Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô

-I-

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo
mọi điều kiện giúp đỡ: Trƣờng Đại Học Giao Thông Vận Tải; Viện Khoa
học và Công nghệ giao thông vận tải; Ban Xây dựng nông thôn mới –
Tỉnh Quảng Ninh; Công ty Nhiệt điện Cao Ngạn – Vinacomin; Công ty
Nhiệt điện Na Dƣơng; Phịng Đào tạo Sau đại học; Trung tâm khoa học
cơng nghệ GTVT; Khoa cơng trình; Bộ mơn Đƣờng bộ; Bộ mơn Đƣờng
Ơ tơ và Sân bay; Bộ mơn Cơng trình giao thơng cơng chính; Bộ mơnVật
liệu xây dựng...
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến các
giáo viên hƣớng dẫn là PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và PGS.TS Trần Thị
Kim Đăng đã hết sức tận tình góp ý và định hƣớng khoa học có giá trị
cho nội dung nghiên cứu của luận án. Xin cảm ơn đến các thầy cơ trong
Khoa Cơng trình, Bộ mơn Đƣờng Bộ, Bộ mơn Đƣờng Ơ tơ và Sân bay,
Bộ mơn Cơng trình giao thơng cơng chính và Bộ mơn Vật Liệu Xây
Dựng đã động viên, nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp các tài liệu quý báu
để tác giả hoàn thành luận án này.
Cảm ơn gia đình và bạn bè, những ngƣời thân luôn ở bên tôi.
Hà Nội, 8/2016


-II-

CỘNG HOÀ XÃ H ỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------&-------------Hà Nội, ngày 01 tháng 8 năm 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận án


-IIIMỤC LỤC
Danh mục hình ảnh, biểu đồ
Danh mục các bảng
Danh mục các chữ viết tắt
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRO THẢI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN VÀ
CÁC ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ ........................................................ 8

1.1. Tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than ............................................................................ 8
1.1.1. Nguồn gốc tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than ............................................... 8
1.1.2. Tính chất của tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than ......................................... 11
1.1.3. Tro thải và vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ........................................................... 19
1.2. Các nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đƣờng ô
tô ........................................................................................................................................ 21
1.2.1. Các nghiên cứu và ứng dụng thực tế sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt
than làm vật liệu xây dựng đƣờng ô tô trên thế giới ................................................. 21
1.2.2. Các nghiên cứu và các ứng dụng thực tế sử dụng tro bay làm vật liệu xây
dựng mặt đƣờng ô tô tại Việt Nam ............................................................................ 32
1.3. Định hƣớng sử dụng tro thải trong đề tài nghiên cứu ................................................ 34
1.3.1. Loại tro thải lựa chọn sử dụng trong nghiên cứu ............................................ 34
1.3.2. Tình hình sử dụng vật liệu địa phƣơng trong xây dựng đƣờng ô tô................ 36
1.3.3. Giải pháp ứng dụng đƣợc lựa chọn nghiên cứu .............................................. 37
1.4. Kết luận chƣơng 1: ..................................................................................................... 38

CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO THẢI KẾT HỢP VỚI ĐẤT TRONG XÂY
DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ ................................................................................................................40

2.1. Lý thuyết gia cố đất sử dụng chất kết dính vơ cơ ....................................................... 40
2.1.1. Cơ sở lý thuyết và quá trình hình thành cƣờng độ của đất gia cố chất kết dính
vơ cơ .......................................................................................................................... 40
2.1.2. Yêu cầu của vật liệu đất, cát gia cố chất kết dính vơ cơ ................................. 47
2.1.3. Đánh giá hỗn hợp vật liệu kết hợp tro thải gia cố xi măng ............................. 49


-IV2.2. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng về giải pháp sử dụng tro thải với đất gia cố xi
măng trong xây dựng đƣờng ô tô ...................................................................................... 53
2.2.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu: ............................................................... 53
2.2.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm .............................................................. 55
2.2.3. Đánh giá khả năng sử dụng tro thải kết hợp với đất gia cố xi măng làm móng
đƣờng ơ tơ .................................................................................................................. 59
2.3. Nghiên cứu khả năng sử dụng tro thải kết hợp cát gia cố xi măng trong xây dựng
đƣờng ô tô .......................................................................................................................... 59
2.3.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu ................................................................ 60
2.3.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm .............................................................. 62
2.3.3. Đánh giá khả năng sử dụng tro thải kết hợp với cát gia cố xi măng làm móng
đƣờng ơ tơ .................................................................................................................. 66
2.4. Nghiên cứu khả năng sử dụng tro thải chế tạo hỗn hợp vữa tro thải + xi măng làm vật
liệu tự đầm trong xây dựng đƣờng ô tô ............................................................................. 67
2.4.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu ................................................................ 67
2.4.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm .............................................................. 69
2.4.3. Đánh giá khả năng sử dụng hỗn hợp vữa cát, tro bay chƣa qua xử lý và xi
măng làm vật liệu đắp trong xây dựng đƣờng ô tô dƣới dạng vật liệu tự đầm ......... 71
2.5. Kết luận chƣơng 2 ...................................................................................................... 71
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO THẢI KẾT HỢP VỚI ĐÁ TRONG XÂY

DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ ................................................................................................................73

3.1. Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp cấp phối đá dăm ............................................... 73
3.1.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu ................................................................ 73
3.1.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm .............................................................. 75
3.1.3. Đánh giá khả năng sử dụng tro thải kết hợp cấp phối đá dăm ........................ 76
3.2. Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp đá thải .............................................................. 77
3.2.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu ................................................................ 77
3.2.2. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm .............................................................. 79


-V3.2.3. Đánh giá khả năng sử dụng tro thải kết hợp với đá thải trong xây dựng đƣờng
ô tô ............................................................................................................................. 83
3.3. Nghiên cứu sử dụng tro thải chế tạo vật liệu đá dăm chèn vữa trong xây dựng đƣờng
ô tô ..................................................................................................................................... 84
3.3.1. Các thông tin cơ bản về nghiên cứu ................................................................ 84
3.3.2. Thành phần vữa xi măng – tro thải theo mục tiêu độ công tác của vữa .......... 86
3.3.3. Thành phần vữa xi măng – tro thải theo mục tiêu cƣờng độ vữa ................... 89
3.3.4. Lựa chọn thành phần vữa xi măng – tro thải sử dụng làm vật liệu gia cố móng
đá dăm ....................................................................................................................... 92
3.3.5. Chế tạo và xác định một số chỉ tiêu cơ bản của vật liệu đá dăm chèn vữa xi
măng tro thải .............................................................................................................. 93
3.3.6. Thử nghiệm trên mẫu mô phỏng và vật liệu sử dụng .................................... 100
3.3.7. Đánh giá khả năng sử dụng hỗn hợp đá dăm chèn vữa xi măng tro thải làm
móng mặt đƣờng ô tô............................................................................................... 102
3.4. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................................... 103
CHƢƠNG 4 THỬ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG SỬ DỤNG TRO THẢI KẾT HỢP XI
MĂNG GIA CỐ VẬT LIỆU ĐỊA PHƢƠNG LÀM MĨNG ĐƢỜNG Ơ TƠ ......................105

