Đề tài Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (khu công nghiệp Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng

LỜI MỞ ĐẦU Lí do chọn đề tài Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Nhất là trong giai đoạn hiện nay an ninh lương thực đang là vấn đề “nóng” của thế giới. Đối với Việt Nam cho dù có sự chuyển dịch về cơ cấu kinh tế, nhưng ngành nông nghiệp vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu nông sản ra nước ngoài. Tổng giá trị sản xuất nông nghiệp chiếm khoảng 1/3 trong GDP (2010). Đất trồng lúa nước có diện tích 7390 km2. Sản lượng lúa của nước ta đạt khoàng 40 triệu tấn (2010). Đồng bằng sông Cửu Long chiếm 57% tổng sản lượng của cả nước và chiếm 90% tổng cung lúa gạo xuất khẩu. Góp phần đem lại kim ngạch xuất khẩu gạo trên 3 tỷ USD trong năm 2010 (Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn). Bên cạnh mức tăng trưởng về sản lượng và kim ngạch xuất khẩu lúa gạo còn tồn đọng vấn đề về các bãi chứa, biện pháp thu gom, đầu ra cho các phế phẩm sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu. Năm 2010, lượng trấu thải ra từ ngành xay xát ở mức hơn 7 triệu tấn. Nhưng chỉ có khoảng 3 triệu tấn trấu được dùng để làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón, ván ép, dùng để nấu ăn trong các gia đình nông thôn và trong nhiều cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: lò nung gạch truyền thống, nung vôi, nung gốm. Như vậy vẫn còn một lượng lớn trấu dư thừa đang thải ra kênh rạch, sông ngòi. Quá trình phân hủy của vỏ trấu làm nguồn nước ô nhiễm, đồng thời phát sinh mùi hôi. Làm ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dân. Trước tình hình đấy, Công ty cổ phần nhiệt điện Đình Hải đã đầu tư xây dựng Nhà máy đồng nhiệt điện đốt trấu để sản xuất hơi nước và điện. Trong quá trình vận hành tạo ra khối lượng lớn tro. Lượng tro này nhà máy chủ yếu bán cho nhà máy phân bón. Trong khi đó, tro trấu chứa SiO2, là chất rất cần thiết cho ngành xây dựng và một số ngành khác nhưng giá thành nhập khẩu lại cao. Chính vì vậy, cần có những phương pháp những nghiên cứu khả thi và hiệu quả để tận dụng nguồn tro xỉ của nhà máy và đề tài "Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng" được thực hiện tạo ra một sản phẩm có giá trị từ tro trấu giúp hạn chế được biến đổi khí hậu, tăng giá trị kinh tế. Mục đích của đề tài Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải làm vật liệu xây dựng. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về tình hình phế phẩm nông nghiệp hiện nay. Tìm hiểu về nguồn gốc, hiện trạng, hình thức thu gom, xử lý và tái chế của vỏ trấu Thu thập nhu cầu của ngành vật liệu xây dựng trong nước và thế giới, cách đánh giá chất lượng vật liệu xây dựng. Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện làm vật liệu xây dựng. Đo đạc tính chất cơ lý, hóa học của vật liệu xây dựng làm từ phế phẩm nông nghiệp. Đánh giá tính khả thi của tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện trong việc áp dụng làm vật liệu xây dựng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm và ứng dụng trên tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các lĩnh vực sau: Nguồn tro xỉ được lấy từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – CầnThơ). Làm mẫu thử là vữa không nghiên cứu làm các loại vật liệu xây dựng khác. Địa điểm thí nghiệm và thời gian thí nghiệm Địa điểm nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm khoa môi trường và khoa xây dựng của Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh và ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghệ thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ ngày 21/02/2011 đến ngày 30/06/2010 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Nguyên liệu chính để sản xuất vật liệu xây dựng ở nước ta vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài và quá trình sản xuất xi măng làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc nghiên cứu tận dụng tro xỉ (đốt vỏ trấu) của nhà máy nhiệt điện sẽ góp phần giảm lượng nhập khẩu nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu tro xỉ sẵn có trong Nhà Máy Nhiệt Điện Đình Hải. Trong thời gian sắp tới, Đồng Bằng Sông Cửu Long sẽ xây dựng nhiều nhà máy nhiệt điện đốt bằng vỏ trấu góp phần giải quyết một lượng tro lớn phát sinh. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luận Dựa trên nguyên tắc tái chế tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện để làm vật liệu xây dựng. Dựa trên tiêu chuẩn vật liệu xây dựng đòi hỏi. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập dữ liệu: tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo, giáo trình, internet,… Phương pháp thực nghiệm: sơ chế, điều chế mẫu; xác định tính chất mẫu, đúc mẫu, đo tính cơ lý của mẫu vữa. Phương pháp phân tích: lựa chọn và tổng hợp lại các số liệu làm cơ sở cho quá trình thực hiện đề tài. Phương pháp tính toán: tính toán những số liệu thu thập, kết quả làm thực nghiệm. Phương pháp đánh giá: nhận xét, đánh giá kết quả từ những số liệu thu thập và kết quả làm thực nghiệm. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẤU Phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp là chất thải từ các loại cây trồng phát sinh ra sau khi thu hoạch và chế biến để tạo ra sản phẩm chính. Ngành nông nghiệp trồng trọt là một trong những ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam. Mặc dù diện tích đất nông nghiệp giảm nhưng sản lượng, năng suất cây trồng luôn tăng qua các năm. Hình 1.1 Sản lượng một số loại cây trồng qua các năm (theo Cục thống kê 2010) Cùng với sự tăng trưởng về sản lượng nông nghiệp là sự gia tăng về khối lượng phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch và chế biến lên đến hàng chục triệu tấn. Thông thường các phế phẩm nông nghiệp thường được nông dân sử dụng làm chất đốt, ủ làm phân bón, giá thể trồng nấm, thức ăn chăn nuôi, lợp chuồng trại. Phế phẩm nông nghiệp không được sơ chế, làm bất tiện cho người dân. Việc tận chủ yếu trên quy mô hộ gia đình. Những năm gần đây, có nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật ứng dụng vào việc tận thu các phụ, phế phẩm trong quá trình sản xuất nông sản, thực phẩm, để sản xuất phân hữu cơ vi sinh, vật liệu xây dựng, thức ăn chăn nuôi, khí đốt, năng lượng... Xong vẫn còn còn hạn chế. Do đặc thù của sản xuất nông nghiệp của nước ta hiện nay vẫn mang tính nhỏ lẻ, phân tán, mạnh ai nấy làm nên việc thu gom, phân loại phụ, phế thải rất khó khăn. Nên phế phẩm nông nghiệp không được tận dụng triệt để, còn một lượng lớn phế phẩm được người dân xử lý bằng cách đốt bỏ, thậm chí đổ xuống ao, hồ, sông, suối…vừa gây lãng phí, vừa gây ô nhiễm môi trường. Một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào bị bỏ phí, đang làm ô nhiễm vùng Đồng bằng sông Cửu Long đó chính là vỏ trấu. Trấu - Phế phẩm từ cây lúa Nguồn gốc vỏ trấu Lúa (Oryza spp.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người. Nó là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1-1,8 m, đôi khi cao hơn, với các lá mỏng, hẹp bản (2-2,5 cm) và dài 50-100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30-50 cm. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) khi non có màu xanh, chín có màu vàng, dài 5-12 mm và dày 2-3 mm. Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ để cấy trong ruộng lúa chính. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. ( Hình 1.2 Cây lúa Hình 1.3 Vỏ trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Vỏ trấu chiếm 20% hạt thóc, có màu vàng, nhẹ xốp và có kích thước trung bình khoảng 8-10mm dài, 2-3mm rộng và 0,2mm dày. Khối lượng thể tích của vỏ trấu khi nén khoảng 122 kg/m3. Khi đốt 1kg trấu sinh ra nhiệt lượng khoảng 3000Kcal và 0,2kg tro. Hiện trạng vỏ trấu Vỏ trấu thường được người dân nông thôn tận dụng làm chất đốt trong sinh hoạt, sản xuất gốm sứ, gạch thủ công, làm phân bón. Những năm gần đây, nhờ biết áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên năng tăng lên rất cao và đưa nước ta trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới. Năm 2010, sản lượng lúa của nước ta đạt gần 40 triệu tấn như vậy lượng vỏ trấn phát sinh khoảng 8 triệu tấn. Đồng bằng sông Cửu Long là khu vực tập trung vỏ trấu nhiều nhất trong cả nước. Khối lượng trấu phát sinh nhiều, với cách tận dụng trấu theo kiểu truyền thống làm chất đốt, phân bón, giá thể… thì lượng vỏ trấu chỉ được tiêu thụ với số lượng rất nhỏ. Trấu thải ra từ các nhà máy xay xát không nơi tiêu thụ, không kho bãi chứa chỉ còn cách tuồn xuống kênh rạch, sông ngòi. Hậu quả làm ô nhiễm môi trường nước và mùi hôi làm ảnh hưởng đến đến sinh hoạt của người dân. Do vậy, phải tính đầu ra cho trấu. Đã hàng loạt những công trình nghiên cứu, tận dụng nguồn trấu khổng lồ của vựa lúa lớn nhất nước làm nguyên liệu để phục vụ sản xuất, đời sống được triển khai thực tế. Và nhiều doanh nghiệp, cơ sở sản xuất, người dân đã làm giàu từ nguồn phế phẩm này. Song vẫn không tiêu thụ hết được, vì khối lượng trấu phát sinh ra quá lớn. Thêm vào đấy, nông nghiệp nước ta còn mang tính nhỏ lẻ nên gặp khó khăn trong việc thu gom. Vì vậy trấu thải ra vẫn cứ tồn tại như một loại chất độc, đe doạ từng ngày cuộc sống và môi trường vẫn diễn ra ở Đồng bằng sông Cửu Long. Thành phần hóa học của vỏ trấu và tro trấu Thành phần hóa học của vỏ trấu Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhưỡng của từng vùng miền. Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxit, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu[8] Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lượng (%) ∝-cellulose 35-40 Lignin 25-30 Hemi - cellulose 20-30 Nito và vô cơ 10 Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu [9] Thành phần hóa học Tỷ lệ theo khối lượng (%) Carbon 41.44 Hydro 4.94 Oxy 37.32 Nito 0.57 Tro 15.73 Thành phần hóa học trong tro Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất trong tro chiếm khoảng 80-90%. Các thành phần oxit có trong tro được thể hiện qua bảng 1.3. Và chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng miền. Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao. Oxit silic được sử dụng trong đời sống sản xuất rất phổ biến. Nếu tận thu được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn đối với nước ta. Làm được điều này ta sẽ không cần nhập khẩu SiO2 và vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện. Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu[9] Thành phần oxit Tỷ lệ theo khối lượng (%) SiO2 80-90 Al2O3 1-2.5 K2O 0.2 CaO 1-2 Na2O 0.2-0.5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY NHIỆT ĐIỆN ĐÌNH HẢI – PHỤ GIA XÂY DỰNG Tổng quan về Công ty nhiệt điện Đình Hải Vị trí địa lý của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải Nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải nằm trong Khu công nghiệp Trà Nóc II, thuộc phường Phước Thới, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ. Cách trung tâm thành phố 2km về phía bắc. Cách sân bay Cần Thơ 2,5km. Cách cảng Cần Thơ 3,5km. Thành lập theo Giấy chứng nhận ĐKKD số 5703000275 do Sở Kế hoạch và đầu tư Tp.Cần thơ cấp ngày 23/03/2007 với tổng diện tích 24.000 m2. Sự hình thành và phát triển của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải Nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải được khởi công xây dựng vào cuối tháng 8/2007 tại Khu công nghiệp Trà Nóc II (Cần Thơ). Đây là nhà máy đốt trấu để đồng thời phát hơi nước và điện thương phẩm đầu tiên ở Đồng bằng sông Cửu Long. Xây dựng theo 3 giai đoạn: Giai đoạn 1 hoàn thành cuối tháng 1/2008 phát 20 tấn hơi/giờ để bán cho khách hàng trong khu công nghiệp theo hệ thống đường ống phi 300 dài 3.000m. Giai đoạn 2 hoàn thành cuối 2009, phát thêm 2MW điện. Giai đoạn 3 hoàn thành năm 2011 nâng sản lượng điện lên 70MW. Hiện nay, Cty CP Nhiệt điện Đình Hải đã hoàn thành và đưa vào hoạt động với công suất 20 tấn hơi/giờ và phát 2MW điện, lượng trấu tiêu thụ khoảng 6 tấn/giờ. Cung cấp điện và hơi cho cả Khu công nghiệp Trà Nóc 2.  Nhà máy đang đầu tư turbine 3,7MW cấp điện lên lưới quốc gia. Trong thời gian tới Cty Đình Hải sẽ tiếp tục phối hợp với Công ty J-Power của Nhật Bản để nghiên cứu phát triển nhà máy điện trấu 10MW đặt tại huyện Thốt Nốt (Cần Thơ), tiêu thụ 80.000 tấn trấu/năm, đồng thời công ty cũng sẽ xúc tiến nghiên cứu dự án Trung tâm nhiệt điện tại một vài KCN phát triển khác tại ĐBSCL. Tổng quan về sản phẩm tro trấu từ lò đốt tầng sôi ở Công ty Lò đốt tầng sôi Cấu tạo lò đốt tầng sôi: Thuộc loại lò đốt tĩnh được lát một lớp gạch chịu lửa bên trong để làm việc với nhiệt độ cao. Đặc điểm của tháp là luôn chứa một lớp cát dày 40-50 cm nhằm: lớp cát nhận nhiệt và giữ nhiệt cho lò đốt. Lớp cát được gió thổi xáo động làm chất thải rắn bị rơi ra, xáo động theo nên cháy dễ dàng. Quá trình đốt: Gió thổi mạnh vào lớp vĩ đỡ có lỗ nên gió sẽ phân bố đều dưới đáy tháp làm lớp đệm cát cùng vỏ trấu được thổi tơi tạo điều kiện cháy triệt để. Khoang phía dưới tháp (trên vỉ phân bố gió), là khu vực cháy sơ cấp nên nhiệt độ buồng đốt từ 850-920oC, còn khoang trên phình to hơn là khu vực cháy thứ cấp có nhiệt độ cháy cao hơn (990-1100oC) để đốt cháy hoàn toàn vỏ trấu. Hình 2.1 Cấu tạo lò đốt tầng sôi Hình 2.2 Vỏ trấu sau khi đốt trong lò 2.2.2. Sản phẩm tro trấu từ lò đốt tầng sôi ở Công ty Trấu sau khi được Công ty thu mua từ các cơ sở xay xát lúa, được sử dụng làm nhiên liệu đốt trong lò đốt tầng sôi để sản xuất hơi nước cung cấp cho các nhà máy trong khu khu công nghiệp. Vỏ trấu sau khi đốt trong lò đốt tầng sôi cháy hết, không lẫn trấu sống. Hiệu suất đốt của lò tầng sôi chưa cao, nên tro sinh còn hình dạng của vỏ trấu, có màu đen. Hiện tại, lượng tro này chủ yếu cung cấp cho nhà máy phân bón. Nhà máy đang định hướng xây dựng dây chuyền sản xuất phụ gia vật liệu xây dựng từ tro trấu. Ước tính trong tro thải ra của nhà máy SiO2 chiếm khoảng 80% về khối lượng. Việc sản xuất SiO2 từ tro trấu được áp dụng vào thực tiễn sẽ góp phần giảm đáng kể lượng nhập khẩu phụ gia, giảm lượng xi măng, và là chất phụ gia cho các ngành khác. Góp phần tiết kiệm điện năng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các loại phụ gia sử dụng trong xây dựng Khái niệm và phân loại phụ gia Khái niệm Hoá chất hay nguyên liệu dùng để pha vào phối liệu hay cho vào nghiền chung với clinker xi măng nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay tính chất của sản phẩm được gọi chung là phụ gia. Ngoài ra còn góp phần hạ giá thành sản phẩm và tăng sản lượng. Phân loại phụ gia Phụ gia khoáng hóa Phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT) Là những phụ gia khi sử dụng với xi măng portland làm tăng một số tính chất của quá trình đóng rắn xi măng hoặc có hoạt tính puzolan, hoặc có cả hai tính chất trên. Phân loại: PGKHT Puzolan Là những vật liệu chứa SiO2 vô định hình hoặc Al2O3 hoạt tính khi có mặt ẩm. Bản than phụ gia puzolan không có khả năng rắn chắc trong nước nhưng trong môi trường có nồng độ vôi nhất định thì nó sẽ tương tác với vôi tạo thành hợp chất mới có khả năng rắn chắc được trong nước. Ca(OH)2 + SiO2 (VĐH) (0,8 ÷ 1,5) CaO.SiO2.nH2O Ca(OH)2 + Al2O3 (ht) CaO.Al2O3.nH2O Ngoài ra C3A (Aluminat Canxi) thủy hóa tạo ra C3AH6 sẽ tác dụng với SiO2 vô định hình theo phản ứng: C3AH6 + SiO2 (VĐH) 3CaO.Al2O3.SiO2.nH2O Phân loại theo dạng tồn tại : Có dạng tự nhiên là puzolan Thông qua xử lý nhiệt: đất sét nung, đá phiến nung, meta cao lanh. Ảnh hưởng của nhóm puzolan tự nhiên đến tính chất hỗn hợp bê tông: Làm tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông. Tăng khả năng bơm (bê tông bơm). Có khả năng làm tăng cường độ (đặc biệt là meta cao lanh). Giảm nhiệt thủy hóa của bê tông. PGKHT xỉ lò cao Là sản phẩm tạo thành của ngành công nghiệp luyện kim. Thành phần chủ yếu là SiO2 vô định hình và các alumosilicat của CaO. Kích thước hạt của xỉ thường < 45μm. Xỉ có thể là chất kết dính độc lập. Một số thông số của xỉ MKN nhỏ hơn 1.5%. Diện tích bề mặt riêng (m2/kg): 400-600. Khối lượng riêng (g/cm3): 2.85-2.95. Ảnh hưởng của xỉ đến tính chất vữa và bê tông Giảm lượng nước sử dụng. Tăng thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết. Giảm lượng nhiệt của quá trình hydrat hóa. Tăng khả năng chống phản ứng hóa học. PGKHT tro bay Là sản phẩm của quá trình cháy của nhiên liệu (than và các thành phần khác) trong các nhà máy nhiệt điện. Thành phần chủ yếu là các SiO2, Al2O3 pha thủy tinh và các oxit Fe2O3, CaO. Trong tro bay hàm lượng pha tinh thể rất ít. Tro bay có cỡ hạt từ 1-100μm, cỡ hạt trung bình khoảng 20μm có dạng hình cầu hoặc hình cầu rỗng. Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông Tăng thời gian đóng rắn của hỗn hợp bê tông. Giảm khả năng phân tầng của hỗn hợp bê tông. Làm giảm nhiệt thủy hóa của bê tông. Tăng khả năng chống phản ứng hóa học của bê tông. PGKHT Silicafume (SF) Là vật liệu mịn, chứa oxit silic (> 85%) vô định hình, thu được của quá trình sản xuất silic và hợp kim silic bằng hồ quang. Ảnh hưởng của silicafume đến tính chất bê tông Tăng lượng nước nhào trộn. Giảm khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp vữa và bê tông. Tăng cường độ của vữa hoặc bê tông. Giảm phản ứng akali silica và tăng khả năng chống phản ứng hoá học. Phụ gia tro trấu (RHA) Là sản phẩm thu được khi nung trấu ở nhiệt độ 600 đến 8000C. Cũng như muội silic, phụ gia tro trấu có hàm lượng SiO2 tới hơn 80 - 90%, trong đó có chứa nhiều oxit silic vô định hình có hiệu ứng rất mạnh, hơn cả muội silic. Tuy nhiên, phụ gia tro trấu có độ xốp lớn, nên lượng nước trộn thường tăng lên khá nhiều tuỳ thuộc vào tỷ lệ pha trộn trong xi măng. Để khắc phục được vấn đề này, người ta thường sử dụng phụ gia tro trấu cùng với phụ gia giảm nước để không phải tăng lượng nước trộn. Tro trấu thường được dùng để thay thế 5 đến 30% trọng lượng xi măng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. Hiện nay phụ gia tro trấu đã bắt đầu được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở nước ta thay thế cho phụ gia muội silic phải nhập khẩu. Phụ gia khoáng đầy Phụ gia khoáng đầy là loại phụ gia đưa vào với mục đích tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm. Tỷ lệ phụ gia này pha vào phụ thuộc vào chất lượng clinke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng. Phụ gia đầy gồm các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế không tham gia vào quá trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng. Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có màu đen, đá sét đen, các loại bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo. Phụ gia hóa học (Chemical Admixtures) Phụ gia hóa học là chất được đưa vào mẻ trộn trước hoặc trong quá trình trộn với một liều lượng nhất định (không lớn hơn 5% khối lượng xi măng), nhằm mục đích thay đổi một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sau khi đóng rắn. Phụ gia hóa dẻo giảm nước (Water-reducing admixtures) Phụ gia hóa dẻo giảm nước là phụ gia làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông khi giữ nguyên tỷ lệ nước/xi măng, hoặc cho phép giảm lượng nước trộn mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp bê tông, thu được bê tông có cường độ cơ học cao hơn. Phụ gia chậm đông kết (Retarding admixtures) Phụ gia chậm đông kết là phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng ban đầu giữa xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông. Phụ gia đóng rắn nhanh (Accelerating admixtures) Phụ gia đóng rắn nhanh là phụ gia làm tăng nhanh tốc độ phản ứng ban đầu giữa xi măng và nước, do đó rút ngăn thời gian đông kê của bê tông và làm tăng cường độ bền của bê tông ở tuổi ngắn ngày. Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết (Water-reducing and retarding admixtures) Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết là phụ gia kết hợp được các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia chậm đông kết. Phụ gia hóa dẻo – đóng rắn nhanh (Water-reducing and acccelerating admixtures) Phụ gia hóa dẻo – chậm đông kết là phụ gia kết hợp được các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh. Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao) (Water-reducing, high range admixtures) Phụ gia siêu dẻo là phụ gia cho phép giảm một lượng lớn nước trộn không nhỏ hơn 12% mà vẫn giữ nguyên được độ sụt của hỗn hợp vữa bê tông, thu được bê tông có cường độ cao hơn. Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết (Water-reducing, high range, and retarding admixtures) Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết là phụ gia kết hợp được chức năng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia chậm đông kết. Phụ gia cuốn khí Phụ gia cuốn khí là loại phụ gia có tác dụng tạo ra rất nhiều các bọt khí nhỏ trong bê tông để nâng cao khả năng chịu đóng băng và tan của bê tông, tăng tính linh động của bê tông khi đổ bê tông trong vùng nhiệt độ thấp. Phụ gia trương nở Phụ gia trương nở là phụ gia làm tăng thể tích của vữa hoặc của bê tông để sản xuất vữa bơm cho bu lông neo, chèn chân cột, sản xuất bê tông tự ứng suất. Phụ gia trợ bơm Phụ gia trợ bơm là loại phụ gia để cho bê tông trơn hơn, dễ dàng bơm bê tông cho cự ly xa tránh phân tầng bê tông. Tác dụng của loại phụ gia này là ép nước ở trong hồ xi măng, làm cho hồ xi măng trở nên dẻo hơn và chui vào các khe hở của cốt liệu làm cho bê tông trơn. Phụ gia chống thấm Phụ gia chống thấm là loại phụ gia để giảm mức độ truyền dẫn hơi nước ẩm tiết ra trong dạng lỏng hay hơi nước từ trong bê tông hay đi qua bê tông. Các loại phụ gia này thường bắt nguồn từ các loại vật liệu hạt nhỏ có tính pozzolanic nghĩa là nó có thể phản ứng với hydroxide canxi được giải phóng từ sự thuỷ hoá xi măng để tạo ra một thành phần có tính xi măng chèn vào các lỗ trống. Ứng dụng phụ gia tro trấu trong vật liệu xây dựng Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bê tông và vữa tính năng cao trong xây dựng ngày càng tăng, vì vậy việc sử dụng tro trấu mang lại hiệu quả rất lớn cả về kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường. Tiến sĩ Trần Bình đã thành công trong việc chế tạo vật liệu mới Vinasilic và đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam 2007. Loại vật liệu này sản xuất từ nguồn trấu. Kết quả thực nghiệm cho thấy: mẫu bê tông đựơc trộn phụ gia vinasilic có cường độ chịu nén tối thiểu là 1200kG/cm2. Chỉ cần pha trộn một lượng vinasilic bằng khoảng 10% hàm lượng xi măng. Viện khoa học - công nghệ xây dựng đã nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thành công hai loại vữa chảy và vữa bơm không co cường độ cao là GM-F và GM-P, có sử dụng phụ gia tro trấu trên cơ sở sử dụng silicafume của Tây úc. Thạc sĩ Nguyễn Tiến Trung -Viện Thủy công- đã nghiên cứu thành công bê tông giảm độ thấm ion Clo với phụ gia thay thế xi măng về khối lượng là tro trấu 5% và tro bay (Silicafume) 10%. Không những giảm được độ thấm ion Clo (tác nhân gây ăn mòn cốt thép bê tông) xuống hai cấp so với mẫu đối chứng mà cường độ nén cũng cao hơn so với mẫu đối chứng. Tiến sĩ Trần Bá Việt, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu dùng tro trấu làm phụ gia tăng cường độ cho bê tông chất lượng cao, lượng phụ gia khoảng 10% được xem là tối ưu. Kết quả nghiên cứu cho thấy tro trấu hoàn toàn có thể thay thế silicafume (SF) dạng nén, bê tông đạt cường độ nén sau 28 ngày là 600 daN/cm2. Tro trấu không những được ứng dụng trong công trình xây dựng, còn được sử dụng làm chất phụ gia trong ngành sản xuất thép. Hiện tại, việc ứng dụng phụ gia tro trấu trong xây dựng ở nước ta chưa được phổ biến, đa phần chỉ được áp dụng trên qui mô thử nghiệm. Việt Nam vẫn chưa sản xuất được phụ gia tro trấu, còn phải nhập khẩu từ các nước Trung Quốc, Ấn Độ… Đo tính chất phụ gia hoạt tính: hấp thu nước, vôi, khối lượng riêng, mác xi măng. Để đánh giá chất lượng phụ gia thủy hoạt tính người ta dựa vào độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính, độ hấp thu nước và độ bền nén của mẫu vữa hay mẫu bê tông có phối trộn với phụ gia thủy. Độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính Thành phần chủ yếu của phụ gia thủy là: oxit silic và oxit nhôm hoạt tính. Phụ gia thủy khi nghiền mịn trộn với vôi cho ra một chất có khả năng dính kết và đóng rắn với nước, còn khi trộn với xi măng portland thì phụ gia thủy sẽ kết hợp với vôi tự do và vôi thoát ra của các phản ứng hóa học với nước trong quá trình đóng rắn làm tăng tính bền của xi măng. Nguyên nhân là khi kết hợp phụ gia thủy với vôi trong môi trường nước cho ta các hydrosilicatcalci, hydroaluminatcalci có độ bazic thấp, các sản phẩm này có tính chất kết dính và cho cường độ. Độ hoạt tính của phụ gia thủy là số miligam vôi do 1 gam phụ gia thủy hấp phụ trong 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn (TCVN 3735-1982). Lượng vôi bị 1 gam phụ gia thủy hấp phụ càng nhiều thì phụ gia thủy có độ hoạt tính càng cao. Phân loại phụ gia thủy theo độ hoạt tính của chúng như sau: Bảng 2.1 Phân loại phụ gia thủy theo độ họat tính Đánh giá độ hoạt tính của phụ gia thủy Số mg CaO bị hấp phụ do 1mg phụ gia thủy (mg) Yếu 30 - 60 Trung bình – Yếu 50 - 60 Trung bình 60 - 100 Mạnh 100 - 150 Rất mạnh >150 Cho phụ gia thủy vào nước vôi bão hòa, phụ gia thủy hấp phụ CaO trong nước vôi. Lượng CaO còn dư dùng HCl 0,1N chuẩn. Từ đó tính ra lượng CaO do phụ gia thủy hấp phụ. Có nhiều phương pháp xác định độ hoạt tính của phụ gia thủy: phương pháp chậm 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn, phương pháp nhanh khi đun nóng dung dịch, phương pháp nhanh khi kích thích khuấy liên tục, một số phương pháp so sánh khác… Độ hấp thu nước Mục đích của việc đo độ hấp thu nước của phụ gia thủy là để xác định độ mịn và để nhận biết diện tích bề mặt của hạt vật liệu. Khi phụ gia thủy càng hấp thu nhiều nước thì càng chứng tỏ phụ gia đó càng mịn, càng nhẹ và diện tích bề mặt càng lớn. Nếu độ hấp thu nước của phụ gia quá nhiều thì có thể sẽ làm ảnh hưởng đến cường độ nén của mẫu vữa cũng như mẫu bê tông. Đo khối lượng riêng – khối lượng thể tích Đo khối lượng riêng Sấy mẫu vật liệu (không có dạng hình học) ở 105÷110 oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g. Sau đó ta đổ mẫu vật liệu vào bình chất lỏng, thể tích chất lỏng dâng lên chính là thể tích đặc của vật liệu. Lưu ý: Chất lỏng làm thí nghiệm phải không có phàn ứng hóa học với vật liệu. Đo khối lượng thể tích Sấy mẫu vật liệu (không có dạng hình học) ở 105÷110 oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g. Sau đó ta đổ mẫu vật liệu từ một chiều cao nhất định vào cốc đã biết thể tích. Rồi cân khối lượng vật liệu ở trong ca, khối lượng thể tích sẽ bằng: G = mV (g/cm3, kg/l) Trong đó: G: khối lượng thể tích (g/cm3, kg/l) m: khối lượng vật liệu đã đổ đầy ca (g, kg) V: thể tích của ca cm3, lít Độ bền nén của mẫu vữa Dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995. Phương pháp bao gồm cách xác định độ bền nén và độ bền uốn tương ứng của các mẫu thử hình lăng trụ có kích thước 40mm x 40mm x160mm. Các mẫu này được đúc từ một mẻ vừa dẻo, chứa một phần xi măng và ba phần cát tiêu chuẩn theo khối lượng với tỷ lệ nước/xi măng là 0,5. Cát tiêu chuẩn từ những nguồn khác nhau đều có thể được sử dụng miễn là kết quả độ bền uốn của xi măng đó khi sử dụng cát tiêu chuẩn theo ISO. Trộn vữa Dùng máy trộn để trộn mỗi mẻ vữa. Máy trộn khi đã ở vị trí thao tác, cần tiến hành như sau: Đổ nước vào cối và thêm xi măng Khởi động máy trộn ngay và cho chạy ở tốc độ thấp, sau 30 giây thêm cát từ từ trong suốt 30 giây. Có thể sử dụng thiết bị đo thời gian và thiết bị tự động kiểm tra cho thao tác này. Khi dùng các nhóm hạt cát riêng biệt, cho thêm số lượng cần thiết của từng nhóm hạt bằng cách bắt đầu tuần tự từ nhóm hạt lớn nhất. Bật máy trộn và cho máy chạy ở tốc độ cao, tiếp tục trộn thêm 30 giây. Dừng máy trộn 90 giây. Trong vòng 15 giây đầu dùng bay cao su cào vữa bám ở thành cối, ở đáy cối và vun vào giữa cối. Tiếp tục trộn ở tốc độ cao trong 60 giây nữa. Thời gian của mỗi giai đọan trộn khác nhau có thể được tính chính xác đến ± giây. Đúc mẫu Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa. Khuôn và phễu được kẹp chặt vào bàn dằn. Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dùng bay lớn để rải đồng đều, bay được giữ thẳng đứng so với vai của nó và tiếp xúc với đỉnh phễu và được đẩy lên phía trước, phía sau dọc theo mỗi ngăn khuôn. Sau đó lèn lớp vữa đầu bằng cách dằn 60 cái. Đổ thêm lớp vữa thứ hai dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa rồi lèn lớp vữa này bằng cách dằn thêm 60 cái. Nhẹ nhàng nhấc khuôn khỏi bàn dằn và tháo phễu ra. Gạt bỏ vữa thừa bằng một thanh gạt kim loại thanh này giữ thẳng đứng và chuyển động từ từ theo kiểu cưa ngang mỗi chiều một lần. Cũng dùng thanh gạt trên gạt bằng mặt vữa, ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để nhận biết mẫu và vị trí tương đối của chúng so với bàn dằn. Ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để dễ nhận biết mẫu và vị trí tương đối của chúng so với bàn dằn. Bảo dưỡng mẫu thử Xử l‎í và cất giữ mẫu trước khi tháo khuôn Gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn. Đặt một tấm kính kích thước 210mm x 185mm và dày 6mm lên khuôn. Cũng có thể dùng một tấm thép hoặc vật liệu không thấm khác có cùng kích thước. Tháo dỡ khuôn Việc tháo dỡ khuôn phải rất thận trọng. Khi tháo dỡ khuôn có thể sử dụng búa bằng cao su hoặc chất dẻo hay dụng cụ đặc biệt khác. Đối với các phép thử 24 giờ, việc tháo dỡ khuôn không được quá 20 phút trước khi mẫu thử được cân. Để kiểm tra việc trộn, tạo chắc đặc và hàm lượng khí đốt với vữa cần tiến hành cân mẫu sau khi tháo khỏi khuôn. Đối với các phép thử có tuổi mẫu lớn hơn 24 giờ việc tháo dỡ khuôn tiến hành từ 20 giờ đến 24 giờ sau khi đổ khuôn. Việc tháo dỡ khuôn cũng có thể được chậm lại 24 giờ nếu như vữa chưa có đủ cường độ yêu cầu để tránh hư hỏng mẫu. Cần ghi lại việc tháo khuôn muộn trong báo cáo thí nghiệm. Bảo dưỡng mẫu trong nước Các mẫu đã đánh dấu được nhận chìm ngay trong nước (để nằm ngang hoặc để thẳng đứng tùy theo cách nào thuận tiện) ở nhiệt độ 270C ± 20C trong các bể chứa thích hợp. Nếu ngâm mẫu nằm ngang thì để các mặt thẳng đứng theo đúng hướng thẳng đứng và mặt gạt vữa lên trên. Đặt mẫu lên trên lưới không bị ăn mòn và cách xa nhau sao cho nước có thể vào được cả sáu mặt mẫu. Trong suốt thời gian ngâm mẫu, không lúc nào khoảng cách giữa các mẫu hay độ sâu của nước trên bề mặt mẫu lại nhỏ hơn 5mm. Tuổi của mẫu để thử độ bền Tính tuổi của mẫu thử từ lúc bắt đầu trộn xi măng và nước. Khi thử độ bền theo yêu cầu ở các tuổi khác nhau, cần đảm bảo giới hạn sau: 24 giờ ± 15 phút 48 giờ ± 30 phút 72 giờ ± 45 phút 7 ngày ± 2 giờ Bằng và lớn hơn 28 ngày ± 8 giờ Tiến hành thử Xác định độ bền uốn Đặt mẫu lăng trụ vào máy thử với một mặt bên tựa trên các con lăn gối tựa và trục dọc của mẫu vuông góc với các gối tựa. Đặt tải trọng theo chiều thẳng đứng bằng con lăn tải trọng vào mặt đối diện của lăng trụ và tăng tải trọng dần dần tốc độ 50N/s ± 10N/s cho đến khi mẫu gẫy. Cần giữ ẩm cho các nửa lăng trụ cho đến khi đem thử độ bền nén. Tính độ bền uốn Ru bằng Newtons trên milimet vuông (N/mm2) Ru=1,5Fu .1b3 Trong đó: Fu: là tải trọng đặt lên giữa lăng trụ khi mẫu bị gẫy, tính bằng Ne l: là khoảng cách giữa các gối tựa, tính bằng milimet b: là cạnh tiết diện vuông của lăng trụ, tính bằng milimet Khi không yêu cầu giá trị độ bền uốn thì phép thử này có thể hủy bỏ, nhưng các thử nghiệm xác định độ bền nén vẫn được tiến hành trên hai nửa lăng trụ bị gẫy nhờ biện pháp thích hợp mà không gây ứng suất có hại cho các nửa lăng trụ. Xác định độ bền nén Thử độ bền nén các nửa lăng trụ trên các mặt bên phía tiếp xúc với thành khuôn bằng thiết bị quy định ở điều 4.2.7 và điều 4.2.8. Đặt mặt bên là các nửa lăng trụ vào chính giữa các tấm ép với sai lệch không quá ±0,5mm và đặt nằm ngang sao cho mặt cuối của lăng trụ nhô ra ngoài tấm ép hoặc má ép khoảng 10mm. Tăng tải trọng từ từ với tốc độ 2400N/s ± 200N/s trong suốt quá trình cho đến khi mẫu bị phá hoại. Nếu tăng tải trọng bằng tay thì cần điều chỉnh để chống lại khuynh hướng giảm tốc độ tăng tải khi gần tới tải trọng phá hủy. Tính độ bền nén,Rn bằng Newtons trên milimet vuông (N/mm2), theo công thức sau: Ru=FnA Trong đó: F: là tải trọng tối đa lúc mẫu bị phá hủy, tính bằng Newtons A: là diện tích tấm ép hoặc má ép tính bằng milimet vuông (40mm x 40mm =1600mm2) CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu Hình 3.1 Mẫu 1 và Mẫu 2 Nghiên cứu về việc dùng tro xỉ để tạo thành vật liệu xây dựng. Việc nghiên cứu được tiến hành cùng lúc trên hai mẫu: + Mẫu chưa qua xử lý (mẫu 1) + Mẫu được xử lý (mẫu 2) Nội dung nghiên cứu: Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, sơ chế và xử lý mẫu Loại bỏ đất cát và tạo độ mịn cho mẫu tro xỉ xỉ lấy từ nhà máy. Mẫu sau khi sơ chế được chia thành hai phần. Một phần phối trộn trực tiếp với xi măng (mẫu 1). Phần còn lại dùng điều chế Silic Oxit (mẫu 2) rồi mới phối trộn với xi măng. Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu Xác định khối lượng thể tích của mẫu. Xác định hàm lượng chất hữu cơ và cacbon Xác định độ ẩm của mẫu Xác định độ thấm nước của mẫu. Đo độ hấp phụ vôi để từ đó xác định hoạt tính của mẫu theo TCVN 3735-1982 Thí nghiệm 3: Đúc mẫu Phối trộn mẫu với xi măng, cát và nước theo tỷ lệ 10% và 20% đối với mẫu 1, tỷ lệ 10%, 20% và 30% đối với mẫu 2 dựa vào TCVN 6016-1995 để tạo thành mẫu vữa. Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị để đúc mẫu. Thí nghiệm 4: Xác định độ thấm nước của mẫu vữa Thí nghiệm 5: Kiểm tra tính chất cơ lý Đo độ bền nén và độ bền uốn của vật liệu xây dựng dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995. Phương pháp nghiên cứu Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, xử lý và sơ chế mẫu Tro xỉ lấy từ nhà máy nhiệt điện có màu đen, rất ít tro trắng, khô, xốp, nhẹ và lẫn đất cát. Từ tro xỉ ban đầu ta mang đi nghiền, sau đấy rây qua rây có kích thước lỗ 0,25mm tạo độ mịn (mẫu 1). Hình 3.2 Mẫu tro xỉ ban đầu Hình 3.3 Mẫu tro xỉ sau khi nghiền và rây Hình 3.4 Bảo quản mẫu Bảo quản mẫu 1 sau khi sơ chế trong hộp kín. Sử dụng 1 phần mẫu 1 để điều chế Silic oxit (mẫu 2) Cách tiến hành tạo mẫu 2: Cân 20g mẫu 1 đổ vào cốc thủy tinh 1000ml. Sau đó cho vào 250ml dung dịch NaOH 5M. Đun cách thủy cốc thủy tinh gồm mẫu tro xỉ với dung dịch NaOH 5M với thời gian đun là 4 giờ. Sau quá trình đun cách thủy hoàn toàn ta tiến hành lọc dung dịch này (dung dịch 1) để loại bỏ chất bẩn và tro trấu còn dư, thu được dung dịch 2. Cho dung dịch HCl 2M với lượng phù hợp cho đến môi trường trung tính (thử bằng giấy pH). Hỗn hợp bây giờ ở dạng Gel, Gel thu được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ ion Cl-. Sau đó đem Gel đi sấy ở nhiệt độ 100oC trong 24 giờ, rồi nung ở 550oC trong 2 giờ. Mang sản phẩm sau khi nung đi nghiền, tiếp theo rây qua rây 0,25 mm để tạo bột mịn cho mẫu (mẫu 2) a. b. c d e f Hình 3.5 Xử lý mẫu tro Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu Muốn biết khả năng thay thế của hai mẫu có hiệu quả cao hay thấp thì ta cần kiểm tra tính chất của vật liệu. Đầu tiên là xác định khối lượng riêng của vật liệu. Cách xác định khối lượng thể tích của vật liệu Sấy hai cốc sứ đã biết trước thể tích V ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của cốc m0 bằng cân phân tích. Sấy mẫu vật liệu ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới ±0.1g. Sau đó đổ vật liệu đã sấy khô xuống cốc sứ, rồi cân khối lượng của vật liệu và cốc m1 Khối lượng riêng của vật liệu tính theo công thức: Khối lượng thể tích = m1-m0V (g/ml) Hình 3.6 Cân khối lượng cốc sứ 100ml Hình 3.7 Sấy vật liệu Hình 3.8 Đổ vật liệu vào cốc Hình 3.9 Cân khối lượng của cốc và vật liệu Thí nghiệm xác định hàm lượng cacbon trong mẫu 1 và 2 Trong quá trình xử lý mẫu ban đầu để tạo thành mẫu 2, chất hữu cơ và cacbon đã được loại bỏ. Xác định hàm lượng chất hữu cơ và cacbon của mẫu 1 được tiến hành như sau: Sấy cốc sứ đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105oC. Cho cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của cốc m0 bằng cân phân tích. Cân 5 g mẫu đổ vào cốc nung đã được sấy khô. Cho cốc và mẫu vào tủ sấy ở 105oC, sấy cho đến khi khối lượng không đổi. Rồi cho vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng m1. Sau đó nung cốc và mẫu ở 550oC đến khối lượng không đổi, cho vào bình hút ẩm, cân khối lượng cốc và mẫu m2. Từ đó dung công thức tính: Hàm lượng Cacbon (%) = m1-m2m1- m0×100 Thí nghiệm đo độ ẩm đối với mẫu 1 và mẫu 2 Sấy hai cốc sứ ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của cốc m0 bằng cân phân tích. Cho vào mỗi cốc 5g mẫu 1 và mẫu 2, cân chính xác khối lượng cốc và mẫu vật liệu m1. Sấy khô ở 1050C cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân khối lượng cốc và mẫu m2. Từ đó dùng công thức Độ ẩm (%) = m1-m2m1-m0 × 100 Thí nghiệm đo độ hấp thu nước Sấy hai cốc sứ ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của cốc m0 bằng cân phân tích. Cho vào mỗi cốc 10g mẫu 1 và mẫu 2, cân chính xác khối lượng cốc và mẫu m1. Sau đó dùng buret định mức sao cho lượng mẫu 1 và mẫu 2 vừa đủ độ ẩm và không có lượng nước dư nhỏ ra được. Để hai cốc đó ở trong phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ để ngâm mẫu. Sau đó cân lại cả hai cốc và ghi lại kết quả m2. Tính kết quả đo độ hấp thu nước bằng công thức sau: Độ hấp thu nước (%) = m2-m1m1-m0 x 100 Đo độ hấp phụ vôi của mẫu 1 và mẫu 2: dựa vào tiêu chuẩn TCVN 3735-1982 Cân khoảng 5kg vôi sống đem tôi với khoảng 5 ngày và mỗi ngày khuấy đều để cho vôi tôi hết và đạt trạng thái bão hòa (1,1-1,2g/l). Để vôi sau khi tôi vào một chỗ kín để tránh va cham cho vôi được lắng sau 24 giờ. Sau đó lọc lấy nước vôi trong đem cho vào bình có nút đậy kín. Nước vôi trước khi thí nghiệm phải đem xác định hàm lượng CaO hòa tan trong dung dịch với axit HCl 0,1N. Rửa sạch và lau khô cốc thủy tinh, bình tam giác, tráng buret bằng nước cất và bằng dung dịch HCl 0,1 N. Sau đó lấy 50ml nước vôi trong cho vào bình tam giác, nhỏ vào đó vài giọt phenoltalenin rồi dùng buret để chuẩn độ nước vôi trong bằng dung dịch HCl 0,1N rồi ghi lại kết quả. Hình 3.10 Nước vôi sau khi lọc Hình 3.11 Dụng cụ và hóa chất đo độ hấp thụ vôi Tiến hành thí nghiệm: Cân 2g mẫu 1 và mẫu 2 cho vào hai bình tam giác dung tích 100ml sau khi bình đã rửa sạch và sấy khô. Dùng pipet hút 100ml dung dịch nước vôi đã bão hòa cho vào mỗi bình tam giác và lắc đều cho mẫu 1, 2 hòa đều trong thời gian 15 phút. Cho ngay bình vào tủ sấy đã giữ ở nhiệt độ 95oC và lưu mẫu trong tủ sấy 15 phút. Hình 3.12 Mẫu 1, mẫu 2 Hình 3.13 Mẫu sau khi cho nước vôi trong Sau 15 phút lưu mẫu trong tủ sấy, lấy mẫu ra lắc liên tục trong 1 phút, lại cho bình vào tủ sấy lưu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Sau lần lưu mẫu thứ 2, lấy bình ra thật cẩn thận tránh bị vẩn đục, dùng pipet hút 50ml dung dịch trong bình tam giác ra cho vào cốc đã được rửa sạch và sấy khô. Nhỏ vào dung dịch vài giọt chất chỉ thị màu lắc đều cho dung dịch chuyển qua màu hồng và chuẩn bằng axit HCl 0,1N. Dùng buret nhỏ từ từ dung dịch axit HCl 0,1N cho đến khi dung dịch từ màu hồng chuyển sang không màu thì dừng lại. Trong lúc chuẩn độ bằng axit HCl 0,1N vào nước vôi trong thì phải liên tục lắc đều dung dịch nước vôi trong. Sau đó ghi lượng axit tiêu tốn vừa chuẩn để tính kết quả. Hình 3.14 Trước khi chuẩn độ mẫu 1 Hình 3.15 Sau khi chuẩn độ mẫu 1 Cho thêm 50ml nước vôi bão hòa và lắc lại trong 1 phút nữa. Sau đó lại đặt bình tam giác vào tủ sấy lưu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Sau khi lưu mẫu 15 phút lấy bình ra lắc 1 phút và tiếp tục lưu mẫu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Hình 3.16 Trước khi chuẩn độ mẫu 2 Hình 3.17 Sau khi chuẩn độ mẫu 2 Sau lần lưu mẫu thứ 2, lại lấy bình tam giác ra hút 50ml dung dịch và chuẩn như lần trước. Quá trình thí nghiệm lặp lại như trên đến khi đủ 15 lần chuẩn. Thí nghiệm 3: Đúc mẫu Từ các quá trình kiểm tra vật liệu thì sẽ đến quy trình đúc mẫu. Đầu tiên cần chuẩn bị đầy đủ dụng cụ và thiết bị. Các dụng cụ và thiết bị phải sạch sẽ và khô ráo. Thiết bị trộn: Máy trộn vữa xi măng, bàn giằng, khuôn 40x40x160mm, cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,1g, đồng hồ bấm giây Nguyên liệu cần có là cát tiêu chuẩn ISO (cát thiên nhiên giàu silic tốt nhất là các hạt tròn cạnh có hàm lượng SiO2 không ít hơn 98%, hàm lượng ẩm nhỏ hơn 0,2%). Ở đây cát tiêu chuẩn ISO được đóng gói vào từng túi plastic riêng biệt với khối lượng 1350 ± 5g, loại vật liệu dùng làm bao bì không được gây ảnh hưởng đến kết quả thử cường độ. Xi măng là loại xi măng đạt tiêu chuẩnvà không được để quá 24 giờ ngoài không khí kể từ lúc lấy mẫu đến lúc đúc mẫu. Xi măng dùng trong thí nghiệm là xi măng Holcim loại hỗn hợp PCB40 ( từ 40 đến dưới 50 MPa) Hình 3.18 Máy trộn vữa Hình 3.19 Nguyên liệu trộn vữa Nước cất được sử dụng cho các phép thử công