Tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tận dụng xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện duyên hải tỉnh trà vinh để sản xuất gạch không nung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- ĐOÀN CÔNG CHÁNH ĐOÀN CÔNG CHÁNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG XỈ THAN VÀ TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP KHOÁ 2016 Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- ĐOÀN CÔNG CHÁNH NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG XỈ THAN VÀ TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng – Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong các công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Tác giả Luận văn HV. ĐOÀN CÔNG CHÁNH ii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... v DANH MỤC BẢNG................................................................................................vi DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. viii 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2 3. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu ....................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2 5. Bố cục đề tài .......................................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG SỬ DỤNG XỈ THAN, TRO BAY TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG . 3 1.1. Giới thiệu tổng quan về gạch không nung .......................................................... 3 1.2. Các đặc trưng cơ lý của gạch không nung .......................................................... 5 1.3. Giới thiệu các loại vật liệu chế tạo gạch không nung tại Trà Vinh ..................... 6 1.3.1. Các loại vật liệu sản xuất gạch không nung tại Trà Vinh ................................ 6 a) Cát .......................................................................................................................... 6 b) Đá mạt .................................................................................................................... 7 c) Xi măng .................................................................................................................. 7 d) Nước ....................................................................................................................... 7 1.4. Giới thiệu về nguồn tro xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh .............................................................................................................. 7 1.5. Các quy trình sản xuất gạch không nung ............................................................ 9 1.5.1. Quy trình làm gạch không nung ....................................................................... 9 1.5.2. Dây chuyền công nghệ máy ép gạch không nung .......................................... 10 1.5.3. Các bước làm gạch không nung ..................................................................... 10 1.6. Kết luận chương 1 ............................................................................................. 11 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÍ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA GẠCH KHÔNG NUNG .................... 12 2.1 Các tiêu chuẩn, tài liệu có liên quan đến việc xác định các đặc trưng cơ lý của gạch không nung ...................................................................................................... 12 2.1.1. Kích thước và mức sai lệch ............................................................................ 12 2.1.2. Yêu cầu ngoại quan ........................................................................................ 12 2.1.3. Yêu cầu về tính chất cơ lý ............................................................................... 13 2.2. Các phương pháp xác định các đặc trưng cơ lý của thành phần cấp phối gạch không nung .............................................................................................................. 13 2.2.1. Xi măng........................................................................................................... 13 2.2.2. Cát .................................................................................................................. 