4.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 105

4.2. Đề cƣơng thực nghiệm hiện trƣờng .......................................................................... 107
4.3. Triển khai thực nghiệm............................................................................................. 108
4.3.1. Thí nghiệm với đất chƣa gia cố: .................................................................... 108
4.3.2. Thí nghiệm với đất gia cố xi măng kết hợp tro thải: ..................................... 110
4.3.3. Thi công đoạn thử nghiệm............................................................................. 112
4.4. Định mức và đơn giá thi công đất gia cố xi măng kết hợp tro thải .......................... 118
4.4.1. Định mức thi công ......................................................................................... 118
4.4.2. Đơn giá theo định mức xây dựng .................................................................. 119
4.5. Đánh giá ban đầu thử nghiệm hiện trƣờng đất gia cố xi măng kết hợp tro thải ....... 120
4.5.1. Đánh giá qua thí nghiệm hiện trƣờng trong q trình thi cơng ..................... 120
4.5.2. Thí nghiệm trên mặt đƣờng hoàn thành ........................................................ 121


-VI4.5.3. Kết luận từ thử nghiệm hiện trƣờng đất gia cố xi măng kết hợp với tro thải 122
4.6. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................... 124
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC ................125

Các cơng trình đã công bố
Tài liệu tham khảo
Phần phụ lục


-VIIDANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1-1 Thu hồi tro xỉ trong nhà máy nhiệt điện............................................................... 9
Hình 1-2 Hình ảnh của tro đáy và tro bay ......................................................................... 10
Hình 1-3 Hình ảnh của tro chƣa và đã xử lý tách than ...................................................... 11
Hình 1-4 Cấu trúc hạt tro bay đƣợc phóng đại 2000 lần ................................................... 11
Hình 1-5 Màu sắc của các loại tro khác nhau .................................................................... 12
Hình 1-6 Hình ảnh phóng đại của tro bay(trái) và xi măng Pooclăng(phải) ..................... 13
Hình 1-7 Ảnh chụp từ trên không trƣớc và sau khi xảy ra sự cố vỡ đê bao bãi thải tro xỉ

nhà máy điện Kingston. ..................................................................................................... 20
Hình 1-8 Bãi xỉ than của nhà máy Ninh Bình ................................................................... 20
Hình 1-9 Tro bay cải thiện tính cơng tác của bê tơng xi măng làm mặt đƣờng ................ 22
Hình 1-10 Cƣờng độ theo ngày tuổi của bê tông tro bay và bê tông thƣờng .................... 22
Hình 1-11 Thiết bị xới, trộn trong gia cố tro bay làm móng mặt đƣờng ........................... 24
Hình 1-12 Một số ứng dụng của vật liệu tự đầm ............................................................... 25
Hình 1-13 Thi cơng tro thải làm nền đƣờng ...................................................................... 25
Hình 1-14 Thi cơng cát gia cố tro bay ............................................................................... 26
Hình 1-15 Thi công lớp bê tông nhựa sử dụng chất độn mịn tro bay ............................... 27
Hình 1-16 Thi cơng vữa chèn khe trong duy tu mặt đƣờng .............................................. 27
Hình 1-17 Trình tự đúc mẫu tro bay – thạch cao .............................................................. 28
Hình 1-18 Sử dụng tro thải làm gạch xây nhà, tƣờng rào, sân.... ...................................... 32
Hình 1-19 Xây dựng mặt đƣờng thử nghiệm BTXM (70%XM + 30% TB). ................... 33
Hình 2-1 Biểu thị thành phần các chất kết dính vơ cơ trên tọa độ tam giác đều ............... 40
Hình 2-2 Sơ đồ cấu trúc mang điện phức tạp của các hạt sét - keo ................................... 42
Hình 2-3 Xác định cƣờng độ chịu kéo gián tiếp bằng ép chẻ mẫu hình trụ ...................... 50
Hình 2-4 Thành phần hạt đất mỏ Đống Mít ...................................................................... 56


-VIIIHình 2-5 Độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp đất
với các hàm lượng khác nhau ............................................................................................ 57
Hình 2-6 CBR, khối lƣợng thể tích khơ lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp đất với các hàm
lƣợng khác nhau ................................................................................................................ 57
Hình 2-7 Mẫu tro thải kết hợp đất bị vỡ trong q trình ngâm bão hịa .......................... 58
Hình 2-8 Cƣờng độ nén của mẫu tro thải kết hợp đất gia cố 4% XM với các hàm lƣợng
khác nhau ........................................................................................................................... 58
Hình 2-9 Thành phần hạt cát sơng Hồng ........................................................................... 63
Hình 2-10 Độ ẩm tốt nhất, khối lƣợng thể tích khơ lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp cát
với các hàm lƣợng khác nhau ............................................................................................ 63
Hình 2-11 CBR, khối lƣợng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp cát với các

hàm lƣợng khác nhau......................................................................................................... 64
Hình 2-12 Mẫu cát gia cố tro thải bị vỡ trong quá trình ngâm bão hịa ............................ 65
Hình 2-13 - Cƣờng độ nén của mẫu tro thải kết hợp cát gia cố 3% XM với các hàm lƣợng
khác nhau ........................................................................................................................... 66
Hình 2-14 Đắp trả hố móng trong duy tu sửa chữa đƣờng ơ tơ bằng vật liệu tự đầm....... 67
Hình 2-15 Thí nghiệm xác định độ linh động của hỗn hợp vữa tro bay tự đầm ............... 69
Hình 2-16 Cƣờng độ nén Rn nhóm mẫu ở các ngày tuổi khác nhau ................................ 70
Hình 2-17 Mơ đun đàn hồi Eđh nhóm mẫu ở các ngày tuổi khác nhau ............................. 70
Hình 2-18 Sức chịu tải CBR nhóm mẫu ở ngày tuổi 28(+4)............................................. 71
Hình 3-1 Đƣờng cong cấp phối thiết kế của CPĐD .......................................................... 75
Hình 3-2 Độ ẩm tốt nhất, khối lƣợng thể tích khơ lớn nhất của mẫu tro thải Cao Ngạn kết
hợp CPĐD với các hàm lƣợng khác nhau ......................................................................... 75
Hình 3-3 Kết quả thí nghiệm CBR và Eđh của mẫu tro thải Cao Ngạn kết hợp CPĐD với
các hàm lƣợng khác nhau .................................................................................................. 76
Hình 3-4 Thành phần hạt Đá thải Tam Điệp – Ninh Bình ................................................ 80
Hình 3-5 Thành phần hạt Đá thải Đồng Mỏ – Lạng Sơn .................................................. 81


