Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm bê tông cốt thép

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TRUNG

Bùi Lý Vĩ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY THAY
THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG TRONG BÊ
TÔNG ĐỂ SỬ DỤNG CHO DẦM
BÊ TÔNG CỐT THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Phú Yên, tháng 2 năm 2021


BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TRUNG

Bùi Lý Vĩ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRO BAY
THAY THẾ MỘT PHẦN XI MĂNG TRONG
BÊ TÔNG ĐỂ SỬ DỤNG CHO DẦM
BÊ TÔNG CỐT THÉP
MÃ SỐ: 8.58.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2
Th.s Huỳnh Quốc Hùng

Phú Yên, tháng 2 năm 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu ứng dụng tro bay thay thế
một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm Bê tông cốt thép” là do
tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương - Thạc
sĩ Huỳnh Quốc Hùng. Tôi cam đoan sự trung thực và nguồn gốc đề tài chưa
được cơng bố.
Tuy Hịa, ngày……tháng 02 năm 2021
Học viên

Bùi Lý Vĩ


LỜI CẢM ƠN
Tác giả đã hoàn thành sau 2 năm học tập nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực
kỹ thuật xây dựng với sự giảng dạy truyền đạt kiến thức và sự nhiệt tình giúp
đỡ nguồn tài liệu mới trong suốt q trình của khóa học. Để tỏ lịng biết ơn tác
giả xin gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo Nhà trường, Khoa xây dựng và Phòng Đào
tạo Trường Đại học Xây dựng Miền Trung.
Để có kết quả ngày hơm nay, cùng với sự cố gắng nổ lực của bản thân là
sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong
suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Đặc biệt, tác giả xin trân
trọng cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lương - Thạc sĩ Huỳnh Quốc
Hùng đã đồng hành, hướng dẫn và ln tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để
hồn thiện đề tài nghiên cứu khoa học.
Luận văn được hoàn thành nhưng khơng thể tránh khỏi những thiếu sót
và hạn chế. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng

nghiệp để luận văn được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tuy Hịa, ngày …tháng 02 năm 2021
Học viên

Bùi Lý Vĩ


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................ i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... iv
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 3
3. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 4
4.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 4
4.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ DẦM BTCT ....................... 5
1.1. Tổng quan về tro bay .............................................................................. 5
1.1.1. Tổng quan về tro bay. ...................................................................... 5
1.1.3. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông ................................. 7
1.1.4. Thành phần chính trong mẫu tro bay ............................................... 9
1.1.5. Tro bay và cường độ nén của bê tông chất lượng siêu cao [4]...... 13
1.1.6. Ứng dụng của tro bay và xu hướng phát triển ............................... 14
1.1.7. Một số nghiên cứu về ứng dụng của tro bay ................................. 18
1.2. Tổng quan về sự làm việc của dầm Bê tông cốt thép........................... 19
1.2.1. Giới thiệu tổng quan về dầm Bê tông cốt thép .............................. 19
1.2.2. Sự làm việc của dầm Bê tông cốt thép .......................................... 20