14 2.2.3. Đá mạt ............................................................................................................ 16 iii 2.2.4. Xỉ than ............................................................................................................ 17 2.2.5. Tro bay ........................................................................................................... 18 2.2.6. Nước ............................................................................................................... 18 2.3. Xác định các đặc trưng cơ lý của các thành phần cấp phối sản xuất gạch không nung bằng các thí nghiệm ........................................................................................ 19 2.3.1. Thí nghiệm xi măng ........................................................................................ 19 2.3.2. Thí nghiệm cát ................................................................................................ 25 2.3.3. Thí nghiệm đá (đá mạt) .................................................................................. 30 2.3.4. Thí nghiệm xỉ than .......................................................................................... 38 2.3.5. Thí nghiệm tro bay ......................................................................................... 43 2.3.6. Thí nghiệm nước ............................................................................................. 46 2.4. Kết luận chương 2. ............................................................................................ 46 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÍ CỦA GẠCH KHÔNG NUNG SỬ DỤNG XỈ THAN VÀ TRO BAY TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI .................................................................................. 47 3.1. Thiết kế cấp phối để chế tạo mẫu ...................................................................... 47 3.1.1. Khối lượng thành phần cấp phối .................................................................... 48 3.1.2. Tạo các mẫu thí nghiệm vật liệu ................................................................... 48 3.2. Tiến hành thí nghiệm mẫu thử .......................................................................... 49 3.2.1. Thiết bị thử ..................................................................................................... 49 3.2.2. Chuẩn bị mẫu thử ........................................................................................... 50 3.2.3. Tiến hành thử.................................................................................................. 51 3.3. Các kết quả đạt được khi thực hiện thí nghiệm ................................................. 52 3.3.1. Kết quả thí nghiệm cường độ các cấp phối gạch ........................................... 52 3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ cấp phối 0 gạch của Nhà máy Nhật Anh ........ 60 3.3.3. Xác định độ rỗng của gạch không nung theo TCVN 6477: 2016 [5] ............ 61 3.3.4. Xác định độ hút nước của gạch xi măng cốt tiệu theo TCVN 6355 - 4: 2009[15] ................................................................................................................... 63 3.3.5. Xác định khối lượng riêng mẫu gạch ............................................................. 64 3.4. Bình luận kết quả đạt được của thí nghiệm so với các tiêu chuẩn hiện hành ... 66 3.5. Đánh giá tính hiệu quả về kỹ thuật, kinh tế và môi trường của gạch không nung .................................................................................................................................. 66 3.5.1. Hiệu quả kỹ thuật ........................................................................................... 66 3.5.2. Hiệu quả kinh tế ............................................................................................. 67 3.5.3. Hiệu quả môi trường ...................................................................................... 68 3.6. Kết luận chương ................................................................................................ 