-IXHình 3-6 Độ ẩm tốt nhất, khối lƣợng thể tích khơ lớn nhất của mẫu tro thải Ninh Bình và
đá thải Tam Điệp với các hàm lƣợng khác nhau ............................................................... 81
Hình 3-7 Độ ẩm tốt nhất, khối lƣợng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải Na Dƣơng và
đá thải Đồng Mỏ với các hàm lƣợng khác nhau ................................................................ 82
Hình 3-8 Kết quả thí nghiệm CBR và Eđh của mẫu tro thải Ninh Bình và đá thải Tam
Điệp với các hàm lƣợng khác nhau ................................................................................... 82
Hình 3-9 Kết quả thí nghiệm CBR và Eđh của mẫu tro thải Na Dƣơng và đá thải Đồng Mỏ
với các hàm lƣợng khác nhau ............................................................................................ 83
Hình 3-10 Đồ thị các điều kiện theo phân tích ANOVA .................................................. 87
Hình 3-11 Đồ thị ảnh hƣởng các nhân tố chính đến độ chảy ............................................ 88
Hình 3-12 Đồ thị ảnh hƣởng tƣơng tác các nhân tố chính đến độ chảy ............................ 88
Hình 3-13 Bảo dƣỡng và nén mẫu vữa.............................................................................. 89

Hình 3-14 Đồ thị các điều kiện theo phân tích ANOVA .................................................. 90
Hình 3-15 Đồ thị ảnh hƣởng các nhân tố chính đến R28 .................................................. 91
Hình 3-16 Đồ thị ảnh hƣởng tƣơng tác các nhân tố chính đến R28 .................................. 91
Hình 3-17 Thành phần cốt liệu thơ lựa chọn thí nghiệm................................................... 94
Hình 3-18 Đánh giá tính tƣơng đồng về ý nghĩa thống kê theo phân tích T-tests. ........... 95
Hình 3-19 Q trình thí nghiệm cƣờng độ nén. ................................................................ 97
Hình 3-20 Biểu đồ cƣờng độ nén theo phân tích ANOVA. .............................................. 97
Hình 3-21 Q trình thí nghiệm cƣờng độ ép chẻ. ............................................................ 98
Hình 3-22 Biểu đồ cƣờng độ ép chẻ theo phân tích ANOVA........................................... 99
Hình 3-23 Q trình thí nghiệm Eđh. ................................................................................. 99
Hình 3-24 Biểu đồ Mơ đun đàn hồi theo phân tích ANOVA.......................................... 100
Hình 3-25 Q trình đầm thử nghiệm khn lớn ............................................................ 100
Hình 4-1 Vị trí của hiện trƣờng thử nghiệm .................................................................... 108
Hình 4-2 Tập kết đất và phay làm tơi đất ........................................................................ 113


-XHình 4-3 Rải vật liệu gia cố bằng nhân cơng .................................................................. 113
Hình 4-4 Trộn hỗn hợp (trộn khơ, làm ẩm, trộn ẩm) ...................................................... 114
Hình 4-5 Lu lèn mặt đƣờng gia cố .................................................................................. 114
Hình 4-6 Găm đá trên bề mặt đƣờng ............................................................................... 115
Hình 4-7 Hố đào lớp đất gia cố kiểm tra độ chặt ............................................................ 115
Hình 4-8 Trộn hỗn hợp đất + tro thải + xi măng bằng máy Stabilizer ............................ 117
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 Chỉ tiêu chính của tro thải đƣợc hình thành từ các loại than khác nhau............. 12
Bảng 1-2 Thành phần tƣơng tự xi măng của tro bay ......................................................... 13
Bảng 1-3 Chất lƣợng than mỏ Khánh Hòa và Núi Hồng ................................................... 14
Bảng 1-4 Chất lƣợng đá vôi dùng để khử khí SOx ............................................................ 15
Bảng 1-5 Phân loại tro bay và phụ gia hoạt tính khống theo ASTM C618 ..................... 18
Bảng 1-6 Chỉ tiêu chất lƣợng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây ................................. 19
Bảng 1-7 Tình hình sử dụng tro bay của một số nƣớc trên thế giới .................................. 21

Bảng 1-8 Thành phần hóa học của tro bay Neyveli. ......................................................... 28
Bảng 1-9 Thành phần hóa học tro bay Lippendorf và ASTM C618 ................................. 29
Bảng 1-10 Tro bay Columbia, Deway, King và ASTM C618 ......................................... 30
Bảng 1-11 Thành phần hóa học tro bay Brandon Shores, Paul Smith, Dickerson
Precipitator và ASTM C618 .............................................................................................. 31
Bảng 1-12 Lƣợng tro xỉ các nhà máy nhiệt điện phía BắcViệt Nam .............................. 34
Bảng 1-13 Thành phần hóa học tro thải nhiệt điện đốt than ............................................. 35
Bảng 2-1 Thành phần ơxit chính của tro bay so sánh với xi măng ................................... 46
Bảng 2-2 Chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của đất gia cố ................................................................. 51
Bảng 2-3 Chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của cát gia cố Xi măng .................................................. 52
Bảng 2-4 Chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của cát gia cố Xi măng .................................................. 52
Bảng 2-5 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu mẫu tro thải kết hợp đất ............ 55