nhận. Còn đối với các thử nghiệm khác thì sử dụng nước uống. Ở đây dùng nước sinh hoạt. Hình 3.20 Khuôn đúc mẫu 40 × 40 × 160mm Từ các thiết bị, nguyên liệu trên có thể tiến hành đúc mẫu vữa. Khi chế tạo vữa cần thì tỷ lệ khối lượng bao gồm một phần xi măng 3 phần cát tiêu chuẩn và một nửa phần là nước ( tỷ lệ nước/xi măng =0,5). Một mẻ cho ba mẫu thử sẽ gồm: 450g± 2g xi măng, 1350g±5g cát và 225g±1g nước. Ở đây cần thí nghiệm để cho chất phụ gia là mẫu 1 và mẫu 2 thay thế một phần xi măng và lấy tỷ lệ thí nghiệm là 10% và 20% đối với mẫu 1, 10%, 20% và 30% đối với mẫu 2. Với các tỉ lệ như vậy thì các tỉ lệ khác nhau khi phối trộn giữa chất phụ gia và xi măng như sau: Bảng 3.1 Tỷ lệ phối trộn giữa chất phụ gia và xi măng Thành phần Đối với mẫu 1 Đối với mẫu 2 Mẫu 10% Mẫu 20% Mẫu 10% Mẫu 20% Mẫu 30% Xi măng và tro 405g+45g tro±2g 360g+90g tro±2g 405g+45g tro±2g 360g+90g tro±2g 315g+135g tro±2g Cát 1350g±1g 1350g±1g 1350g±1g 1350g±1g 1350g±1g Nước 225g±1g 225g±1g 225g±1g 225g±1g 225g±1g Dùng máy trộn để trộn mỗi mẻ vữa. Máy trộn khi đã ở vị trí thao tác, cần tiến hành như sau: + Đổ nước vào cối và thêm xi măng. Khởi động máy trộn ngay và cho chạy ở tốc độ thấp trong vòng 30 giây, sau 30 giây thêm cát từ từ trong suốt 30 giây. Dùng đồng hồ bấm giờ để có thể kiểm tra chính xác. Bật máy trộn và cho máy chạy ở tốc độ cao, tiếp tục trộn thêm 30 giây. + Dừng máy trộn 90 giây. Trong vòng 15 giây đầu dùng bay cao su cào vữa bám ở thành cối, ở đáy cối và vun vào giữa cối. Tiếp tục trộn ở tốc độ cao trong 60 giây nữa. + Sau khi trộn mẫu thử tiếp đó sẽ chế tạo mẫu thử bằng khuôn có hình lăng trụ có kích thước 40mm x 40mm x 160mm. Muốn chế tạo mẫu thử bằng khuôn thì việc đầu tiên cần kiểm tra lại khuôn và cho các thanh khuôn khít lại với nhau. Sau đó dùng một ít dầu nhớt bôi xung quanh toàn bộ diện tích tiếp xúc giữa khuôn và vữa. Lưu ý là chỉ nên bôi một lớp mỏng dầu nhớt vào không nên bôi qúa nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến độ kết dính ở đáy khuôn của các vật liệu. Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa. Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dùng bay lớn để rải đồng đều. Sau đó lèn lớp vữa đầu bằng cách đem khuôn lên bàn dằn và dằn 60 cái. Đổ thêm lớp vữa thứ hai dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa rồi lèn lớp vữa này bằng cách dằn thêm 60 cái. Gạt bỏ vữa thừa bằng bay nhỏ. Ngoài ra cũng cần phải miết mạnh bay và chuyển động bay liên tục lên bề mặt vữa trên khuôn để tạo độ láng mịn và tạo độ chắc đặc cho mẫu. Cũng dùng cái bay để gạt bằng mặt vữa và gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn. Sau đó ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để nhận biết mẫu. Hình 3.21 Trộn vữa Hình 3.22 Hai mẫu vữa có mẫu 2 tỷ lệ 10% và 20% vừa đúc + Khi đã đúc mẫu xong việc quan trọng tiếp theo là bảo quản mẫu. Mẫu đúc xong thì để mẫu ở một vị trí có nhiệt độ ổn định trong phòng mát mẻ và không được chồng chất khuôn lên nhau. + Để khuôn và mẫu sau 24 giờ thì lấy mẫu ra khỏi khuôn. Việc tháo dỡ khuôn phải rất thận trọng. Khi tháo dỡ khuôn sử dụng búa bằng cao su. Tháo dỡ khuôn cũng cần phải tiến hành nhanh chóng không nên vượt quá 20 phút trước khi ngâm mẫu Để khuôn và mẫu sau 24 giờ thì lấy mẫu ra khỏi khuôn. vào trong Hình 3.23 Ngâm mẫu vữa trong nước nước để lưu mẫu. Sau khi tháo mẫu thì đánh dấu mẫu để ngâm trong nước 28 ngày và để tiện phân biệt mẫu sau này, ta nên đánh dấu các mẫu bằng bút lông. + Khi đã đánh dấu xong mẫu thì nhận chìm mẫu ngay trong nước. Lưu ý khi đặt mẫu không nên chồng mẫu lên nhau để nước có thể tiếp xúc được hết cả 6 mặt của mẫu. Trong quá trình ngâm mẫu, không để mực nước bị cạn. Thí nghiệm 4: Xác định độ hấp thu nước của mẫu vữa + Sau 28 ngày ngâm mẫu thì lấy mẫu ra khỏi hồ để tiến hành kiểm tra độ hấp thu nước của mẫu. Mẫu lấy ra khỏi nước được lau khô, sau đấy cân xác định khối lượng m1. + Rồi cho mẫu vữa vào tủ sấy ở nhiệt độ 105oC, sấy cho đến khi khối lượng của mẫu vữa không đổi. Sau đấy cho vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng của mẫu vữa, ghi lại kết quả m2. + Độ hấp thu nước được xác định theo công thức sau: Độ hấp thu nước (%) = m1-m2m1 × 100 Hình 3.24 Cân mẫu sau khi ngâm nước Hình 3.25 Sấy mẫu vữa Hình 3.26 Hút ẩm mẫu vữa Hình 3.27 Cân mẫu sau khi hút ẩm Thí nghiệm 5: Kiểm tra tính chất cơ lý Hình 3.28 Máy đo độ bền nén + Đặt mẫu nằm ngang và đặt làm sao cho mẫu sao khi nén sẽ bị gẫy làm đôi vì một mẫu phải làm thí nghiệm hai lần mỗi lần đo thì đo trên một nửa lăng trụ. Chính vì thế cho một nửa mẫu này vào chính giữa các tấm ép rồi điều chỉnh tải trọng từ từ để cho ra kết quả chính xác nhất. Do máy của phòng thí nghiệm không phải là máy tự động vì thế cần điều chỉnh tải trọng bằng tay. Khi điều chỉnh cần điều chỉnh tốc độ tăng tải từ từ và lưu ý khi kim tải trọng đạt đến mức tối đa thì ghi kết quả. Sau khi xong thí nghiệm thì cần phải chỉnh cây kim thứ 2 trở lại vị trí ban đầu để tiếp tục thí nghiệm tiếp theo. CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình dạng của mẫu Hình 4.1 Mẫu tro xỉ lấy từ nhà máy Mẫu tro được lấy từ nhà máy còn hình dạng trấu, có màu đen, một ít tro màu xám, có lẫn đất cát, được sơ chế và loại bỏ đất cát bằng cách nghiền và sàn qua rây 0.25mm. Sau khi khi sơ chế mẫu tro trấu (mẫu 1) có màu đen, mịn. Điều này chứng tỏ trong mẫu 1 còn chứa nhiều cacbon. Như vậy nếu dùng trực tiếp mẫu tro xỉ của nhà máy có thể làm giảm cường độ nén của mẫu vữa. Vì vậy, ta phải tiến hành loại bỏ cacbon bằng cách triết SiO2 trong mẫu tro. a b c d e f g h i Hình 4.2 a.Gel (môi trường kiềm) b.Gel (môi trường trung tính) c.Gel sau khi rửa d.Sấy Gel e.Gel sau khi sấy f.Nung Gel g.Gel sau khi nung h.Nghiền và rây Gel sau khi nung i.Gel sau khi nghiền và rây (mẫu 2) Quá trình loại bỏ cacbon trong, ban đầu ta thu được gel silic oxit có màu vàng. Sau khi dùng nước cất rửa gel có màu trắng, sấy gel 24 giờ trong tủ sấy ta thu được sản phẩm có màu trắng đục như hình 4.2e, gel khi nung xong có màu trắng như hình 4.2g. Sau khi nghiền và rây thu được sản phẩm SiO2 có dạng bột màu trắng, mịn, độ xốp lớn hơn mẫu tro chỉ qua sơ chế. Vậy với những đặc điểm hình thái của mẫu tro sơ chế so với mẫu silic oxit thì mẫu silic oxit sẽ có độ hoạt tính cao nên khi liên kết với xi măng làm cho mẫu vữa rắn chắc hơn. Hình 4.3 Mẫu tro sau khi nghiền Hình 4.3 Mẫu SiO2 được tách triết từ mẫu tro trấu Hiệu suất xử lý mẫu Trung bình 20 g tro lấy từ nhà máy ta tinh chế ra được 15.6g hỗn hợp chứa SiO2 chủ yếu (ngoài ra còn có một lượng nhỏ OH- và Cl-) với hiệu suất 78.17%. Kết quả thí nghiệm kiểm tra hoạt tính của vật liệu Sau đó, tiến hành kiểm tra hoạt tính của hai mẫu vật liệu bằng các thí nghiệm nhỏ trong thí nghiệm 2. Nhằm quyết định hiệu quả của việc ứng dụng mẫu vật liệu nào có thể thay thế một phần xi măng. Trong thí nghiệm 2 có 4 thí nghiệm nhỏ và kết quả như sau: Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm kiểm tra hoạt tính của vật liệu Thông số Đơn vị Mẫu Mẫu 1 Mẫu 2 Khối thể tích kg/m3 425.67 375.44 Hàm lượng Cacbon % 24.45 0 Độ ẩm % 4.45 3.22 Độ hấp thu nước % 64.25 83.78 Độ hấp phụ vôi mgCaO/g mẫu 251.2 358.33 Nhận xét: Qua bảng kết quả trên, cả hai mẫu vật liệu đều có độ hút vôi rất mạnh (do số mg CaO bị hấp phụ do 1mg mẫu lớn hơn 150 mg mà mẫu hấp phụ lượng vôi càng nhiều thì chất phụ gia có hoạt tính càng cao). Mẫu 2 có độ hấp thu vôi cao hơn mẫu 1, do mẫu 2 đã được loại bỏ hết cacbon. Với độ hấp thụ 358.33 mgCaO/g thì khả năng tương tác của mẫu silic đioxit với Ca(OH)2 được sinh ra trong quá trình thủy hóa xi măng rất cao. Silic đioxit liên kết Ca(OH)2 là chất dễ hòa tan thành kết tinh bền vững. Kết quả khối lượng thể tích của mẫu 1 lớn hơn mẫu 2 điều này phù hợp với mô tả mẫu 2 có độ xốp lớn hơn mẫu 1. Độ hút nước của mẫu 2 lớn hơn mẫu 1 như vậy khi đúc mẫu vữa có thành phần mẫu 2 cần phải bổ sung nước. Lượng nước cần dùng để đúc mẫu được thể hiện qua hình 4.4. Như vậy, tỷ lệ mẫu 2 so với xi măng sử dụng trộn vữa sẽ tỷ lệ thuận với lượng nước cần dùng. Nghiệm thức trộn mẫu 2 tăng lên 10% thì lượng nước cần bổ sung so với lượng nước chuẩn khoảng 19% điều này được thể hiện qua hình 4.5. Hình 4.4 