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 72 PHỤ LỤC................................................................................................................ 72 iv NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG XỈ THAN VÀ TRO BAY TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT GẠCH KHÔNG NUNG Học viên: Đoàn Công Chánh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa:2016-2018, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hiện tại hầu hết các loại vật liệu sử dụng để sản xuất gạch không nung tại Trà Vinh chủ yếu từ các loại vật liệu như: cát, đá mạt, xi măng theo công thức kinh nghiệm mà chưa có nghiên cứu đề xuất thành phần thay thế cốt liệu nào khác vào thành phần cấp phối, dẫn đến giá thành cao và độc quyền trong sản xuất. Chính vì vậy việc khai thác cát xây dựng không tuân thủ các quy định Pháp luật đã đến mức báo động, không những góp phần làm suy kiệt nguồn tài nguyên cát mà còn là nguyên nhân gây xói lở bờ sông, bờ biển, đất canh tác, ảnh hưởng lớn đến sản xuất và sinh hoạt bình thường của nhân dân. Vấn đề cấp thiết đặt ra là: có thể sử dụng nguồn vật liệu nào khác để thay thế cát trong sản xuất gạch không nung? Hiện tại, nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tại Trà Vinh đã và đang hoạt động, hàng năm thải ra môi trường trên một triệu tấn xỉ than và tro bay, nguồn xỉ than và tro bay này nếu không được quy hoạch và cất giữ đúng quy định sẽ là nguyên nhân trực tiếp gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng rất rất lớn đến đời sống nhân dân xung quanh. Đề tài “Nghiên cứu tận dụng xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh để sản xuất gạch không nung” từ lý thuyết và kết quả thực nghiệm tác giả đề xuất cấp phối tối ưu nhất và đảm bảo về cường độ mong muốn giải quyết vấn đề đặt ra, bằng cách sử dụng bột đá, xỉ than và tro bay sẽ thay thế đáng kể nguồn cát xây dựng đang dần khan hiếm và ảnh hưởng đến môi trường, giải quyết những vấn đề ô nhiễm môi trường , đồng thời làm giảm giá thành sản phẩm thấp nhất rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Từ khóa - Gạch không nung, xỉ than, tro bay, sản xuất gạch không nung, xỉ than và tro bay Nhiệt điện Duyên Hải Trà Vinh. STUDY ON UTILIZATION OF COAL SLAG AND FLY ASH AT DUYEN HAI COAL THERMAL POWER PLANT IN TRA VINH PROVINCE TO PRODUCE NON-FIRED BRICKS Abstract - Nowadays, Most of the materials have been used to produce non-fired bricks in Tra Vinh which are made from mainly materials such as sand, clay, cement according to the experimental formula, there is not any researches to propose element substitute by other mainly materials, leading to high cost and monopoly in production. Therefore, the exploitation of buiding sand does not comply with the law has reached the warning level. In addition, it not only contributes to the depletion of sand resources but also causes erosion of river banks, coastline,farmland. It affects the production and normal activities of the people. The urgent issue is: what alternative materials can be used to replace sand in the production of non-fired bricks? At the moment, Duyen Hai coal thermal plant in Tra Vinh has been operating, annually it emits more than 1 million tons of coal slag and fly ash, if the source of coal slag and fly ash can not control and storage follow the regulation will be a direct cause of environmental pollution, affecting a lot to the life of people around. The thesis “Study on utilization of coal slag and fly ash at Duyen Hai coal thermal power plant in Tra Vinh province to produce non-fired bricks”. From theory and experimental results, the researcher suggests the optimal gradation and ensures the desired intensity of problem solving by using rock dust, coal slag and fly ash will be considerable substitution of building sand resources that are scarce and affecting the environment, solving environmental problems and reducing product lowest costs that are very useful and valuable for science and reality. Key words - Unbaked brick, coal slag, fly ash, non-fired brick production, coal slag and fly ash, Duyen Hai coal thermal power plant in Tra Vinh province. v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam ASTM: Tiêu chuẩn Mỹ QCVN: Quy chuẩn Việt Nam B: Cấp độ bền M Mác gạch CP: Cấp phối Rn: Cường độ chịu nén Ru Cường độ chịu uốn N: Niuton γ: Khối lượng riêng vi DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. 