1.3. Kết luận chương ................................................................................... 20


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TƠNG VÀ SỰ
LÀM VIỆC CỦA DẦM BTCT CĨ SỬ DỤNG TRO BAY THAY THẾ MỘT
PHẦN XI MĂNG ........................................................................................... 22
2.1. Cơ sở lý thuyết về cường độ................................................................. 22
2.1.1. Xác định cường độ chịu nén của mẫu bê tông [7] ......................... 22
2.1.2. Xác đinh mô đun đàn hồi và hệ số poisson [8] ............................. 22
2.2. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tông cốt thép theo TCVN 5574-2018 [6] 23
2.2.1. Lý thuyết tính tốn dầm Bê tơng cốt thép theo điều kiện nội lực tới
hạn ............................................................................................................ 23
2.2.2. Lý thuyết tính tốn độ võng của dầm Bê tông cốt thép theo TCVN
5574-2018 ................................................................................................ 24
2.2.3. Tính tốn khả năng chịu cắt của dầm Bê tơng cốt thép theo TCVN
5574-2018 ................................................................................................ 31
2.2.4. Tính tốn lý thuyết cho mẫu thí nghiệm. ....................................... 34
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT
THÉP B20 CĨ SỬ DỤNG HÀM LƯỢNG TRO BAY THAY THẾ XI MĂNG
......................................................................................................................... 37
3.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm ........................................................ 37
3.1.1. Cát (cốt liệu nhỏ) ........................................................................... 37
3.1.2. Xi măng ......................................................................................... 37
3.1.3. Đá dăm 1x2 (cốt liệu lớn) .............................................................. 38
3.1.4. Tro bay ........................................................................................... 39
3.1.5. Thép ............................................................................................... 39
3.2. Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm ........................................................ 40
3.2.1. Trong quá chuẩn bị mẫu ................................................................ 40
3.2.2. Trong chương trình thí nghiệm...................................................... 41

3.3. Chương trình thí nghiệm ...................................................................... 41
3.3.1. Chuẩn bị mẫu ................................................................................. 41
3.3.2. Xác định cường độ chịu nén, Module đàn hồi (TCVN 3118 – 1993)
.................................................................................................................. 47
3.3.3. Thực nghiệm khả năng chịu uốn ................................................... 50
3.3. Phân tích, nhận xét ............................................................................... 60
3.4.1. Về cường độ chịu nén .................................................................... 60
3.4.2. Về khả năng chịu uốn theo thực nghiệm ....................................... 61
3.4.3. Nhận xét: ........................................................................................ 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 63
4.1. Kết luận ................................................................................................ 63
4.2. Kiến nghị .............................................................................................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63


i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
CHỮ CÁI LA TINH
As

Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo

As'

Tổng diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén

Ec

Mơ đun tổng thể của bê tông

Eb

Mô đun đàn hồi của bê tơng

Es

Mơ đun đàn hồi của thép

I

Mơ men qn tính của tiết diện được xem là đồng nhất

M

Mô men uốn tính tốn

M gh

Mơ men uốn trạng thái giới hạn

P

Ngoại lực tác dụng

b

Bề rộng tiết diện dầm

h

Chiều cao tiết diện dầm

L

Nhịp tính tốn của dầm

x

Chiều cao vùng bê tơng chịu nén

fc

Cường độ chịu nén của vật liệu bê tông

fc

f cc'

Cường độ chịu nén của bê tông không kiềm chế nở ngang
đại giá trị cực đại
Cường độ chịu nén của bê tông kiềm chế nở ngang đại giá trị
cực đại

f ck

Cường độ đặc trưng mẫu trụ của vật liệu bê tông

fy

Cường độ của vật liệu thép ở trạng thái chảy

f cm

Cường độ chịu kéo của bê tông (theo tiêu chuẩn EC)

f ctm

Cường độ chịu nén của bê tông (theo tiêu chuẩn EC)

fy

Cường độ chịu kéo của cốt thép (theo tiêu chuẩn EC)

Rbt ,cer

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông (theo TCVN)

Rb,cer

Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông (theo TCVN)


ii
Rsw,cer

fm

BT
BTCT

BTCLSC

Cường độ chịu cắt tiêu chuẩn của bê tông (theo TCVN)
Độ võng lớn nhất của dầm BTCT dưới tác dụng của ngoại
lực
Bê tông
Bê tông cốt thép
Bê tông cất lượng siêu cao
CHỮ CÁI HY LẠP

c

Biến dạng nén của bê tông

 c0

Biến dạng nén của bê tơng khơng bị kiềm chế có giá trị cực

 cc

Biến dạng nén của bê tông bị kiềm chế có giá trị cực đại

 cu

Biến dạng nén của bê tông bị kiềm chế tại trạng thái giới hạn

s

Biến dạng cốt thép

 b1

Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến ngắn hạn của bê tông

b 2
s
b

đại

Hệ số xét đến ảnh hưởng của từ biến dài hạn của bê tơng đến
biến dạng cấu kiện khơng có vết nứt
Hệ số xét đến sự làm việc của bê tông vùng chịu kéo trên
đoạn có vết nứt
Hệ số xét đến sự phân bố không đều biến dạng của thớ bê
tông chịu nén ngồi cùng trên chiều dài đoạn có vết nứt



Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông

v

Chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông


iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông [3]............................. 7
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay [3] ............................................... 13

‘

Bảng 2.1. Kết quả tính tốn tải trọng và độ võng theo lý thuyết ................... 36
‘

Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm Cát ................................................................... 37
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm Xi măng........................................................... 38
Bảng 3. 3. Kết quả thí nghiệm đá .................................................................... 39
Bảng 3.4. Kết qủa thí nghiệm kéo, uốn........................................................... 40
Bảng 3.5. Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông ........................................... 41
Bảng 3.6. Số lượng mẫu thí nghiệm nén ......................................................... 42
Bảng 3.7. Mẫu dầm BTCT: Số lượng mẫu thí nghiệm uốn ............................ 42
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát Module đàn hồi và hệ số poisson........................ 50
Bảng 3.9. Kết quả Thí nghiệm uốn 5 tổ hợp mẫu ........................................... 57
Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết, thực nghiệm ..................... 61


iv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hình dạng hạt tro bay [1]. ................................................................. 6
Hình 1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của BTCLSC,
N/CKD = 0.18, (a) 27±2oC, (b) 90±5oC.......................................................... 14
Hình 1. 3. a Đập Puylaurent ở Pháp (b) Bê tơng asphalt [2]. ......................... 15
Hình 1.4. Ứng dụng làm vật liệu khơng nung................................................. 16
‘

Hình 2.1. Sơ đồ ép mẫu ................................................................................... 22
Hình 2.2. Tương quan giữa cường độ và thời gian ......................................... 22
Hình 2.3. Sơ đồ ứng suất của tiết diện. ........................................................... 24
Hình 2.4. Tiết diện ngang quy đổi và sơ đồ trạng thái ứng suất – biến dạng của

cấu kiện có vết nứt khi tính tốn biến dạng cấu kiện dưới tác dụng của mơ men
uốn ................................................................................................................... 28
Hình 2.5. Sơ đồ mẫu thí nghiệm ..................................................................... 34
Hình 2.6. Sơ đồ tính tốn mẫu thí nghiệm ...................................................... 34
‘

Hình 3.1. Mặt cắt ngang của mẫu dầm thí nghiệm. ........................................ 43
Hình 3.2. Cân đo, xác định khối lượng các thành phần cấp phối. .................. 43
Hình 3.3. Gia cơng Ván khn cốt thép......................................................... 45
Hình 3.4. Đổ bê tơng mẫu. .............................................................................. 45
Hình 3.5. Đúc mẫu thí nghiệm. ....................................................................... 46
Hình 3.6. Trộn bê tơng. ................................................................................... 46
Hình 3.7. Dưỡng hộ mẫu dầm BTCT. ............................................................ 47
Hình 3.8. Nén phá hoại mẫu............................................................................ 47
Hình 3.9. Mẫu thí nghiệm lập phương bị phá hoại. ........................................ 48
Hình 3.10. Biểu đồ cường chịu nén của các tổ hợp mẫu. ............................... 48
Hình 3.11. Thí nghiệm xác định Mơ đun đàn hồi. .......................................... 49
Hình 3.12. Sơ đồ thí nghiệm dầm. .................................................................. 50
Hình 3.13. Lắp đặt mẫu, Loadcell, LDVT. ..................................................... 51
Hình 3.14. Số liệu Hệ thống đo STS-WiFi. .................................................... 51


v
Hình 3.15. Mẫu thí nghiệm bị phá hoại cắt..................................................... 52
Hình 3.16. Mẫu B20-0-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt .............................. 52
Hình 3.17. Mẫu B20-15-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 53
Hình 3.18. Mẫu B20-15-2 bị phá hoại uốn ..................................................... 53
Hình 3.19. Mẫu B20-20-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 54
Hình 3.20. Mẫu B20-20-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 54
Hình 3.21. Mẫu B20-25-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 55

