độ sụt (SN, cm) của khối hỗn hợp bê tơng
trong khn hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu
[20].
1.3.2.2. Tính co ngót
Trong q trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra
trong nước và co lại trong khơng khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần. Ở
một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tơng, cịn hiện tượng
co ngót ln ln kéo theo hậu quả xấu. Bê tơng bị co ngót do nhiều ngun nhân,
trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng. Khi mất nước các mầm tinh thể
xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tơng bị co [20].
1.3.2.3. Tính lâu bền
Bê tơng lâu bền là có khả năng chống chịu được ở mức độ thỏa mãn những ảnh
hưởng trong quá trình sử dụng như phong hóa, tác động hóa học hay bào mịn. Nhiều
phịng thí nghiệm đã được thành lập để đánh giá tính lâu bền của bê tơng nhưng là rất
khó để có thể đạt được mối liên quan trực tiếp kết quả trong phịng thí nghiệm và q
trình sử dụng ở bên ngồi [21].
Chống chịu q trình phong hóa, phá hủy bởi thời tiết gây ra bởi các hoạt động
phá vỡ như đóng băng và tan băng, dãn nở và co ngót, dưới sự kiềm chế kết quả từ
sự biến đổi nhiệt độ, liên tục ướt và khơ. Bê tơng có khả năng chống chịu tốt nếu cẩn
thận khi lựa chọn vật liệu cũng như tất cả các công đoạn trong quản lý công việc.
Việc đưa một hàm lượng tối ưu các bong bóng khí vào bê tơng khi trộn giúp cải thiện
tính lâu bền của bê tơng bằng việc cắt giảm hàm lượng nước và giúp cải thiện tính
cơng tác của bê tông, làm cho bê tông đậm đặc lại giúp tăng khả năng chống chịu
nước hay sử dụng sợi giúp tránh nứt vỡ do co ngót bê tơng do biến đổi nhiệt độ [21].
1.3.2.4. Tính chống chịu phá hủy hóa học
Tác động phá hủy bê tơng tồn bộ hay một phần do tác động hóa học của hàm
lượng kiềm trong xi măng và thành phần khoáng chất của cốt liệu trong bê tơng. Có
hai dạng kiềm cốt liệu là kiềm sili cát và kiềm các bo nát, các hoạt động kiềm hóa

này làm trương nở bê tơng dẫn đến phá vỡ liên kết. Để tránh kiềm hóa cốt liệu thì mỏ
đá phải đánh giá, xem xét cẩn thận cũng như lịch sử của mỏ. Bê tơng cũng có thể bị
phá hủy khi tác động với các chất hóa học khi không được bảo vệ, như [21]:
- Các loại chất có thể hịa tan vơ cơ và hữu cơ: Xăng dầu, axít hữu cơ…
- Một lượng chất kết hợp với xi măng để tạo hỗn hợp nhưng lại có quá nhiều
hơn lượng xi măng kết dính như các loại muối sunfate có sodium, magieum
và calcium các muối này được biết như là kiềm trắng.
- Bê tông trong môi trường khô ẩm liên tục có một lượng muối như sodium
cacbonat sẽ kết tinh trong các lỗ của bê tông dẫn đến những tác động phá
hủy vật lý.
- Trong môi trường như các buồng chưng cất nhanh của các nhà máy khử
muối phải chịu tác động lạnh đến nước nóng bốc hơi hay dịng chảy của
nước chưng cất, bê tơng bị tấn cơng nhanh chóng bởi các khống chất tự do
trong dung dịch. Dung dịch này nhanh tróng phân hủy vơi và các chất hòa
tan trong hỗn hợp xi măng làm mất khả năng liên kết thậm chí làm tiêu hủy
bê tơng.
- Các nhà máy khử muối còn chịu tác động bất lợi do nước đầu vào là nước
biển hay nước mặn khai thác từ giếng.

C
C

DU

R
L
T.