2.16. 2.17. 2.18. 2.19. 2.20. 2.21. 2.22. 2.23. 2.24. 2.25. 2.26. 2.27. 2.28. Tên bảng Các tiêu chuẩn xác định đặc trưng cơ lý của gạch không nung Khuyết tật ngoại quan cho phép Yêu cầu cường độ chịu nén, độ hút nước và độ thấm nước Các tiêu chuẩn xác định đặc trưng cơ lý của xi măng Xác định đặc trưng cơ lý của cát dựa vào TCVN 7572:2006 Hàm lượng các tạp chất trong cát Hàm lượng ion CL- trong cát Thành phần hạt của đá mạt Hàm lượng tạp chất trong mạt đá Hàm lượng ion CL- mạt đá Xác định đặc trưng cơ lý của xỉ than dựa vào TCVN 7572:2006 Các chỉ tiêu cơ – lý – hóa của tro bay Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clo cặn không tan trong nước trộn bê tông và vữa Giới hạn cho phép về thời gian ninh kết và cường độ chịu nén của hồ xi măng và bê tông Kết quả thí nghiệm độ mịn của xi măng PCB40 Holcim Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của xi măng PCB40 Holcim Kết quả thí nghiệm độ dẻo và thời gian đông kết của xi măng PCB40 Holcim Kết quả thí nghiệm nén mẫu vữa 3 ngày tuổi Kết quả thí nghiệm nén mẫu vữa 28 ngày tuổi Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát Kết quả thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn, sét của cát Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng, độ hút nước của cát Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của mạt đá Kết quả thí nghiệm hàm lượng thoi dẹt của mạt đá Kết quả thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn, sét của mạt đá Kết quả thí nghiệm độ mài mòn của mạt đá Kết quả thí nghiệm hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa của Trang 12 12 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 20 21 22 23 24 25 27 28 29 30 32 33 34 35 vii 2.29. 2.30. 2.31. 2.32. 2.33. 2.34. 2.35. 2.36. 2.37. 2.38. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. mạt đá Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của mạt đá Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng và độ hút ẩm của mạt đá Kết quả thí nghiệm độ nén dập trong xilanh của mạt đá Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng, độ hút nước của xỉ than Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của xỉ than Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của xỉ than Kết quả thí nghiệm thành phần hóa của xỉ than Kết quả thí nghiệm tính cơ lý của tro bay Kết quả thí nghiệm tính cơ hóa của tro bay Kết quả thí nghiệm nước Bảng thiết kế từng cấp phối Bảng thành phần cấp phối Kết quả thí nghiệm cường độ nén R3 Kết quả thí nghiệm cường độ nén R7 Kết quả thí nghiệm cường độ nén R14 Kết quả thí nghiệm cường độ nén R28 Kết quả thí nghiệm cường độ nén mẫu gạch R28(cấp phối 0) Kết quả thí nghiệm độ rỗng của gạch Kết quả thí nghiệm độ hút nước Xác định trọng lượng riêng của mẫu gạch Kết quả thí nghiệm độ rỗng cấp phối 0 gạch của Nhà máy Nhật Anh Kết quả thí nghiệm độ hút nước cấp phối 0 gạch của Nhà máy Nhật Anh Kính phí vật liệu thực tế theo cấp phối 0 gạch của Nhà máy Nhật Anh Kính phí vật liệu thực tế cấp phối 6 gạch của đề tài Bảng so sánh hiệu quả kinh tế của sản phẩm 35 37 38 39 39 40 41 43 43 46 48 48 52 54 56 58 60 62 64 64 65 65 67 68 68 viii DANH MỤC HÌNH Số hiệu hình 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. 2.16. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. Tên hình Trang Gạch Papanh Gạch Block bê tông Gạch bê tông chưng áp Gạch bê tông bọt Một số loại gạch không nung Nguyên liệu chế tạo gạch không nung thông thường tại Trà Vinh Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 đang hoạt động Một góc Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 Một góc bãi chứa xỉ than Nhiệt điện Duyên Hải Trà Vinh Quy trình sản xuất gạch không nung Sơ đồ máy ép gạch không nung bán tự động Thí nghiệm khối lượng riêng của xi măng Trộn hồ xi măng Thử nghiệm độ mịn và độ dẻo Tạo mẫu xi măng Bảo dưỡng mẫu Nén mẫu vữa Sàng cát Biểu đề thành phần hạt Thí nghiệm thể tích xốp của cát Biểu đồ thành hạt của mạt đá Cân mẫu mạt đá Thử độ mài mòn của đá Các dạng hình khối của cốt liệu Biểu đồ thành phần hạt của xỉ than Phiếu thử nghiệm xỉ than Phiếu thử nghiệm tro bay Tạo mẫu