-XIBảng 2-6 Tổng hợp mẫu thí nghiệm mẫu tro thải kết hợp đất .......................................... 55
Bảng 2-7 Thành phần hóa học của tro thải nhà máy nhiệt điện ng Bí. ........................ 56
Bảng 2-8 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu mẫu tro thải kết hợp cát ............ 61
Bảng 2-9 Tổng hợp mẫu thí nghiệm mẫu tro thải kết hợp cát........................................... 62
Bảng 2-10 Thành phần hóa học của tro thải nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn. .................... 62
Bảng 2-11 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu hỗn hợp tro thải và XM .......... 69
Bảng 2-12 Tổng hợp mẫu thí nghiệm hỗn hợp tro thải và XM ......................................... 69
Bảng 2-13 Lƣợng nƣớc trộn hỗn hợp theo độ chảy lựa chọn............................................ 70
Bảng 3-1 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu hỗn hợp tro thải và CPĐD ........ 74
Bảng 3-2 Tổng hợp mẫu thí nghiệm hỗn hợp tro thải và CPĐD....................................... 74
Bảng 3-3 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu hỗn hợp tro thải và đá thải ........ 78
Bảng 3-4 Tổng hợp mẫu thí nghiệm hỗn hợp tro thải và đá thải ...................................... 79
Bảng 3-5 Thành phần hóa học của nhà máy nhiệt điện Ninh Bình. .................................. 79
Bảng 3-6 Thành phần hóa học của nhà máy nhiệt điện Na Dƣơng. .................................. 80
Bảng 3-7 Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn tham chiếu thí nghiệm ................................. 86
Bảng 3-8 Tổng hợp mẫu thí nghiệm hỗn hợp đá dăm chèn vữa tro thải + cát + XM ....... 86

Bảng 3-9 Kết quả thí nghiệm độ sệt của vữa..................................................................... 87
Bảng 3-10 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén R28 của vữa .............................................. 90
Bảng 3-11 Phân loại, phạm vi sử dụng và u cầu về kích cỡ cốt liệu thơ dùng cho lớp đá
dăm nƣớc ........................................................................................................................... 93
Bảng 3-12 Kết quả xác định độ rỗng của cốt liệu trong 2 loại khuôn ............................... 95
Bảng 3-13 Kết quả xác định các tỷ lệ chế tạo vữa ............................................................ 96
Bảng 4-1 Thí nghiệm với đất hiện trƣờng sử dụng cho thi công thử nghiệm ................. 109
Bảng 4-2 Thí nghiệm trong phịng với hỗn hợp đất gia cố tro thải + xi măng................ 110
Bảng 4-3 Kết quả xây dựng định mức thi công đất gia cố tro thải + xi măng sử dụng máy
phay nông nghiệp phay trộn hỗn hợp .............................................................................. 118


-XIIBảng 4-4 Kết quả xây dựng định mức thi công đất gia cố tro thải + xi măng sử dụng máy
trộn gia cố chuyên dụng .................................................................................................. 119
Bảng 4-5 Đơn giá sơ bộ cho 1m2 mặt đƣờng đất gia cố tro thải + xi măng so sánh với mặt
đƣờng Láng nhựa ............................................................................................................. 119
Bảng 4-6 Kết quả thí nghiệm với các mẫu hỗn hợp đất gia cố xi măng kết hợp tro thải lấy
từ hiện trƣờng thử nghiệm và mặt đƣờng thử nghiệm sau khi lu lèn. ............................. 120
Bảng 4-7 Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi trên mặt đƣờng hồn thành đo bằng cần
Benkelman ....................................................................................................................... 122


-XIIIDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AASHTO
ASTM
BTXM
BTXMTB
C
CBR
CPĐD

CPTN
Đ

Ech
Eđh, E
n,đ,c,xm
GTNT
GTVT
HRB
Ip
JBIC
MKN
N
NCS
NMNĐĐT
Nr
R7,R14,R28,R56
Repche
Rku
Rn
Sở KHCN và MT
T
TB
TCN
TCVN
TrT
VLXD
Wo
XM

: Hiệp hội những ngƣời làm đƣờng và vận tải toàn nƣớc Mỹ
: Hiệp hội về thí nghiệm và vật liệu Mỹ
: bê tông xi măng
: bê tông xi măng tro bay
: cát
: (Califomia Bearing Ratio) chỉ số sức chịu tải
: cấp phối đá dăm
: cấp phối tự nhiên
: đá
: khối lƣợng thể tích khơ lớn nhất tiêu chuẩn
: Mơ đun đàn hồi khi nén tĩnh chung của mặt đƣờng, lớp kết cấu
: Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh
: khối lƣợng thể tích nƣớc, đá, cát, xi măng
: giao thơng nơng thơn
: giao thơng vận tải
: phụ gia dính kết vô cơ nguồn gốc tro bay
: chỉ số dẻo
: Ngân hàng hợp tác quốc tế Nhật Bản
: mất khi nung
: nƣớc
: nghiên cứu sinh
: Nhà máy nhiệt điện đốt than
: độ rỗng
: cƣờng độ chịu nén 7,14,28,56 ngày tuổi
: Cƣờng độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ)
: Cƣờng độ chịu kéo uốn
: Cƣờng độ chịu nén
Sở Khoa học công nghệ và Môi trƣờng
: thời gian chảy của vữa
: tro bay

: tiêu chuẩn Ngành
: tiêu chuẩn Việt Nam
: tro thải
: vật liệu xây dựng
: độ ẩm đầm nén tốt nhất tiêu chuẩn
: xi măng


-3MỞ ĐẦU
Để đáp ứng yêu cầu năng lƣợng ngày càng cao phục vụ công cuộc đổi mới và phát
triển đất nƣớc, cùng với lợi thế về nguồn than nội địa; Việt Nam đã và đang phát triển hệ
thống nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than.
Một số dự án nhiệt điện từ quy mơ trung bình tới rất lớn đã xây dựng xong đƣa
vào vận hành và đang đƣợc xây dựng. Ví dụ: nhiệt điện Na Dƣơng (110MW), Ninh Bình
2 ( 330MW) Cao Ngạn ( 350), Phả Lại 2 (600MW), Hải Phịng (1200MW), Thái Bình
(1200MW), Mơng Dƣơng (2200MW), Vĩnh Tân (5600MW), Duyên Hải (4.200
MW)...Các nhà máy nhiệt điện đốt than có ƣu điểm tận dụng nguồn than trong nƣớc, góp
phần đẩy mạnh công nghiệp khai thác, tạo việc làm cho nhân dân các vùng mỏ, nhƣng đi
kèm với nó là lƣợng tro xỉ thải ra lớn. Theo thống kê của Tổng công ty điện lực Việt
Nam, hiện nay với 19 nhà máy nhiệt điện với tổng công suất phát điện 14.480 MW, thải
ra lƣợng tro xỉ 15 triệu tấn/năm, dự kiến đến năm 2020 với 43 nhà máy, tổng công suất
39.020 MW thì tổng lƣợng tro xỉ vƣợt 30 triệu tấn/ năm.
Đối mặt với yêu cầu về xử lý lƣợng chất thải này, hầu hết các nhà máy đang hoạt
động tại Việt Nam đều đang lựa chọn biện pháp đơn giản nhất là trộn tro này với nƣớc và
bơm ra ngoài các hồ chứa. Tuy nhiên với sự tăng lên của lƣợng tro bay thải ra, các nhà
máy phải đối mặt với việc mở rộng diện tích các hồ chứa và tình trạng ơ nhiễm mơi
trƣờng quanh hồ chứa. Mơi trƣờng đất, nƣớc và khơng khí xung quanh các hồ chứa này
bị ô nhiễm nặng bởi bụi và hàm lƣợng cao các chất kim loại nặng. Các hồ chứa này đòi
hỏi phải có các chƣơng trình kiểm sốt và bảo trì một cách nghiêm ngặt. Đây là một gánh
nặng cho môi trƣờng cũng nhƣ làm cho giá thành sản xuất nhiệt điện tăng lên.