Khối lượng nước cần dùng để đúc mẫu vữa 2 theo nghiệm thức Hình 4.5 So sánh tỷ lệ % khối lượng nước bổ sung của mẫu 2 so với mẫu chuẩn Kết quả đo độ hấp thu nước của mẫu vữa Bảng 4.2 Độ hấp thu nước của mẫu vữa Mẫu 1 Mẫu 2 Nghiệm thức 10% 20% 10% 20% 30% Độ hấp thu nước (%) 4.13 3.37 3.45 3.57 Nhận xét: Độ hấp thu nước của mẫu vữa 1 cao hơn mẫu vữa 2. Vì trong mẫu tro 1 còn hàm lượng cacbon nhiều không ninh kết với xi măng nên khi đúc mẫu 1 tạo thành nhiều lỗ rỗng. Mẫu 2 có độ hấp thu nước thấp do thành phần chủ yếu của mẫu tro 2 là SiO2 có khả năng ninh kết được với xi măng. Đối với mẫu tro 2, thành phần mẫu 2 thay thế xi măng càng tăng thì độ hấp thu nước càng tăng vì thời gian ninh kết giữa xi măng và SiO2 diễn ra lâu. Do vậy, lượng SiO2 có trong mẫu 2 chưa ninh kết với xi măng sẽ hút nước. Kết quả thí nghiệm kiểm tra tính chất cơ lý Thí nghiệm nén trên 6 nửa mẫu (từ 3 mẫu dài, sau khi uốn gãy). Mỗi giá trị không được vượt quá giá trị trung bình ±10% và chia cho mỗi giá trị là 160mm (đơn vị là MPa=1N/mm2). Tính trung bình 6 kết quả. Theo tiêu chuẩn nếu có giá trị nào lệch quá 10% giá trị trung bình thì bỏ giá trị đó và tính trung bình 5 mẫu còn lại. Nếu 1 trong 5 mẫu còn lại có giá trị lệch quá trung bình 10% thì bỏ toàn bộ. Hình 4.6 Mẫu vữa tro trấu thô 10% và trấu đã xử lý 30% sau khi ngâm 28 ngày Bảng 4.3 Kết quả đo độ bền nén trung bình của mẫu vữa Đơn vị Mẫu 1 Mẫu 2 10% 20% 10% 20% 30% mm2 16000 N 32600 14000 55840 57440 18300 Mpa 20.4 8.8 34.9 35.9 11.4 Nhận xét: Qua 5 kết quả đo độ bền nén thì thấy khả năng đúc mẫu và kết quả kết quả đo độ bền nén có thể tin cậy được. Do sự sai số giữa các mẫu với giá trị trung bình vẫn thỏa so với yêu cầu của TCVN 6016-1995. Hình 4.7 So sánh độ bền nén mẫu vữa tro 1 & 2 Hình 4.8 So sánh độ bền nén giữa 5 mẫu vữa Hình 4.9 Độ bền nén của mẫu 2 giảm so với mẫu chuẩn Qua hình 4.7 nhận thấy mẫu tro trấu qua xử lý có độ bền nén cao hơn mẫu tro trấu thô. Và khi tỷ lệ tro trấu qua sơ chế phối trộn với xi măng càng cao thì độ bền nén càng giảm. Còn tỷ lệ tro trấu qua xử lý phối trộn với xi măng càng cao thì độ bền nén tăng biểu hiện ở mẫu 10% và 20%, đến mẫu có tỷ 30% thì cường độ bền nén giảm xuống rất nhiều. Ngoài ra độ bền nén của mẫu xi măng đối chứng trong khoảng 40-43 N/mm2. Chính vì thế nếu độ bền nén quá thấp thì đồng nghĩa với việc khả năng chịu lực cũng rất thấp. Kết quả độ bền nén của mẫu xi măng quá thấp thì việc áp dụng nó vào thực tiễn là điều không nên. Có nghĩa là tro lấy từ nhà máy về không thể sử dụng trực tiếp làm vật liệu xây dựng mà phải qua tinh chế tạo thành SiO2 thì khả năng chịu lực của mẫu vữa sẽ tốt hơn. Ngoài ra, Theo hình 4.8 nhận thấy tro trấu qua xử lý 20% có độ bền nén cao nhất tiếp đó là mẫu tro trấu tro qua xử lý 10% rồi đến mẫu tro trấu thô 10%, kế tiếp là mẫu tro thô 20% và cuối cùng là mẫu tro đã xử lý 30%. Xét mẫu vật liệu 2, với tỷ lệ tro trấu qua xử lý 10% là 34.9 N/mm2 và 20% là 35.9 N/mm2 có thể áp dụng vào thực tế do không chênh lệch nhiều so với mác xi măng chuẩn dao động khoảng 40-43N/mm2. Mẫu tro trấu qua xử lý 10%, 20% đạt yêu cầu do mẫu tro trấu 10%, 20% là phụ gia có hàm lượng SiO2 rất lớn đạt trên 90%, thành phần cacbon trong tro đã được loại bỏ hoàn toàn bằng hóa chất NaOH và HCl nên độ hoạt tính của tro trấu rất lớn tương với của Silicafume. Ngoài ra hạt tro trấu rất mịn, xốp, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn nên cùng với xi măng có tác dụng nhét khe kẽ cốt liệu và cả xi măng làm cho bê tông đặc chắc hơn, có độ chống thấm cao hơn. Các thành phần hoạt tính của nó tương tác với vôi Ca(OH)2 do xi măng thuỷ hoá sinh ra trong bê tông hoặc vữa thành nCaO.mSiO2.pH2O (viết tắt CSH) tạo kết tinh bền vững trong nước. Thành phần SiO2 cải thiện cấu trúc, có nhiều khả năng áp dụng vào làm công trình xây dựng do mác xi măng của nó đạt được là 34.9 – 35.9 N/mm2 có thể thích hợp dùng làm vữa để trát tường hoặc trần nhà do hoặc có thể ứng dụng làm bê tông có mác trung bình khoảng từ 200-300 N/mm2 để xây nhà dân dụng. Nhưng độ bền nén giữa 2 mẫu vữa này chỉ chênh lệch nhau khoảng 3%. Vậy việc ứng dụng mẫu silic oxit 20% làm phụ gia xây dựng cần phải nghiên cứu kỹ hơn. Mẫu tro trấu xử lý 30% để thay thế xi măng làm vật liệu xây dựng. Vì thành phần SiO2 quá nhiều dẫn đến thời gian ninh kết của xi măng kéo dài, độ hút nước lớn, xi măng kém dính kết, không đủ lượng Ca(OH)2 sinh ra để dính kết với SiO2. Lượng nước dùng trộn vữa là nguyên nhân góp phần làm cho độ bền nén mẫu vữa giảm. Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn nhất định tùy thuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn, hàm lượng phụ gia. Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ của mẫu vữa tăng lên. Với lượng nước đã dùng trong thí nghiệm này chỉ được xác định bằng cảm quan nên kết quả đo độ bền bị ảnh hưởng. Nếu ít nước, xi măng có thể không được thủy hóa hoàn toàn. Khi đó, nước chỉ bao bọc hạt cốt liệu bằng màng mỏng, màng nước này sẽ liên kết với bề mặt các hạt vật liệu băng lực hút phân tử vì vậy hỗn hợp vữa chưa đạt được độ dẻo. Khi lượng nước quá nhiều thì lượng nước tự do nhiều, độ dẻo của hỗn hợp vữa sẽ tăng lên nhưng nước bay hơi sẽ để lại nhiều lỗ rỗng trong vữa làm cường độ nén bị giảm. Vì vậy, ta cần phải xác định lại lượng nước tiêu chuẩn khi thay đổi thành phần cốt liệu để cho kết quả bền chính xác hơn. Tóm lại từ hai kết quả thí nghiệm trên cũng rút ra được kết luận là do trong tro thô có chứa hàm lượng cacbon lên đến 24.45% nên không tạo ra được độ hoạt tính từ đó ít tạo ra được độ kết dính bền vững trong mẫu vữa mặc dù trong tro thô vẫn có chứa silic oxit. Kết quả đó rất hợp lý. Chính vì thế mà mẫu vữa trấu thô không thể ứng dụng thực tế được do độ bền nén của chúng quá thấp. Vậy hai mẫu tro thô này không nên áp dụng vào trong thực tế để thay thế một phần xi măng làm vật liệu xây dựng. Đối với mẫu tro qua xử lý tạo thành silic đioxit được xử dụng làm vữa xây trát, để xử dụng vào công trình xây dựng có mác cao, cân phải xác định lượng nước tiêu chuẩn, nghiên cứu dùng kết hợp với phụ gia giảm nước. Nhận xét về mẫu SiO2 Trong quá trình tách SiO2 trong tro, sản phẩm SiO2 thu được còn có chứa Cl- và ion OH-. Ion Cl- cản trở Ca(OH)2 tác dụng với SiO2 để tạo thành khoáng bền, ngược lại sẽ tạo thành muối tan, theo phản ứng sau: Ca2+ + Cl- = CaCl2 Làm cho mẫu vữa kém rắn chắc. Nếu bên trong bê tông có cốt thép dẫn đến ăn mòn cốt thép. Ion OH- sẽ gây phản ứng kiềm – silic trong hồ xi măng. Khi sử dụng vật liệu có chứa ion OH- làm bê tông và vữa sẽ gây ra phản ứng kiềm - silic trong hồ xi măng. Sau khi vữa và bê tông tiếp xúc với không khí, thì kiềm sẽ tương tác với CO2 trong không khí theo phản ứng: OH- + CO2 = CO32- + H- Hình thành muối cacbonat kết tinh nở thể tích, hút thêm nước và tạo ra áp lực làm nứt vữa, bê tông. Phản ứng kiềm – silic có thể gây ra sự dãn nở và nứt trong bê tông, hệ quả làm ảnh hưởng đến kết cấu và phá hủy cấu trúc. Vậy sự có hiện diện của ion Cl- và OH- sẽ gây bất lợi cho quá trình hình thành liên kết rắn chắc và gây phá hoại công trình. CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với một nền nông nghiệp lúa nước lâu đời và ngày nay sản lượng lúa suất khẩu của Việt Nam đứng thứ 2 trên thế giới chính vì thế việc tận dụng vỏ trấu là mô hình nông - công nghiệp khép kín. Không chỉ tận dụng hết nguồn phế thải nông nghiêp do vỏ trấu mang lại giúp làm giảm ô nhiễm môi trường mà còn giúp giảm nhiên liệu nhập khẩu, nguyên liệu làm vật liệu xây dựng, giảm giá thành sản xuất, do giá trấu rất rẻ chỉ từ khoảng 1000-2000 đồng/bao (khảo sát tháng 4 năm 2010 tại tỉnh Long An). Qua quá trình xử lý mẫu tro trấu ta thu được SiO2 có độ tinh khiết tương đối lớn, không còn cacbon. Kết quả thử bền nén ở mẫu sử dụng SiO2 thay thế 10%, 20% xi măng đạt kết quả cao so với 3 mẫu còn lại. Với hàm lượng oxit silic chiếm 10%, 20% trong tổng trọng lượng xi măng cần thiết để đúc mẫu theo TCVN 6016-1995 thì độ bền nén của mẫu đã đạt được từ 34. - 35.9N/mm2 có khả năng dùng để làm vữa xây trát tường và trần. Ngoài ra cũng có thể ứng dụng mẫu tro 2 để đúc bê tông có mác trung bình từ 200-300 N/mm2 do mẫu bê tông có mác trung bình thường