gạch Vận chuyển gạch về phòng thí nghiệm dưỡng hộ Máy thử cường độ gạch Gia công mặt mẫu thử Nén mẫu gạch không nung R3 Nén mẫu gạch không nung R14 5 5 5 5 6 6 7 8 9 9 10 21 22 22 23 23 24 25 26 28 31 32 33 36 41 42 45 49 49 50 50 51 56 ix 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. Biểu đồ phát triển cường độ của 6 cấp phối gạch theo thời gian Tiến hành đo kích thước mẫu gạch Cân mẫu gạch Biểu đồ độ rỗng của gạch Xác định kích thước gạch Ngâm mẫu gạch Biểu đồ độ hút nước của gạch 60 62 62 63 63 63 64 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, theo lộ trình chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ, đến năm 2020 sẽ thay thế hoàn toàn 100% gạch đất sét nung bằng gạch xây không nung [1]. Gạch xây không nung có mặt ở các công trình xây dựng đang trở thành xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng. Sở dĩ loại vật liệu này được quan tâm nhiều đến thế là vì chúng sẽ dần thay thế các loại gạch nung truyền thống sử dụng đất sét để chế tạo, là nguyên nhân chủ yếu làm cạn kiệt nguồn tài nguyên đất và gây ô nhiễm môi trường trong quá trình chế tạo. Sử dụng gạch không nung góp phần giảm thiểu thời gian chế tạo, giảm hao phí nhân công, giảm ô nhiễm môi trường, giảm hao phí các nguồn tài nguyên liên quan và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, một trong những vật liệu chính để chế tạo gạch xây không nung là cát xây dựng. Theo dự báo của Bộ Xây dựng cả nước đến thời điểm 2016, nhu cầu sử dụng cát xây dựng đến năm 2020 khoảng 2,1 tỉ đến 2,3 tỉ m3, trong khi lượng dự trữ hiện tại chỉ đạt 2 tỉ m3Với nhu cầu sử dụng cát như hiện tại, nguồn tài nguyên cát đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất vật liệu xây dựng và trong xây dựng dần cạn kiệt, thiếu cát cho xây dựng ngày một trầm trọng cũng như không còn cát sử dụng đến năm 2020[2]. Việc khai thác cát xây dựng không tuân thủ các quy định Pháp luật đã đến mức báo động, không những góp phần làm suy kiệt nguồn tài nguyên cát mà còn là nguyên nhân gây xói lở bờ sông, bờ biển, đất canh tác, ảnh hưởng lớn đến sản xuất và sinh hoạt bình thường của nhân dân. Vấn đề cấp thiết đặt ra là: có thể sử dụng nguồn vật liệu nào khác để thay thế cát trong sản xuất gạch không nung? Tại một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, trong đó có Trà Vinh, việc sản xuất đá xây dựng tạo ra số lượng lớn bột đá chưa được khai thác và sử dụng có hiệu quả, qua khảo sát thực tế lượng bột đá (mạt đá) có lẫn đá mi tại các mỏ khai thác đá và các bãi tập kết cung cấp vật tư chưa được tận dụng rất lớn. Mặt khác, việc đưa vào vận hành nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tại Trà Vinh (từ 2016 đến 2020) hàng năm thải ra môi trường trên một triệu tấn xỉ than và tro bay, nguồn xỉ than và tro bay này nếu không được quy hoạch và cất giữ đúng quy định sẽ là nguyên nhân trực tiếp gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng rất rất lớn đến đời sống nhân dân xung quanh. Theo thống kê Sở của TN&MT Trà Vinh, mỗi năm lượng tro xỉ ra môi trường lên đến 1,6 triệu tấn. Còn theo quy định, thời hạn bãi chứa tro, xỉ trong 2,5 năm phải tiến hành xử lí. Nếu vận hành 4 nhà máy nhiệt điện thì lượng tro, xỉ mỗi năm sẽ lên tới 2,8 triệu tấn [3]. Có thể sử dụng xỉ than, tro bay và bột đá trong chế tạo gạch xây không nung? Đề tài “Nghiên cứu tận dụng xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh để sản xuất gạch không nung” mong muốn giải quyết vấn đề nghiên cứu đã 2 đặt ra, bằng cách sử dụng bột đá, xỉ than và tro bay sẽ thay thế đáng kể nguồn cát xây dựng đang dần khan hiếm và ảnh hưởng đến môi trường, giải quyết những vấn đề ô nhiễm môi trường do xỉ than, tro bay gây ra rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng thành phần cấp phối và xác định các đặc trưng cơ lí của gạch xi măng không nung sử dụng bột đá, tro bay và xỉ than trong thành phần cấp phối. 3. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Gạch xi măng không nung Phạm vi nghiên cứu: - Xác định các đặc trưng cơ lí trong phòng thí nghiệm của gạch xi măng không nung sử dụng bột đá, tro bay và xỉ than tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh trong thành phần cấp phối. 