Trƣớc vấn đề cấp bách đó, Thủ tƣớng Chính chủ đã có quyết định số: 1696/QĐTg
ngày 23/09/2014 “ Về một số gải pháp thực hiện xử lý tro xỉ, thạch cao các nhà máy nhiệt
điện, hóa chất làm nguyên vật liệu sản xuất vật liêu xây dựng”. Tuy nhiên việc tiêu thụ
tro xỉ chƣa tiến triển nhƣ mong muốn và sự cố ô nhiễm môi trƣờng do vận chuyển và xử
lý tro xỉ tại nhà máy nhiệt điên Vĩnh Tân đã xảy ra vào tháng 07/2015.
Ngày 17/08/ 2015, Phó thủ tƣớng Hồng Trung Hải đã có buổi làm việc với Bộ
Công Thƣơng, Xây dựng, Tài Nguyên và Môi trƣờng, Văn phịng Chính phủ; các Tập
đồn: Điện lƣc, Than Khống sản, Dầu khí và Tổng cơng ty xi măng, để bàn giải pháp xử


-4lý, sử dụng tro, xỉ các nhà máy nhiệt điện. Phó Thủ tƣớng u cầu bổ sung, hồn thiện
các tiêu chuẩn, quy chuẩn về chất lƣợng tro, xỉ làm rõ các chỉ tiêu chất lƣợng đối với
từng lĩnh vực để sử dụng tro xỉ trong sản xuất xi măng, VLXD, bê tông. Đồng thời tiếp
tục nghiên cứu mở rộng các phƣơng án sử dụng, tiêu thụ sản phẩm tro xỉ trong xây dựng
nhƣ: làm vật liệu san lấp, kết hợp với vât liệu khác thay cát đắp nền đƣờng và làm đƣờng
giao thông nông thôn.
Như vậy, việc sử dụng tro thải tại Việt Nam là một nhu cầu thiết thực với mục đích
bảo vệ mơi trường, một hướng khả thi để tận dụng tối đa và đa dạng hóa các nguồn vật
liệu.
Đồng hành cùng với sự phát triển nhiệt điện, Giao thông Vận tải Việt Nam đang
đẩy mạnh xây dựng hệ thống hạ tầng, theo quy hoạch: đến năm 2020 xây dựng xong
2639 km và sau năm 2020 xây dựng tiếp khoảng 3.114km đƣờng bộ cao tốc, cải tạo, xây
dựng mới hàng chuc ngàn km đƣờng tỉnh và đƣờng quốc lộ. Cùng với đó, chƣơng trình
mục tiêu Quốc gia về xây dựng đƣờng giao thông nông thôn mới giai đoạn 2010 – 2020
theo Quyết định của Thủ tƣớng Chính phủ, số 800 /QĐ-TTg ngày 04/6/2010, đã và đang
đƣợc các địa phƣơng thực hiện khẩn trƣơng; trong chƣơng trình này giao thơng nơng
thơn sẽ cứng hóa đạt tiêu chuẩn: các tuyến đƣờng trục xã, liên xã đƣợc nhựa hóa hoặc bê
tơng hóa đƣờng liên thơn, thơn xóm đƣợc cứng hóa hoặc rải cấp phối.
Với yêu cầu xây dựng nhƣ vậy cần nguồn vật liệu rất lớn. Trong xây dựng giao
thơng thì để giảm giá thành xây dựng nguyên tắc đầu tiên là phải sử dụng vật liệu địa

phƣơng. Nguồn vật việu địa phƣơng trong xây dựng giao thông bao gồm các loại đất, cát,
cấp phối, đá dăm. Để cải thiện tính chất của vật liệu đó có các phƣơng pháp gia cố bằng
các chất dính kết vơ cơ nhƣ: vơi, xi măng ; các chất dính kết hữu cơ: bitum, nhũ tƣơng và
các hợp chất hóa học khác.
Tro thải các nhà máy nhiệt điện đốt than là một trong những giải pháp có thể lựa
chọn kết hợp với chất dính kết vô cơ, cụ thể là xi măng để gia cốt đất, đá nhằm tăng
cường độ, độ ổn định vật liệu đáp ứng các yêu cầu trong xây dựng đường.
Theo các tài liệu nƣớc ngồi, các nƣớc cơng nghiệp phát triển nhƣ Mỹ, Đức, Ấn
Độ, Trung Quốc... ngƣời ta cũng đã sử dụng tro xỉ trong xây dựng đƣờng.
Ở Việt Nam tro bay đã qua xử lý đƣợc áp dụng thành công trong xây dựng dân
dụng, đặc biệt phải kể tới thành công trong công nghệ bê tông đầm lăn trong xây dựng