14

1.3.2.5. Tính chống chịu bào mịn:
Các ngun tắc gây bào mịn bê tơng là hiện tượng khí thực, di chuyển của các
vật liệu trà sát như dòng chảy của nước, trà sát và tác động của giao thơng, luồng gió
thổi …, trong các ngun nhân trên thì hiện tượng khí thực phá hủy lớn nhất và rất
nhiều vật liệu để phối trộn nhưng đem lại ít kết quả [21].
1.3.2.6. Tính chịu nước
Bê tơng đơng cứng hồn tồn có khả năng chống chịu nước nhưng trong thực
tiễn không phải giữa các cốt liệu là lớp xi măng kết dính. Để đạt được hỗn hợp bê
tông trộn sử dụng làm việc được một lượng nước được thêm vào nhiều hơn lượng xi
măng thủy hóa. Lượng nước dư này tạo ra các lỗ trong bê tơng và có thể nối với nhau
tao thành đường dẫn nước. Hơn nữa thể tích của bê tơng ban đầu và sau khi thủy hóa
là khơng giống nhau và kết quả là q trình đơng cứng của chất kết dính cũng taok ra
các lỗ rỗng trong bê tơng. Ngồi ra cịn một lượng khí cuốn vào có mục đích cũng
tạo ra các lỗ rỗng trong bê tơng. Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những
lỗ rỗng mao quản. Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn
1μm, vì màng nước hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0,5μm [21].
Đối với các cơng trình có u cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định
độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng. Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông
thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2,
B4, B6, B8, B10, B12) . Tính chống thấm của bê tông được xác định theo TCVN
3116:1993 [20].
1.4. Các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về độ bền chống chloride của bê
tông
Sự thâm nhập của chloride vào trong bê tơng là ngun nhân chính gây ra ăn
mịn cốt thép, khi chloride thâm nhập vào trong bê tơng nó sẽ phá hủy lớp màng bảo
vệ xung quanh cốt thép gây ra ăn mòn của cốt thép. Ăn mòn cốt thép trong bê tơng là
một trong những ngun nhân chính gây nên sự hư hại của kết cấu bê tông cốt thép,
đặc biệt là những kết cấu ở môi trường biển [22].
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay có nhiều nghiên cứu về tình trạng xâm thực ion clo qua bê tơng gây

ăn mịn cốt thép, để đảm bảo tuổi thọ cơng trình và tận dụng các chất thải cơng nghiệp
từc các nhà máy, có nhiều nghiên cứu, bài báo khoa học của các tổ chức, cá nhân
nghiên cứu về độ bền chống thấm chloride.
Trần Văn Miền và các cộng sự đã nghiên cứu đặc tính thẩm thấu ion Clo của bê
tơng có sử dụng xỉ lị cao. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hàm lượng xỉ lị cao thay thế
xi măng PC50 tăng từ 0% đến 50% thì hệ số khuếch tán ion Clo của bê tông giảm
dần và hàm lượng ion clo liên kết trong bê tông tăng tương ứng. Có thể sử dụng xỉ lị
cao thay thế xi măng PC50 với hàm lượng 30% đến 40% để tăng khả năng chống
thẩm thấu ion clo mà vẫn không ảnh hưởng đến cường độbê tông thiết kế [1].
Đặng Thị Thanh Lê, đã nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu Nano SiO2 điều chế
từ tro trấu đến khả năng chống thấm Ion clo của bê tông. Kết quả nghiên cứu cho thấy
việc sử dụng nano SiO2 điều chế từ tro trấu trong bê tông xi măng đã làm tăng khả
năng chống thấm Ion clo của bê tơng. Trong đó khả năng chống thấm ion clo của các
loại bê tông xi măng tăng theo hàm lượng nano SiO2sử dụng, khi hàm lượng nano
SiO2 sử dụng là 2,5%, khả năng chống thấm ion clo của bê tông xi măng tốt nhất,
giảm được 30,4% điện lượng và 26% điện lượng so với bê tông xi măng không sử

C
C

DU

R
L
T.