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin: - Nghiên cứu lí thuyết. - Nghiên cứu, phân tích thực nghiệm. 5. Bố cục đề tài Mở đầu 1. 2. 3. 4. 5. Lý do chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài Phần nội dung gồm 3 chương: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về gạch không nung sử dụng xỉ than, tro bay trong sản xuất vật liệu xây dựng Chương 2: Phương pháp xác định các đặc trưng cơ lí của các thành phần cấp phối của gạch không nung Chương 3: Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lí của gạch không nung sử dụng xỉ than và tro bay trong thành phần cấp phối KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG SỬ DỤNG XỈ THAN, TRO BAY TRONG SẢN XUẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Giới thiệu tổng quan về gạch không nung Gạch không nung là loại gạch xây đang được ưu tiên sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng hiện nay. Sau khi được tạo hình thì có khả năng tự đóng rắn đạt các chỉ số cường độ nén, uốn, độ hút nước, v.v. đúng tiêu chuẩn mà không cần nung qua nhiệt độ. Quá trình sản xuất gạch không nung ít sinh ra chất gây ô nhiễm, hầu như không tạo ra chất phế thải hoặc chất thải độc hại. Năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất gạch không nung chiếm một phần nhỏ so với quá trình sản xuất các vật liệu khác. Gạch không nung bảo vệ ngôi nhà của bạn thông qua tính năng làm giảm sự tác động của môi trường bên ngoài, giúp tiết kiệm năng lượng trong việc làm mát cho công trình. Ngoài ra, một trong những ưu điểm lớn của gạch không nung là nó có thể làm giảm khả năng tác động của nhiệt độ bên ngoài và làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng bên trong của tòa nhà. Sản phẩm gạch không nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng công trình. Có nhiều loại dùng để xây tường, lát nền, kè đê và trang trí. Trong thực tế, trừ một số loại gạch không nung tự nhiên như gạch đá ong, gạch đất hóa đá là thuần túy không sử dụng bất cứ một tỷ lệ vật liệu nào qua nung. Các loại gạch nếu như không nung chủ đạo thì trên thực tế là vẫn sử dụng một phần vật liệu đã qua nung để làm vật liệu về liên kết. Riêng đối với gạch bê tông khí chưng áp vẫn dùng than hoặc điện để đốt lò hơi đóng rắn sản phẩm, nhưng mức độ tiêu hao về năng lượng thấp hơn so với gạch đất sét nung. Gạch Papanh, gạch Bi: dùng dưới 8% xi măng hoặc vôi là thành phần chất liên kết, gạch có cường độ thấp từ 30 – 40 kg/cm2 chủ yếu dùng vào các loại tường ít chịu lực. Gạch xi măng cốt liệu (block bê tông): dùng từ 8% đến 10% xi măng là thành phần chất liên kết, loại này thường có cường độ chịu lực tốt, nhưng khối lượng thể tích lớn (1800 - 1900 kg/m3 ) tùy vào loại có lỗ hay không có lỗ Gạch bê tông khí chưng áp: sử dụng vôi + xi măng và đóng rắn bằng lò chưng áp. Gạch bê tông bọt (gạch nhẹ): dùng trên 20% xi măng là thành phần chất liên kết. Theo như quyết định của chính phủ và các văn bản pháp quy của bộ xây dựng thì gạch không nung đã được phân chia thành các nhóm sản phẩm chủ đạo như sau: 4 Gạch xi măng cốt liệu (Xmcl): chiếm khoảng 75% tổng lượng gạch không nung. Gạch khác (đá ong, đất hóa đá,v.v.): chiếm 5%. Gạch bê tông bọt (gạch nhẹ): chiếm 5% Về bản chất của sự liên kết tạo hình thì gạch không nung khác hẳn với gạch đất nung. Quá trình sử dụng gạch không nung, do các phản ứng hóa đá của nó ở trong hỗn hợp tạo gạch sẽ làm tăng độ bề theo thời gian. Độ bền, độ rắn của viên gạch không nung còn tốt hơn cả gạch đất sét nung đỏ và đã được kiểm chứng ở tất cả các nước trên thế giới như: Đức , Mỹ, Nhật bản, Trung Quốc, v.v.. Gạch không nung ở Việt Nam đôi khi còn được gọi là gạch bê tông. Tuy nhiên với cách gọi này lại không phản ánh được đầy đủ khái niệm về gạch không nung. Được biết, gạch nung có khoảng từ 70 tới 100 tiêu chuẩn quốc tế, cùng với kích thước tiêu chuẩn khác nhau. Ở Việt Nam, gạch này thường hay có kích thước phổ biến là 210x100x60mm, gạch không nung thì có tới 300 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau cùng với kích cỡ viên gạch cũng thực sự khác nhau, cường độ chịu nén của viên gạch không nung có thể đạt tối đa là 35MPa. Sản phẩm gạch không nung có rất nhiều chủng loại ở trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ cho tới các công