-5các cơng trình đập thủy điện Sơn La, Lai Châu. Ở đó ngƣời ta sử dụng tro bay đã qua xử
lý của nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Trong ngành giao thơng cũng có thử nghiệm sử dụng
tro bay qua xử lý một số ít cơng trình.
Tro bay đã xử lý là tro thải từ nhà máy nhiệt điện sau khi trải qua một q trình
cơng nghệ phức tạp để tinh tuyển cả về thành phần, tăng độ mịn, độ hoạt tính có giá
thành cao gần bằng XM và do vậy thƣờng chỉ đƣợc sử dụng hạn chế trong các cơng trình
đê, đập, thủy điện; chƣa đƣợc sử dụng nhiều trong xây dựng đƣờng ô tô.
Tro thải NMNĐĐT là một phế phụ phẩm đang ngày càng tăng và gây ô nhiễm
mơi trƣờng trầm trọng.
Xây dựng đƣờng ơ tơ địi hỏi khối lƣợng vật liệu đặc biệt lớn. Các nguồn vật liệu
đạt chuẩn, chọn lọc thƣờng rất hạn chế, phải vận chuyển từ xa, giá thành cao và thậm chí
khơng thể cung cấp đƣợc; do vậy sử dụng vật liệu địa phƣơng là một yêu cầu tất yếu
trong xây dựng đƣờng.
Nguồn vật liệu địa phƣơng đang đƣợc yêu cầu với khối lƣợng lớn và ngày càng
tăng.
Làm thế nào để vừa có thể tận dụng nguồn phế phụ phẩm tro thải NMNĐĐT
khổng lồ nhằm giải quyết ô nhiễm môi trường đồng thời cải thiện chất lượng của vật liệu

địa phương trong xây dựng đường ô tô. Đây thực sự là một câu hỏi lớn đặt ra cho những
người làm đường Việt Nam.
Từ những phân tích nhƣ vậy, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của
nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô” là nhằm giải quyết vấn đề có
ý nghĩa khoa học thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.
 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu đƣợc tiến hành với mục đích đƣa ra các kết quả nhằm ứng dụng có
hiệu quả tro bay để gia cố vật đất, đá làm móng mặt đƣờng ơ tơ với các vấn đề:
- Thơng qua các thí nghiệm trong phịng nhằm phân tích đánh giá lựa chọn tỷ lệ
hợp lý đất, đá kết hợp tro thải nhiệt điện đốt than gia cố xi măng.
- Thi công thử nghiệm tại hiên trƣờng, đƣa ra chỉ dẫn định hƣớng thiết kế và thi
công cho loại kết cấu lựa chọn.


-6Kết quả đạt đƣợc của nghiên cứu sẽ khuyến khích việc sử dụng sản phẩm tro thải
một cách triệt để mà không qua một giải pháp xử lý, sản xuất phụ tốn kém nào. Giải pháp
này góp phần đẩy nhanh tốc độ sử dụng tro thải, giải quyết vấn đề về mặt ô nhiễm môi
trƣờng.
 Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu sẽ đƣợc tiến hành tập trung vào các nội dung chính nhƣ sau:
- Phân tích đặc điểm về nguồn tro thải NMNĐĐT của Việt Nam thông qua các chỉ
tiêu lý học – hóa học cơ bản của các nguồn vật liệu.
- Nghiên cứu tổng quan về tro thải NMNĐĐT và các ứng dụng trong gia cố làm
móng của kết cấu mặt đƣờng ô tô.
- Nghiên cứu đánh giá một số giải pháp sử dụng trực tiếp tro thải NMNĐĐT chƣa
qua xử lý trong xây dựng móng mặt đƣờng ơ tơ tại Việt Nam.
 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thống kê và phân tích các kết quả nghiên cứu về tro thải để có cái nhìn tổng quan
về việc sử dụng tro thải trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Thực nghiệm trong phòng đánh giá khả năng sử dụng đất, đá kết hợp tro thải nhà

máy nhiệt điện đốt than gia cố xi măng trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Thử nghiệm hiện trƣờng ứng dụng kết cấu đất, đá kết hợp tro thải nhà máy nhiệt
điện đốt than gia cố xi măng trong xây dựng đƣờng ô tô
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đƣa ra các chỉ
dẫn định hƣớng về thiết kế và thi công.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu xác định loại vật liệu, hàm lƣợng tro thải hợp lý
thông qua việc đánh giá các thông số vật liệu thử nghiệm trong phịng thí nghiệm .
- Ý nghĩa thực tiễn: sử dụng trực tiếp nguồn tro thải chƣa qua xử lý sẽ có tác dụng
giải quyết vấn đề ơ nhiễm mơi trƣờng; đồng thời sử dụng tro thải kết hợp đất, đá làm
phong phú thêm loại vật liệu xây dựng mặt đƣờng.
 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận án


-7Gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chƣơng, phần kết luận, kiến nghị và định
hƣớng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
Cụ thể nhƣ sau:
- Phần mở đầu.
- Chƣơng 1 Tổng quan về tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than và các ứng
dụng trong xây dựng đƣờng ô tô.
- Chƣơng 2 Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đất trong xây dựng
đƣờng ô tô.
- Chƣơng 3 Nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đá trong xây dựng
đƣờng ô tô.
- Chƣơng 4 Thử nghiệm hiện trƣờng sử dụng tro thải kết hợp xi măng gia cố
vật liệu địa phƣơng làm móng đƣờng ơ tơ.
- Kết luận và kiến nghị.


-8CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TRO THẢI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN VÀ CÁC
ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ
Trong luận án này các thuật ngữ “xỉ”, “tro xỉ”, “tro thải” và “tro bay” từ
NMNĐĐT đƣợc hiểu nhƣ sau:
- “Tro thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than” gọi tắt là “tro thải” là phế phụ phẩm
sản sinh ra từ quá trình hoạt động của các NMNĐĐT và đƣợc thu hồi tại đƣờng thải khí.
- “Xỉ thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than” gọi tắt là “xỉ” là phế phụ phẩm sản sinh
ra từ quá trình hoạt động của các NMNĐĐT và đƣợc thu hồi tại đáy lò đốt.
- Thông thƣờng “tro thải” và “xỉ” của các NMNĐĐT đƣợc đổ ra các bãi thải, hỗn
hợp của hai loại này đƣợc gọi là “tro xỉ”.
- “Tro bay” là “tro thải” hoặc “tro xỉ” từ các NMNĐĐT đã qua xử lý, tinh luyện,
có độ mịn độ hoạt tính cao và đƣợc sử dụng nhƣ chất phụ gia khống hoạt tính.
Trong chƣơng này sẽ giới thiệu tổng quan về “tro thải”, “tro bay” và các ứng dụng
trong xây dựng đƣờng ô tô.
1.1. Tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
1.1.1. Nguồn gốc tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
Tro xỉ than là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Trong quá trình đốt
cháy than và các phụ phẩm kèm theo trong buồng đốt sản sinh ra tro xỉ. Các nhà máy
nhiệt điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: đốt than phun, đốt than tầng sơi tuần
hồn, đốt than tầng sơi áp lực, khí hóa than.
Lị hơi đốt than phun là cơng nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện
năng chủ yếu trên thế giới.Than đƣợc nghiền mịn và đƣợc đốt cháy trong buồng lửa lị
hơi. Nhiệt từ q trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nƣớc và hơi trong các dàn ống và thiết bị
bố trí trong lị hơi. Cơng nghệ này trong tƣơng lai vẫn sẽ là một lựa chọn ƣu thế cho các
nhà máy điện.
Lị hơi tầng sơi tuần hoàn đƣợc phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trƣớc.
Công nghệ này gần nhƣ công nghệ đốt than phun. Sự khác biệt là than đốt trong lò tầng
sơi có kích thƣớc lớn hơn và đƣợc đốt cùng chất hấp thụ lƣu huỳnh (đá vôi) trong buồng