chỉ dùng xi măng có mác từ 35-40N/mm2. Những mẫu bê tông có mác trung bình thường dùng để xây nhà dân dụng. Với kết quả nghiên cứu này chất silic oxit được chiết ra từ tro trấu của nhà máy nhiệt điện Đình Hải có khả năng thay thế 20% xi măng. Và góp phần giảm được lượng khí thải nhà kính do lò xi măng 20%. Với phụ gia silic oxit có tính chất hút nước, khi phối trộn để làm vữa hoặc bê tông ta phải cho thêm nước để hỗn hợp đạt độ dẻo. Để sản phẩm vữa đạt hiệu quả tốt nhất thì việc cần thiết là nên áp dụng kết quả mẫu vữa này ở những nơi có thời tiết ổn định và mát mẻ, tránh những nơi khô và nắng nóng sẽ gây ra hiện tượng nứt bề mặt tường hoặc sàn nhà do mẫu vữa bị khô và co ngót lại. Còn ba mẫu còn lại không nên sử dụng làm vật liệu xây dựng vì kết quả độ bền nén của chúng nhỏ hơn 30N/mm2 so với mác xi măng tiêu chuẩn. Sự tồn tại ion Cl- và OH- trong mẫu SiO2 là một trong những nguyên nhân làm giảm độ bền của mẫu vữa. Vì vậy, cần phải loại bỏ hai ion trên để đưa phụ gia SiO2 vào sử dụng có hiệu quả cao. Kiến nghị Qua kết quả nghiên cứu việc cho thêm nước trong quá trình phối trộn SiO2 (chiết từ tro trấu của nhà máy) vào xi măng góp phần làm tăng độ dẻo của hỗn hợp, cho kết quả chưa được tốt lắm. Vì vậy ta cần phải nghiên cứu lượng nước tiêu chuẩn và kết hợp với phụ gia khác làm giảm khả năng hấp thụ nước của chúng để cho kết quả kiểm tra độ bền tốt hơn và ứng dụng được vào những công trình có bê tông mác cao. Silic đioxit là thành phần quan trọng trong sản xuất xi măng, chế tạo bê tông, gạch chịu nhiệt, chất cách điện, phụ gia sản xuất thép chất lượng cao...Hiện tại Việt Nam chưa có dây chuyền công nghệ sản xuất SiO2 từ tro trấu. Chúng ta cần nghiên cứu, chế tạo thiết bị có khả năng tách SiO2 từ tro trấu. Giảm được sự nhập khẩu và khai thác nguồn silic dioxit từ các thiên nhiên. Tận dụng được nguồn tro trấu có sẵn từ nhà nhà máy nhiệt điện nên việc thu gom để sản xuất SiO2 ít tốn kém. Góp phần giảm tác động đến môi trường do quá trình sản xuất xi măng, khai thác khoáng thiên nhiên… TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ xây dựng (2000), Giáo trình vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội Tổng cục thống kê (2010), Niên giám thông kê năm 2010 Đào Văn Đông (2010), Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia tro trấu ở Việt Nam, Tạp chí khoa học Giao Thông Vận Tải, số 29. Vũ Thị Bách (2010). Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng, Luận văn tốt nghiệp, ĐH Kỹ Thuật - Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh. Nguyễn Tiến Trung, ThS Phạm Đức Trung (Viện Thủy Công), PGS.TS Nghiêm Xuân Thung (Trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), Ảnh hưởng của tro trấu đến cường độ, tính chống thấm của bê tông thủy công. Nguyễn Tiễn Trung, Ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép do tác động của môi trường, Fang M., et al. (2004). Experimental study on rice husk combustion in a circulating fluidized bed. Fuel processing technology. Vol. 85, pp. 1273-1282). Precipitated Silica from Rice Husk Ash IPSIT (Indian Institute of Science Precipitated Silica Technology) Energy Efficiency Guide for Industry in Asia– www.energyefficiencyasia.org MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 5. Địa điểm thí nghiệm và thời gian thí nghiệm 2 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 2 7. Phương pháp nghiên cứu 3 7.1. Phương pháp luận 3 7.2. Phương pháp nghiên cứu 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẤU 4 1.1. Phế phẩm nông nghiệp 4 1.2. Trấu - Phế phẩm từ cây lúa 5 1.2.1.Nguồn gốc vỏ trấu 5 1.2.2.Hiện trạng vỏ trấu 6 1.3. Thành phần hóa học của vỏ trấu và tro trấu 7 1.3.1.Thành phần hóa học của vỏ trấu 7 1.3.2.Thành phần hóa học trong tro 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY NHIỆT ĐIỆN ĐÌNH HẢI – PHỤ GIA XÂY DỰNG 9 2.1. Tổng quan về Công ty nhiệt điện Đình Hải 9 2.1.1.Vị trí địa lý của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải 9 2.1.2. Sự hình thành và phát triển của nhà máy Đồng phát nhiệt điện Đình Hải 9 2.2. Tổng quan về sản phẩm tro trấu từ lò đốt tầng sôi ở Công ty 10 2.2.1.Lò đốt tầng sôi 10 2.2.2. Sản phẩm tro trấu từ lò đốt tầng sôi ở Công ty 10 2.3. Các loại phụ gia sử dụng trong xây dựng 11 2.3.1.Khái niệm và phân loại phụ gia 11 2.3.1.1. Khái niệm 11 2.3.1.2. Phân loại phụ gia 11 2.4. Ứng dụng phụ gia tro trấu trong vật liệu xây dựng 16 2.5. Đo tính chất phụ gia hoạt tính 17 2.5.1.Độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính 17 2.5.2.Độ hấp thu nước 19 2.5.3.Đo khối lượng riêng – khối lượng thể tích 19 2.5.3.1. Đo khối lượng riêng 19 2.5.3.2. Đo khối lượng thể tích 19 2.5.4.Độ bền nén của mẫu vữa 20 2.5.4.1. Trộn vữa 20 2.5.4.2. Đúc mẫu 21 2.5.4.3. Bảo dưỡng mẫu thử 21 2.5.4.4. Tiến hành thử 22 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1.Nội dung nghiên cứu 24 3.2. Phương pháp nghiên cứu 25 3.2.1.Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, xử lý và sơ chế mẫu 25 3.2.2.Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu 27 3.2.2.1. Cách xác định khối lượng thể tích của vật liệu 27 3.2.2.2. Thí nghiệm xác định hàm lượng cacbon trong mẫu 1 và 2 28 3.2.2.3. Thí nghiệm đo độ ẩm đối với mẫu 1 và mẫu 2 29 3.2.2.4. Thí nghiệm đo độ hấp thu nước 29 3.2.2.5. Đo độ hấp phụ vôi của mẫu 1 và mẫu 2 29 3.2.3.Thí nghiệm 3: Đúc mẫu 32 3.2.4.Thí nghiệm 4: Xác định độ hấp thu nước của mẫu vữa 35 CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 4.1. Hình dạng của mẫu 38 4.2. Hiệu suất xử lý mẫu 40 4.3. Kết quả thí nghiệm kiểm tra hoạt tính của vật liệu 40 4.4. Kết quả đo độ hấp thu nước của mẫu vữa 43 4.5. Kết quả thí nghiệm kiểm tra tính chất cơ lý 43 CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 5.1. Kết luận 49 5.2. Kiến nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu 9 Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu 9 Bảng 1.3 Các thành phần oxit có trong tro trấu 10 Bảng 2.1 Phân loại phụ gia thủy theo độ họat tính 22 Bảng 3.1 Tỷ lệ phối trộn giữa chất phụ gia và xi măng 38 Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm kiểm tra hoạt tính của vật liệu 47 Bảng 4.2 Độ hấp thu nước của mẫu vữa 49 Bảng 4.3 Kết quả đo độ bền nén trung bình của mẫu vữa 51 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sản lượng một số loại cây trồng qua các năm 5 Hình 1.2 Cây lúa 7 Hình 1.3 Vỏ trấu 7 Hình 2.1 Cấu tạo lò đốt tầng sôi 13 Hình 2.2 Vỏ trấu sau khi đốt trong lò 13 Hình 3.1 Mẫu 1 và Mẫu 2 28 Hình 3.2 Mẫu tro xỉ ban đầu 29 Hình 3.3 Mẫu tro xỉ sau khi nghiền và rây 29 Hình 3.4 Bảo quản mẫu 29 Hình 3.5 Xử lý mẫu tro 31 Hình 3.6 Cân khối lượng cốc sứ 100ml 32 Hình 3.7 Sấy vật liệu 32 Hình 3.8 Đổ vật liệu vào cốc 33 Hình 3.9 Cân khối lượng của cốc và vật liệu 33 Hình 3.10 Nước vôi sau khi lọc 35 Hình 3.11 Dụng cụ và hóa chất đo độ hấp thụ vôi 35 Hình 3.12 Mẫu 1, mẫu 2 36 Hình 3.13 Mẫu sau khi cho nước vôi trong 36 Hình 3.14 Trước khi chuẩn độ mẫu 1 37 Hình 3.15 Sau khi chuẩn độ mẫu 1 37 Hình 3.16 Trước khi chuẩn độ mẫu 2 37 Hình 3.17 Sau khi chuẩn độ mẫu 2 37 Hình 3.18 Máy trộn vữa 38 Hình 3.19 Nguyên liệu trộn vữa 38 Hình 3.20 Khuôn đúc mẫu 40 × 40 × 160mm 39 Hình 3.21 Trộn vữa 41 Hình 3.22 Hai mẫu vữa có mẫu 2 tỷ lệ 10% và 20% vừa đúc 42 Hình 3.23 Ngâm mẫu vữa trong nước 42 Hình 3.24 Cân mẫu sau khi ngâm nước 43 Hình 3.25 Sấy mẫu vữa 43 Hình 3.26 Hút ẩm mẫu vữa 43 Hình 3.27 Cân mẫu sau khi hút ẩm 43 Hình 3.28 Máy đo độ bền nén 44 Hình 4.1 Mẫu tro xỉ lấy từ nhà máy 45 Hình 4.2 a.Gel (môi trường kiềm) b.Gel (môi trường trung tính) c.Gel sau khi rửa d.Sấy Gel e.Gel sau khi sấy f.Nung Gel g.Gel sau khi nung h.Nghiền và rây Gel sau khi nung i.Gel sau khi nghiền và rây (mẫu 2) 46 Hình 4.3 Mẫu tro sau khi nghiền 47 Hình 4.3 Mẫu SiO2 được tách triết từ mẫu tro trấu 47 Hình 4.4 Khối lượng nước cần dùng để đúc mẫu vữa 2 theo nghiệm thức 49 Hình 4.5 So sánh tỷ lệ % khối lượng nước bổ sung của mẫu 2 so với mẫu chuẩn 49 Hình 4.6 Mẫu vữa tro trấu thô 10% và trấu đã xử lý 30% sau khi ngâm 28 ngày 51 Hình 4.7 So sánh độ bền nén mẫu vữa tro 1 & 2 52 Hình 4.8 So sánh độ bền nén giữa 5 mẫu vữa 52 Hình 4.9 Độ bền nén của mẫu 2 giảm so với mẫu chuẩn 53