trình kiến trúc cao tầng, giá thành cũng phù hợp với từng công trình. Có rất nhiều loại dùng để xây tường, kè đê, trang trí, lát nền…Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định được chỗ đứng vững chắc ở trong các công trình, nó đang dần trở nên phổ biến hơn và đã được ưu tiên phát triển. Có rất nhiều các công trình sử dụng loại gạch không nung này, từ công trình nhỏ lẻ cho tới các công trình dân dụng, đình chùa, sân gôn, nhà hàng, cao ốc và các khu nghỉ dưỡng…. Một số công trình điển hình như: Keangnam Hà Nội Landmard Tower (đường Phạm Hùng, Hà Nội), Khách sạn Horinson (Hà Nội), Habico Tower (đường Phạm Văn Đồng, Hà Nội), Sông Giá resort (Hải Phòng), Sân vận động Mỹ Đình (Hà Nội), Hà Nội Hotel Plaza (đường Trần Duy Hưng, Hà Nội), Làng Việt Kiều châu Âu (Hà Đông, Hà Nội), v.v.. Hiện tại một số Công ty tại Trà Vinh đã đầu tư dây chuyền sản xuất gạch không nung gồm gạch blóck bê tông xây tường với công suất trên 5.000 viên/ngày và dây chuyền sản xuất gạch Terazzo sân đường với công suất trên 2.000 viên/ngày. Với đặc thù là địa phương có nhiều nhà máy nhiệt điện, chủ trương của tỉnh Trà Vinh đang kêu gọi các nhà đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất vật liệu xây không nung sử dụng nguồn nguyên liệu xỉ than và tro bay. Cũng theo quy hoạch sản xuất vật liệu của tỉnh Trà Vinh, dự kiến đến năm 2020 nhu cầu sử dụng gạch không nung trên địa bàn tỉnh này khoảng 230 triệu viên/năm [4] “Chủ trương của tỉnh Trà Vinh sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp trong 5 và ngoài tỉnh vào đầu tư xây nhà máy sản xuất vật liệu xây không nung sử dụng xỉ than và tro bay làm nguyên liệu để sản xuất. Hình 1.1. Gạch Papanh Hình 1.2. Gạch Block bê tông Hình 1.3. Gạch bê tông chưng áp Hình 1.4. Gạch bê tông bọt 1.2. Các đặc trưng cơ lý của gạch không nung 1.2.1. Độ ngậm nước và khả năng chống thấm nước của gạch xi măng cốt liệu Độ ngậm nước của gạch xi măng cốt liệu rất thấp, đạt dưới 14% trong khi gạch đất sét nung có thể ngậm nước từ 14% đến 18%. Khả năng chống thấm nước của gạch xi măng cốt liệu được phân tích như sau: Đá mạt hoàn toàn không ngấm nước nhưng nếu hạt đá có kích cỡ lớn, ít bột, ít xi măng liên kết và sản xuất bằng công nghệ thấp thì cốt liệu trong viên gạch có thể có nhiều lỗ rỗng thông nhau. Khi đó gạch sẽ thấm nước nhanh và ngấm nhiều. Ngược lại, nếu vật liệu đầu vào được lựa chọn kỹ, sản xuất bằng công nghệ cao thì có thể tạo ra độ kín, khít của cốt liệu. Khi sản xuất bằng công nghệ cao, cốt liệu sẽ được rung ép tốt, tạo ra độ kín, khít và không có lỗ thông nhau, viên gạch sẽ đạt độ chống thấm tốt. Khả năng chống thấm là tiêu chí căn bản để phân biệt gạch xi măng côt liệu với gạch Bi, gạch Papanh. Gạch có khả năng chống thấm tốt sẽ đảm bảo cường độ, độ bền tường xây và hạn chế tối đa khả năng nấm mốc, bong sơn, nứt dăm hoặc bục lớp vữa trát. 1.2.2. Khối lượng thể tích của gạch xi măng cốt liệu Do có cốt liệu chính là mạt đá, nên gạch xi măng cốt liệu có khối lượng thể tích 6 đặc khoảng 2.050kg/m3. Công nghệ sản xuất hiện đại đã cho ra thị trường các loại gạch xi măng cốt liệu có lỗ rỗng lớn, thành vách mỏng. Tỷ lệ rỗng của gạch xi măng cốt liệu có thể đạt từ 35% đến 50% tùy vào từng mẫu gạch, nên gạch xi măng cốt liệu lỗ rỗng có khối lượng thể tích đạt chỉ từ 1.050kg/m3 đến 1.365kg/m3. Khối lượng thể tích của gạch xi măng cốt liệu hoàn toàn phù hợp với các công trình xây dựng, kể cả nhà cao tầng. 1.2.3. Cường độ của gạch xi măng cốt liệu Cường độ chịu lực của gạch xi măng cốt liệu rất cao nên không gặp rủi ro với bất kỳ loại vữa nào: Nguyên lý căn bản là mác gạch phải lớn hơn mác vữa thì bức tường xây mới an toàn. Nếu gạch yếu, vữa khỏe thì khi thời tiết thay đổi (độ ẩm, nhiệt độ thay đổi), độ co khô của vữa lớn có thể gây ra một số hậu quả như bong tách lớp vữa, nứt. Hình 1.5. Một số loại gạch không nung 1.3. Giới thiệu các loại vật liệu chế tạo gạch không nung tại Trà Vinh 1.3.1. Các loại vật liệu sản xuất gạch không nung tại Trà Vinh Những nguyên liệu thích hợp cho việc sản xuất vật liệu không nung đó là: xi măng, cát, mạt đá, chất thải công nghiệp (xỉ than, tro bay), chất thải xây dựng, v.v.. Xi măng Cát Mạt đá Hình 1.6. Nguyên vật liệu chế tạo gạch không nung thông