-9lửa, hạt than đƣợc tuần hoàn trong buồng lửa cho tới khi đủ nhỏ. Công nghệ này cho
phép đốt các nhiên liệu xấu có chất lƣợng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàm
lƣợng lƣu huỳnh cao. Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lƣợng xấu, tính
thƣơng mại thấp, nhƣng hồn tồn có thể sử dụng trong lị hơi tuần hồn tầng sơi. Do
vậy, với lị hơi loại này, sẽ tận dụng đƣợc các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, mà
vẫn đảm bảo các yếu tố môi trƣờng.
Công nghệ tầng sôi áp lực cũng là một cơng nghệ mới. Về mặt cấu tạo, loại lị hơi
này phức tạp hơn hai loại lò hơi trên. Quá trình cháy cũng giống nhƣ lị hơi tầng sơi tuần
hồn, nhiệt độ buồng đốt vào khoảng 800 – 8500C, áp suất 12-16 bar. Khói nóng đƣợc
làm sạch và đƣa vào sinh cơng tuabin khí sau đó cấp nhiệt cho nƣớc - hơi trong lò thu hồi
nhiệt để chạy tuabin hơi. Lị hơi tầng sơi áp lực đƣợc kiến nghị áp dụng khi nhiên liệu
cháy có độ ẩm cao nhƣ than nâu. Hiệu suất cao, ít phát thải, chi phí vận hành thấp là
những ƣu điểm của công nghệ này. Tuy nhiên, cho đến nay tính thƣơng mại của cơng
nghệ này chƣa cao.

Nguồn: Japan Fly Ash Association

Hình 1-1 Thu hồi tro xỉ trong nhà máy nhiệt điện


-10Cơng nghệ khí hóa than là cơng nghệ triển vọng trong tƣơng lai. Than đƣợc khí
hóa trong thiết bị khí hóa để sinh hỗn hợp khí trong đó chủ yếu là CO và H2 và N2, nhiệt
trị cao của hỗn hợp này khoảng 1150 kcal/m3N. Nhiệt độ hỗn hợp sau thiết bị khí hóa sẽ
khoảng 540-14300C. Khí đƣợc làm sạch và cháy trong chu trình tuabin khí sau đó gia
nhiệt cho nƣớc-hơi trong lò thu hồi nhiệt. Ƣu điểm cơ bản là hiệu suất rất cao, phát thải
SO2 và NOX rất thấp và đặc biệt là có khả năng lƣu giữ CO2. Nhƣợc điểm là kết cấu phức
tạp, vận hành kém linh hoạt, và suất đầu tƣ cao. Do có những ƣu điểm vƣợt trội nên công
nghệ này sẽ rất phát triển trong tƣơng lai.
Thông thƣờng than sử dụng trong nhà máy nhiệt điện đƣợc nghiền nhỏ trộn với các
phụ phẩm công nghệ khác (nhƣ bột đá vôi để hấp thụ lƣu huỳnh), sau đó hỗn hợp vật liệu

này đƣợc thổi cùng khơng khí vào buồng đốt. Hỗn hợp nhiên liệu này đƣợc đốt cháy sản
sinh ra nhiệt lƣợng đồng thời tạo ra một dƣ lƣợng khống chất nóng chảy. Q trình lấy
nhiệt của lị hơi và làm mát khí thải làm cho một lƣợng các hạt khống chất nóng chảy
cứng lại tạo thành tro thơ rơi xuống đáy lị, các hạt còn lại nhẹ và nhỏ hơn vẫn tồn tại
trong khí thải.

a- tro đáy

b- tro bay
Nguồn:[34]

Hình 1-2 Hình ảnh của tro đáy và tro bay
Trƣớc khi khí thải đƣợc thải ra khơng khí, hỗn hợp khí này đƣợc đƣa qua lò ngƣng
để thu hồi bằng các phƣơng pháp khác nhau tùy thuộc vào công nghệ của nhà máy (tĩnh
điện, vải lọc, nƣớc...). Căn cứ vào sự sử dụng nƣớc hay khơng sử dụng trong q trình
thu hồi và vận chuyển tro xỉ mà ngƣời ta chia làm ba loại: thu hồi khô, thu hồi ƣớt, hoặc
kết hợp.
Tro thô đƣợc thải ra ở đáy lò thƣờng đƣợc gọi là tro đáy hoặc xỉ than, tro đƣợc thu
tại lị ngƣng kích thƣớc nhỏ và đồng đều đƣợc gọi là tro thải. Tùy thuộc vào công nghệ


-11đốt, loại than sử dụng lƣợng tro thải chiếm khoảng 65 – 95%, lƣợng tro đáy chiếm
khoảng 5 – 35%.
1.1.2. Tính chất của tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than
1.1.2.1. Tính chất vật lý của tro thải
Tro thải là hỗn hợp mịn bao gồm các hạt hình cầu và các hạt hình góc cạnh (than
chƣa cháy hết) Hình 1-3. Kích cỡ hạt lớn nhất của tro thải thƣờng nhỏ hơn 100µm (cá
biệt 200µm).

a-Tro bay chƣa xử lý tách than

b-Tro bay đã xử lý tách than
Nguồn: [37]

Hình 1-3 Hình ảnh của tro chưa và đã xử lý tách than
Đối với tro bay thƣơng phẩm bán trên thị trƣờng là loại tro đã đƣợc xử lý tách than
thì các hạt thƣờng tƣơng đối đồng đều về kích cỡ từ 10 đến 100 µm (Hình 1-3;Hình 1-4),
mịn hơn so với vơi bột hay xi măng.

Nguồn: [45]

Hình 1-4 Cấu trúc hạt tro bay được phóng đại 2000 lần
Màu sắc của tro thải phụ thuộc vào thành phần hóa học, cụ thể là phụ thuộc vào
hàm lƣợng các bon chƣa cháy hết, loại than nhiêu liệu dùng để đốt và các phụ phẩm
khác, từ màu vàng sáng đến xám đen. Tro thải có hàm lƣợng các bon chƣa đốt hết cao


-12(hàm lƣợng CaO nhỏ), có màu sẫm, tro thải có hàm lƣợng các bon thừa nhỏ (hàm lƣợng
vơi cao) có màu sáng Hình 1-5.