Hình 3.22. Mẫu B20-25-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 55
Hình 3.23. Mẫu B20-40-1 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 56
Hình 3.24. Mẫu B20-40-2 bị phá hoại uốn và phá hoại cắt ............................ 56
Hình 3.25. Quan hệ tải trọng và chuyển vị Mẫu đối chứng. ........................... 57
Hình 3.26. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-15).................................. 58
Hình 3.27. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-20).................................. 58
Hình 3.28. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-25).................................. 59
Hình 3.29. Quan hệ tải trọng và chuyển vị (mẫu B-40).................................. 59
Hình 3.30. Biểu đồ tổng hợp so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị của các tổ
mẫu thí nghiệm. ............................................................................................... 60


1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong nhiều thế kỷ qua, con người ln tìm kiếm một vật liệu xây dựng
thỏa mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. Cùng
với sự phát triển của khoa học nhiều loại vật liệu mới đã được nghiên cứu và
chế tạo thành cơng trong đó có tro bay để thay thế xi măng. Tro bay là sản phẩm
được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện. Các hạt bụi tro
được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hồi từ phương pháp kết
sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xốy. Tro bay là những tinh cầu
trịn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích thước hạt là 0,05 micromet,
nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lị đốt nên có tính puzzolan là tính hút
vơi rất cao.
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 puzzolan hay các loại
chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng có khả năng tăng mác bê
tông, giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm

co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao; tính chịu lực cao
của bê tông; chống được sự xâm nhập của acid sulfuric của bê tơng hiện đại;
tạo tính bền sulfat cho bê tông của xi măng portland; hạ nhiệt độ cho bê tông.
Theo số liệu tổng hợp của Bộ Cơng Thương, hiện cả nước có 25 nhà máy
nhiệt điện đốt than đang hoạt động, phát thải ra tổng lượng tro, xỉ khoảng 13
triệu tấn/năm, trong đó tro bay chiếm từ 80% đến 85%. Lượng phát thải tập
trung chủ yếu ở khu vực miền Bắc, chiếm 65%, miền Trung chiếm 23% và
miền Nam chiếm 12% tổng lượng thải.
Trong số này, lượng tro xỉ phát thải từ 13 nhà máy nhiệt điện than thuộc
Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là 8,57 triệu tấn, chiếm 64% tổng lượng
phát thải của cả nước. Tập đồn Cơng nghiệp Than-Khống sản Việt Nam
(TKV) có 6 nhà máy với lượng tro, xỉ phát thải là 2,05 triệu tấn, chiếm 15%


2
tổng lượng phát thải và 1 nhà máy thuộc Tập đồn Dầu khí Việt Nam với 0,784
triệu tấn chiếm khoảng 6% tổng lượng tro xỉ phát thải. Cùng với đó là 5 nhà
máy của các chủ đầu tư BOT và các chủ đầu tư khác phát thải khoảng 2 triệu
tấn, chiếm 15% tổng lượng phát thải của cả nước.
Nhằm tiếp tục tăng cường, đẩy mạnh việc xử lý sử dụng tro, xỉ, thạch
cao ngày, ngày 12/4/2017 Thủ tướng Chính phủ đã tiếp tục ban hành Quyết
định số 452/QĐ-TTg về việc Phê duyệt Đề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ,
thạch cao làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và sử dụng trong các cơng
trình xây dựng (Quyết định số 452/QĐ-TTg).
Qua gần 4 năm, triển khai thực hiện Quyết định này, mặc dù đã có nhiều
nỗ lực nhưng kết quả thực tế vẫn chưa đạt mục tiêu đề ra. Tính đến cuối năm
2020, tổng lượng tro, xỉ nhiệt điện đã tiêu thụ trên cả nước khoảng 44,5 triệu
tấn, tương đương với 42% tổng lượng phát thải qua các năm.
Trong đó, EVN tiêu thụ khoảng gần 23 triệu tấn, TKV tiêu thụ được
khoảng hơn 6 triệu tấn, PVN tiêu thụ được gần 1,5 triệu tấn. Các nhà máy BOT

và các chủ đầu tư khác tiêu thụ khoảng 4 triệu tấn.
Thực tế cho thấy tro, xỉ được sử dụng nhiều nhất là lĩnh vực làm phụ gia
khoáng cho xi măng, ước khoảng 24 triệu tấn, chiếm 70%; sản xuất gạch đất
sét nung và gạch không nung ước khoảng 4 triệu tấn, chiếm 12%; làm phụ gia
cho sản xuất bê tơng tươi, bê tơng cho các cơng trình thủy lợi, cơng trình giao
thơng (đường bê tơng xi măng vùng nơng thơn) và cơng trình xây dựng dân
dụng (kết cấu móng khối lớn ít tỏa nhiệt) ước khoảng 3 triệu tấn, chiếm 8%; và
làm vật liệu san lấp, đắp đường giao thông các loại khoảng 3,5 triệu tấn,
chiếm 9%.
Như vậy, vẫn còn tồn đọng hơn 90% lượng tro bay chưa đươc tiêu thụ
còn tồn đọng tại các bãi chứa. Lượng lớn tro bay này nếu không được xử lý và
tiêu thụ sẽ rất dễ ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh.
Đã có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng tro bay làm vật liệu xây dựng
để giảm tải cho các bãi thải của các nhà máy nhiệt điện, góp phần bảo vệ môi


3
trường. Trong đó ứng dụng tro bay để thay thế xi măng trong bê tông đã và đàn
được thực hiện.
Các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng khi tro bay được sử dụng để thay
thế xi măng thì cường độ chịu nén, kéo của bê tông sẽ giảm ở giai đoạn trước
28 ngày nhưng sau đó sẽ tăng, thời gian và mức độ tăng cường độ phụ thuộc
vào tỉ lệ thành phần tro bay thay thế xi măng và loại tro bay. Tuy nhiên chưa
có nghiên cứu thực nghiệm cụ thể nào về ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm
việc chung của bê tông và cốt thép cũng như khả năng chịu uốn của dầm BTCT.
Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng
tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông để sử dụng cho dầm bê tông
cốt thép”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT

khi bê tông sử dụng đúc dầm có cấp độ bền chịu nén B20 có tro bay thay thế xi
măng. Các tỉ lệ tro bay thay thế xi măng lần lượt là 15%; 20%; 25%và 40%.
Xem xét sự ảnh hưởng của tro bay đối với sự làm việc chung giữa bê
tông và cốt thép trong dầm BTCT thông qua các thông số đo được từ thực
nghiệm như trình bày ở mục 3.
Ứng dụng tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông với hàm
lượng tối ưu được xác định bằng thực nghiệm để đưa vào sản xuất bê tông sử
dụng cho cấu kiện dầm BTCT.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá được khả năng các chỉ tiêu cơ lý của bê tông thơng thường và
bê tơng có sử dụng tro bay thay thế xi măng lần lượt ở các tỉ lê 15%; 20% 25%
và 40%.
Đánh giá được khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT thơng
thường và dầm BTCT có sử dụng tro bay thay thế xi măng lần lượt ở các tỉ lê
15%; 20% 25% và 40%.