thường tại Trà Vinh a) Cát Thường là cát núi, cát sông, cát nhân tạo cũng có thể được sử dụng hoặc cát thải 7 từ công nghiệp nghiền đá, v.v. Nhưng nguyên liệu cát phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như sau: cát sử dụng là cát thô và kích thước hạt tương đối đồng nhất, hạt nhỏ hơn 0.75mm. b) Đá mạt Là nguyên liệu chính để sản xuất gạch không nung, có kích thước từ 1-5mm được được vận chuyển về từ các vùng lân cận như: Đồng Nai, Vũng Tàu, An Giang v.v. c) Xi măng Là thành phần chính để kết dính các nguyên liệu phối trộn, Xi măng trộn cùng nước sẽ cho ra loại cốt liệu có độ dẻo và độ sụt của vữa cốt liệu, dễ dàng tạo thành hình khối khi dập mẫu gạch. Nguồn xi măng chủ yếu để sản xuất gạch không nung tại Trà Vinh là được vận chuyển về từ các nhà máy Xi măng Cần Thơ, Xi măng Holcim v.v. d) Nước Nước sử dụng cho vữa cốt liệu là nước sinh hoạt để hóa hợp với xi măng làm cho hổn hợp có độ dẻo cần thiết khi tạo hình viên gạch. Nước sản xuất chủ yếu được lấy từ nước sông, nước ghiếng không lẫn tạp chất , không nhiễm mặn hoặc lấy trực tiếp từ nhà máy cấp nước tại Trà vinh. 1.4. Giới thiệu về nguồn tro xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh có công suất thiết kế là 4.350 MW gồm 03 nhà máy, nhiên liệu vận hành là than đá; hiện tại Nhà máy Duyên Hải 1 đã xây dựng xong, phát điện vào lưới điện quốc gia công suất 1.000 MW; còn lại 02 nhà máy Duyên Hải 2 và Duyên Hải 3 đang xây dựng đến năm 2018 hoàn thành. Hình 1.7. Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 đang hoạt động Thời điểm hiện nay mỗi ngày Nhà máy nhiệt điệt Duyên Hải 1 thải ra 3.600 tấn xỉ than; đến sau năm 2018 Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải xây dựng hoàn chỉnh sẽ thải ra 12.000 tấn/ngày (trong đó bao gồm 80- 85% là tro bay; còn lại là than xỉ). 8 Để tận dụng chất thải từ các nhà máy, ngày 23 tháng 9 năm 2014 Thử tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1696/QĐ-TTg về một số giải pháp thực hiện xử lý tro bay, xỉ than của các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng; ngày 28 tháng 11 năm 2012, Bộ Xây dựng đã ban hành Thông tư số 09/2012/TT-BXD về việc Quy định sử dụng vật liệu xây không nung cho các công trình xây dựng. Hình 1.8. Một góc Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 Tro xỉ là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than, tuy nhiên nó lại là nguyên liệu quý trong ngành sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng bởi các thành phân hóa học nòng cốt tạo nên clinker và cả xi măng. Tro bay nếu đạt yêu cầu dùng làm phụ gia cho việc sản xuất xi măng sẽ chiếm 5-30% nguyên liệu, làm giảm chi phí sản xuất xi măng. Bê tông dùng tro bay để thay thế khoảng 30% xi măng sẽ làm giảm đáng kể lượng xi măng và làm tăng đáng kể tính bền chắc của công trình. Ngoài ra, tro xỉ còn được sử dụng để làm chất liên kết gia cố các công trình giao thông, sản xuất gạch không nung, bê tông nhẹ, làm tấm trần, tường thạch cao, gốm sứ rất hiệu quả với tổng mức tiêu thụ có thể lên đến hàng chục triệu tấn/năm. Nhiều nước như Hoa Kỳ, Ấn Độ đã tái chế tro xỉ thành nguyên liệu phối trộn để sản xuất xi-măng, vật liệu san lấp, gia cố nền đường, bê-tông, và gạch không nung. Đặc biệt, việc sản xuất gạch không nung không những bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm năng lượng đến hơn 85% so với việc sản xuất gạch nung truyền thống từ đất sét. Từ các vấn đề nêu trên, nội dung luận văn này của Học viên là nghiên cứu bằng thực nghiệm và kết hợp lý thuyết tính toán bằng số liệu cụ thể để: “Nghiên cứu tận dụng xỉ than và tro bay tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh để sản xuất gạch không nung”. Từ kết quả tính toán, học viên đề xuất, kiến nghị áp dụng vào thực tế nhằm tiêu thụ chất thải xỉ than và tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải tỉnh Trà Vinh, nhằm giảm tải bãi chứa xỉ than, tro bay (80ha) đang dần lấp đầy và có nguy tràn ra bên ngoài gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường xung quanh và lân cận. 9 Hình 1.9. Một góc bãi chứa xỉ than Nhiệt điện Duyên Hải Trà Vinh 1.5. Các quy trình sản xuất gạch không nung 1.5.1. Quy trình làm gạch không nung Hình 1.10. Quy trình sản xuất gạch không nung