Nguồn: [45]

Hình 1-5 Màu sắc của các loại tro khác nhau
Khối lƣợng riêng của tro thải thƣờng nằm trong khoảng 2.1-3.0 (g/cm3), tỷ diện bề
mặt dao động từ 170-1000 m2/kg (theo phƣơng pháp Blaine).
1.1.2.2. Thành phần hóa học tro thải
Trong thành phần hoá học của tro thải chứa tới hàng chục nguyên tố hoá học (hơn
30 nguyên tố) khác nhau, tồn tại chủ yếu ở các dạng ôxit SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3,
FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, SO3, Na2O, K2O, B2O3, … trong các ơxit trên thì SiO2,
Al2O3, CaO, MgO đƣợc coi là chủ yếu vì chúng có hàm lƣợng lớn và quyết định đến các

tính chất cơ bản của tro bay. Chỉ tiêu chính của tro thải đƣợc hình thành từ các loại than
khác nhau đƣợc thể hiện tại Bảng 1-1. Nguồn gốc của các loại ôxit này phụ thuộc chủ yếu
vào nguồn gốc và loại nhiên liệu. Các ôxit FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, B2O3 thƣờng
có hàm lƣợng rất thấp, một vài trong số chúng có thể khơng gặp trong tro thải.
Bảng 1-1 Chỉ tiêu chính của tro thải được hình thành từ các loại than khác nhau
Chỉ tiêu chính

Than Bitum

Than á Bitum

Than non

SiO2 (%)

20-60

40-60

15-45

Al2O3 (%)

5-35

20-30

10-25

Fe2O3 (%)

10-40

4-10

4-15

CaO (%)

1-12

5-30

15-40

MgO (%)

0-5

1-6

3-10

SO3 (%)

0-4

0-2

0-10

Na2O (%)

0-4

0-2

0-6

K2O (%)

0-3

0-4

0-4

MKN (%)

0-15

0-3

0-5
Nguồn: [45]


-13Trong thành phần của tro thải có chứa một số loại oxit tƣơng tự nhƣ trong thành
phần của xi măng Pooclăng Bảng 1-2.
Bảng 1-2 Thành phần tương tự xi măng của tro bay

Thành phần
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3

Tro loại F
55
26
7
9
2
1

Tro loại C
40
17
6
24
5
3

Xi măng Pooclăng
23
4
2
64
2

2
Nguồn: [45]

Tro thải với các thành phần SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO ... giống các puzolan nguồn
gốc tự nhiên (điều này đúng với tro bay núi lửa). Với phản ứng đặc trƣng của puzolan:
CaOH + S → C - S – H

Nguồn: [45]

Hình 1-6 Hình ảnh phóng đại của tro bay(trái) và xi măng Pooclăng(phải)
Tro thải có nhiều CaO (> 20%) có thể tự đơng cứng trong q trình trộn cùng với
nƣớc, cịn tro thải ít CaO (< 10%) khá trơ với nƣớc. Thành phần khống SiO2 trong tro
bay giúp cho nó có khả năng rất tốt cho việc làm phụ gia của xi măng để tận dụng
Ca(OH)2 sản sinh trong phản ứng thủy hóa của xi măng: C3S + H → C - S - H + CaOH.
Lƣợng mất khi nung (MKN) trong tro thải là lƣợng than chƣa cháy hết, đây một chỉ tiêu
quan trọng cho việc sử dụng tro thải.
Tính chất và thành phần hóa học của tro thải trong các nhà máy nhiệt điện phụ
thuộc vào công nghệ đốt than, phụ phẩm công nghệ, nhiên liệu than đầu vào và cơng
nghệ thu gom xử lý tro.
Ví dụ: Sự hình thành tro đáy và tro bay của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn
nhƣ sau:


-14a- Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn sử dụng công nghệ tầng sơi tuần hồn do hãng
ALSTOM của Đức thiết kế chế tạo và nhà thầu Trung Quốc HPE thi công lắp đặt.
b- Nguồn cung cấp than cho nhà máy lấy từ hai mỏ là mỏ Khánh Hoà và mỏ than
Núi Hồng, với tỷ lệ pha trộn để đảm bảo nhiệt lƣợng. Than đƣợc đổ đống để lƣu trữ và
đồng nhất sơ bộ trong kho và đƣợc nghiền bằng máy nghiền búa. Sau khi nghiền, than đạt
kích thƣớc hạt ≤ 8mm, đƣợc cấp xuống đƣờng băng tải cấp than, từ đó than đƣợc cấp lên
bunke than các lị. Chất lƣợng than sau nghiền, cấp cho buồng đốt đƣợc nêu trong Bảng

1-3.
Bảng 1-3 Chất lượng than mỏ Khánh Hòa và Núi Hồng
Chỉ tiêu

Đơn vị

Hàm lƣợng

Các bon, C

%

44.3257.28

Hydro, H

%

1.51  2.61

Oxy, O

%

1.59  2.88

Nito, N

%

0.82 1.12

Lƣu huỳnh, S

%

1.51  2.63

Độ ẩm, H2O

%

11.50  18.50

Độ tro, A

%

23.23  31.81

Chất bốc, V

%

4.68  12.61

kcal/kg than

4066  5130

Nhiệt trị

Nguồn: [37]

- Than cấp cho quá trình đốt có chất lƣợng kém, thể hiện : nhiệt trị thấp, độ tro cao,
độ ẩm cao.
- Hàm lƣợng lƣu huỳnh lớn, cháy sinh ra nhiều SO2 ; để lại lƣợng tro lớn.
- Do đặc điểm của than khó cháy, kích thƣớc hạt lớn, khả năng còn lại lƣợng than
chƣa cháy hết trong tro bay và tro đáy.
c- Cấp đá vôi cho q trình đốt
Đá vơi đƣợc cấp vào buồng đốt để khử SOx do than cháy sinh ra, nguồn cung cấp
đá vôi là Núi Voi. Yêu cầu chất lƣợng đá vơi cấp vào buồng đốt đƣợc trình bày trong
Bảng 1-4.
- Nếu đá vơi có lẫn nhiều MgCO3, khi nung sẽ để lại một lƣợng MgO trong tro
bay, tro đáy và ảnh hƣởng đến tính chất sử dụng sau này.