4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Các loại vật liệu địa phương: Cát Sông Ba mỏ Công ty Hưng Thịnh, Đá
1x2 mỏ Nắng Ban Mai, Xi măng Nghi sơn, thép Việt Mỹ.
Mẫu lập phương KT: 15cm x 15cm x 15cm cấp độ bền chịu nén B20
thông thường và mẫu lập phương sử dụng tro bay thay thế hàm lượng xi măng
với các tỉ lệ lần lượt là 15%; 20%; 25% và 40%. Thí nghiệm cường độ chịu nén
của mẫu ở 3 ngày tuổi; 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi.
Dầm BTCT kích thước 100x150x800 cấp độ bền chịu nén B20 thông
thường và bê tông cấp độ bền chịu nén B20 sử dụng tro bay thay thế hàm lượng
xi măng với các tỉ lệ lần lượt là 15%; 20%; 25% và 40%. Thí nghiệm khả năng
chịu uốn của dầm ở 28 ngày tuổi.

4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về khả năng phát triển cường độ chịu nén của bê
tơng B20 có sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng so với bê thông B20
thông thường.
Nghiên cứu tổng quan về sự làm việc của dầm bê tông cốt thép và các
nhân tố ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn và chịu cắt của dầm bê tông cốt thép.


5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ DẦM BTCT
1.1. Tổng quan về tro bay
1.1.1. Tổng quan về tro bay.
Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy
nhiệt điện. Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được
thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc
xoáy. Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic
có kích thước hạt là 0,05 micromet, tức là 50 nanomet (1 nanomet = 10-9
centimet). Nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng 1.4000C)
nên nó có tính puzzolan là tính hút vơi rất cao.
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, không nứt nẻ,
giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến
độ thi công do khơng phải xử lý nhiệt... Ngồi ra, nó cịn giảm nhẹ tỉ trọng của
bê tông một cách đáng kể.
Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của
ngành xây dựng một cách rộng rãi và đã có những cơng trình lớn trên thế giới
sử dụng sản phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu.
Tính đến cuối năm 2020, tổng lượng tro, xỉ lưu giữ tại bãi chứa của các

nhà máy nhiệt điện than vẫn còn khoảng 47,65 triệu tấn.
Báo cáo của Sở Xây dựng tỉnh Bình Thuận cho thấy, tính đến tháng
6/2020, tại Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, lượng tro, xỉ phát
sinh từ các nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện
Vĩnh Tân 4 và nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng khoảng trên 10,9 triệu tấn nhưng
lượng tro xỉ đã được xử lý, tiêu thụ chỉ đạt con số rất khiêm tốn, hơn 1,049 triệu
tấn, chiếm 9,62%.


6
Các cơng trình tiêu biểu đã sự dụng tro bay làm phụ gia là: Đập
Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng từ những năm 1950 đã sử dụng
60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào cơng trình xây dựng
đập thủy điện từ những năm 1980; Cơng trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn
thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng.
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được đúc kết: Các cơng trình có sử
dụng tro bay sẽ đem đến 3 lợi ích to lớn và rất thiết thực cho ngành công nghiệp
xây dựng là: Chất lượng sản phẩm ưu việt hơn. Giá thành rẻ hơn. Góp phần bảo
vệ mơi trường.

Hình 1.1. Hình dạng hạt tro bay [1].
1.1.2. Phân loại [3]
Phân loại theo Tiêu chuẩn TCVN 10302-2014 – Phụ gia hoạt tính tro bay
dùng cho bê tơng, vữa xây mà xi măng:
- Theo thành phần hóa học, tro bay được phân làm 02 loại:
+ Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu: F
+ Tro bazơ: tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %, ký hiệu: C
- Phân loại theo mục đích sử dụng: tro bay được phân thành 02 loại:

7
+ Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây, bao gồm 4 nhóm lĩnh vực sử dụng,
Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép từ bê tông nặng và bê
tông nhẹ, ký hiệu: a;
+ Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép từ bê
tông nặng, bê tông nhẹ và vữa xây, ký hiệu: b;
+ Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông tổ ong, ký hiệu: c;
+ Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép làm
việc trong điều kiện đặc biệt, ký hiệu: d.
- Ví dụ:
+ Fa - tro axit dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép;
+ Cb - tro bazơ dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không
cốt thép;
+ Tro bay dùng cho xi măng, ký hiệu: Xm;
+ FXm - tro axit dùng cho chế tạo xi măng;
+ CXm - tro bazơ dùng cho chế tạo xi măng.
1.1.3. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông
Trộn cốt liệu lớn với cốt liệu nhỏ trong máy trộn, sau đó xi măng được
thêm vào trong q trình nhào trộn. Sợi được cho vào trong quá trình trộn với
hàm lượng tính tốn trước. Hỗn hợp nước và phụ gia dẻo được nhào trộn và
cho vào hỗn hợp bê tông.
Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông [3]
Lĩnh vực sử dụng - Mức

Loại
Chỉ tiêu

tro
bay

1. Tổng hàm lượng ôxit
SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, %

a

b

c

F

70

C

45

khối lượng, không nhỏ hơn

d


8
Lĩnh vực sử dụng - Mức

Loại
Chỉ tiêu

tro

a

b

c

d

F

3

5

3

3

C

5

5

6

3

F

-

-

-

-

C

2

4

4

2

F

12

15

8*

5*

C

5

9

7

5

40

18

bay
2. Hàm lượng lưu huỳnh, hợp
chất lưu huỳnh tính quy đổi ra
SO3, % khối lượng, không
lớn hơn

3. Hàm lượng canxi ôxit tự do
CaOtd, % khối lượng, không
lớn hơn

4. Hàm lượng mất khi nung
MKN, % khối lượng, khơng
lớn hơn

5. Hàm lượng kiềm có hại
(kiềm hịa tan), % khối lượng,

F

1,5

không lớn hơn
C
6. Độ ẩm, % khối lượng,

F

3

khơng lớn hơn
C
7. Lượng sót sàng 45mm, %
khối lượng, khơng lớn hơn

F

25

34


9
Lĩnh vực sử dụng - Mức

Loại
Chỉ tiêu

tro

bay

a

b

c

d

105

105

100

105

0,1

-

-

0,1

C
8. Lượng nước yêu cầu so với
mẫu đối chứng, %, không lớn

F

hơn
C
9. Hàm lượng ion Cl-, % khối

F

lượng, khơng lớn hơn
C
10. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên
Aeff, (Bq/kg) của tro bay
dùng:
- Đối với công trình nhà ở và

370

cơng cộng, khơng lớn hơn
- Đối với cơng trình cơng
nghiệp, đường đơ thị và khu

740

dân cư, khơng lớn hơn
* Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung
tương ứng: - lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc
theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận.
1.1.4. Thành phần chính trong mẫu tro bay
1.1.4.1. Silic dioxit ở dạng kết tủa silisic
Hàm lượng silic dioxit (SiO2) tính bằng phần trăm, theo cơng thức:

% SiO2 =

m1 − m2
100
m


10
- Trong đó:
+ m1 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa trước khi xử lý bằng axit
flohydric, tính bằng gam;
+ m2 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa sau khi xử lý bằng axit
flohydric, tính bằng gam;
+ m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam.
Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,40 %.
1.1.4.2. Silic dioxit ở dạng hòa tan trong dung dịch
Hàm lượng silic dioxit (SiO2) hịa tan tính bằng phần trăm theo
cơng thức:

% SiO2 ( Ha tan) =

m1
 100
m2

- Trong đó:
+ m1 là lượng silic dioxit tìm được trên đường chuẩn, tính bằng gam;
+ m2 là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính
bằng gam.

Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,04 %.
1.1.4.3. Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3) bằng phương pháp chuẩn độ oxihóa
- khử
Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3), tính bằng phần trăm, theo cơng thức:
% Fe2O3 =

0,0039925×V
×100
m

- Trong đó:
+ 0,0039925 là số gam Fe2O3 ứng với 1 ml dung dịch K2Cr2O7 0,05 N;
+ V là thể tích dung dịch K2Cr2O7 0,05 N tiêu thụ, tính bằng mililit;
+ m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam.
Chênh lệch cho phép giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn
0,30%


11
1.1.4.4. Hàm lượng hàm lượng nhôm oxit (Al2O3)
Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) tính bằng phần trăm theo cơng thức:
% Al 2O3 =

0,0010196  VZn  K
 100
m

- Trong đó:
+ VZn là thể tích dung dịch tiêu chuẩn kẽm axetat 0,02 M tiêu thụ khi chuẩn
độ, tính bằng mililit;

+ 0,0010196 là khối lượng nhôm oxit tương ứng với 1 ml dung dịch kẽm
axetat 0,02 M, tính bằng gam;
+ K là hệ số nồng độ giữa dung dịch kẽm axetat 0,02 M và dung dịch
EDTA tiêu chuẩn 0,01 M;
+ m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính
bằng gam.
Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,26 %.
1.1.4.5. Hàm lượng canxi oxit (CaO)
Hàm lượng canxi oxit (CaO) tính bằng phần trăm, theo công thức:
% CaO =

0,00056  (V1 − V0 )
 100
m

- Trong đó
+ V0 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ
mẫu trắng, tính bằng mililit;
+ V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ
mẫu thử, tính bằng mililit;
+ 0,00056 là khối lượng canxi oxit tương ứng với 1 ml dung dịch EDTA
0,01 M, tính bằng gam;
+ m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định canxi
oxit, tính bằng gam.
Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,30 %.


12
1.1.4.6. Hàm lượng magiê oxit (MgO)
Hàm lượng magiê oxit (MgO) tính bằng phần trăm, theo cơng thức:

% MgO =

0,000403  [(V2 − V02 ) − (V1 − V01)]
m

 100

- Trong đó
+ V01 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ
riêng lượng canxi trong mẫu trắng, tính bằng mililit;
+ V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn riêng
lượng canxi trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit;
+ V02 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ
tổng lượng canxi và magiê trong mẫu trắng, tính bằng mililit;
+ V2 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ
tổng lượng canxi và magiê trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit:
+ 0,000403: là khối lượng magiê oxit MgO tương ứng với 1 ml dung dịch
EDTA 0,01 M, tính bằng gam;
+ m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định magiê
oxit, tính bằng gam.
Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song khơng lớn hơn 0,25 %.
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay
Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim
loại như sau:


13
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay [3]
STT

Thành phần hóa học

Đơn vị

Kết quả

1

SiO2

%

59,62

2

Al2O3

%

15,76

3

Fe2O3

%

10,00

4

CaO

%

0,70

5

MgO

%

3,33

6

SO3

%

0,10

7

Na2O3

%

0,09

8

K2O

%

2,40

9

TiO

%

1,17

10

MnO

%

0,06

1.1.5. Tro bay và cường độ nén của bê tông chất lượng siêu cao [4]
Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của BTCLSC thể hiện
ở hình 1.5. Khi sử dụng FA đến 30% khơng có sự suy giảm cường độ nén của
bê tơng ở tuổi 28 ngày so với mẫu đối chứng, ở cả điều kiện dưỡng hộ tiêu

chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm. Cường độ nén BTCLSC sử dụng 20% FA đạt giá
trị lớn nhất ở cả chế độ dưỡng hộ tiêu chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm, tương ứng
là 114 MPa và 153 MPa. Tiếp tục tăng hàm lượng FA thì cường độ nén của bê
tông bắt đầu giảm.