Tài liệu NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT NIX THẢI

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT NIX THẢI INITIAL RESEARCH ON ABILITY TO REUSE NIX GRAIN WASTE Nguyễn Thắng Xiêm1, Trần Doãn Hùng2, Mai Nguyễn Trần Thành3 Ngày nhận bài: 25/8/2015; Ngày phản biện thông qua: 17/9/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016 TÓM TẮT Ngày nay, việc tái sử dụng các sản phẩm từ vật liệu thải công nghiệp dùng làm phụ gia cho bê tông có thể làm tăng tính bền vững cho ngành công nghiệp xây dựng. Trong bài báo này, khả năng sử dụng hạt nix thải (NGW) như là cốt liệu lớn trong bê tông đã được kiểm tra thông qua thực nghiệm. Tiêu chuẩn pha trộn vữa và bê tông mác M400 đã được sử dụng để pha trộn hỗn hợp. Nghiên cứu đã đưa ra ảnh hưởng của NGW đến cơ tính, khả năng thấm nước, đánh giá mức độ độc hại đối với sức khỏe con người và môi trường khi sử dụng sản phẩm bê tông từ NGW. Bê tông được thử nghiệm cường độ ở 7, 14, 28 và 90 ngày sau khi đúc. Sản phẩm cốt liệu lớn từ NGW có bổ sung thêm các chất xúc tác và phụ gia tăng dẻo. Từ khóa: hạt nix thải, xi măng Portland, cốt liệu thô, bê tông, cường độ chịu nén ABSTRACT Nowadays, the reuse of waste materials and industrial by-products in concrete could increase the sustainability of the construction industry. In this paper, the potential of using nix grain waste (NGW) as coarse aggregate in concrete was experimentally investigated. The grade mortar and concrete M400 was used for mix design. The research has shown out the effect of NGW on the strength properties, water permeability, and assesses the risks to human health and environment when using concrete products from NGW. The concrete was tested strength for 7, 14, 28 and 90 days after casting the moulds. The produced from coarse aggregate NGW have been used additional catalyst and plasticizers. Keywords: nix grain waste, Portland cement, coarse aggregate, concrete, compressive strength I. ĐẶT VẤN ĐỀ Như chúng ta đã biết trước năm 2012, vì lợi ích kinh tế mà công ty TNHH Hyundai Vinashin (HVS) đã nhập công nghệ phun hạt nix để đánh bóng bề mặt thân tàu [1]. Mặc dù, hạt nix có hiệu quả sử dụng và kinh tế cao nhưng các nước trên thế giới không khuyến khích sử dụng do chúng gây ô nhiễm môi trường như ô nhiễm bụi và tiếng ồn rất nghiêm trọng. Trong thành phần bụi có bụi do lớp sơn bị bong ra từ vỏ tàu, bụi do gỉ kim loại, dầu mỡ và thành phần TS. Nguyễn Thắng Xiêm, KS. Mai Nguyễn Trần Thành: Khoa Xây dựng - Trường Đại học Nha Trang TS. Trần Doãn Hùng, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang 1,3 2 chủ yếu là bụi của hạt nix sau khi phun bị vỡ ra. Trong hỗn hợp thì có nhiều tạp chất, nhiều kim loại nặng độc hại làm ảnh hưởng không tốt tới môi trường đất, nước, không khí do vượt quá các tiêu chuẩn cho phép và gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng, có thể gây tử vong nếu sử dụng nước ngầm bị nhiễm nix cao. Hiện nay, việc quản lý bãi thải này chỉ mang tính tạm thời đó là xây tường gạch xung quanh và bên dưới xây 1 lớp bê tông, bên trên chỉ dùng các tấm tôn xi măng để che phủ (hình 1). 84 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 Hình 1. Bãi chứa NGW được phủ bằng tôn xi măng chụp từ google earch (trái) và tường bao bằng gạch (phải) được chụp ngày 6/12/2014 Tuy sử dụng các biện pháp như trên nhưng khi trời mưa thì một lượng lớn NGW theo dòng chảy ngấm vào trong đất và cây cối gây tình trạng ô nhiễm nguồn nước, môi trường và là tác nhân gây ngộ độc. Nếu không xử lý kịp thời thì lượng chất thải này sẽ tồn đọng thành một bãi chất thải rất lớn và có gió thì bụi chất thải bay theo gây ảnh hưởng đến sức khoẻ đối với dân cư và môi trường xung quanh khu vực nhà máy. Nhiều năm qua, mặc dù có nhiều dự án và đề tài nghiên cứu thử nghiệm tái sử dụng NGW như: dùng để phối trộn bê tông trong các công trình xây dựng, nguyên liệu phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng, dùng thay thế cát hoặc mạt đá trong bê tông nhựa đường hay làm vật liệu đúc các cấu kiện bê tông ngăn xói lở bờ biển, cầu cảng [2÷4]. Tuy nhiên hầu hết các giải pháp đều dùng hỗn hợp NGW để thay cát, theo tác giả là không hợp lý do hỗn hợp có nhiều sắt vụn và kim loại nặng sẽ nổi lên bề mặt trong quá trình trộn, đồng thời xi măng thông thường không bao phủ hết được các chất độc hại như chì, asen và các hợp chất hữu cơ… sẽ gây hại đến sức khỏe của con người. Vì vậy rất khó trong việc tái sử dụng chúng và đó là nguyên nhân không thể ứng dụng chúng vào thực tế của nhiều đề tài nghiên cứu trước đây. Thấy được vấn đề này và trên cơ sở phân tích đặc tính hóa lý của hạt nix, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu sử dụng NGW của nhà máy HVS để chế tạo cốt liệu lớn cấp phối bê tông. Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng, kích thước và phụ gia đến cơ tính của cốt liệu lớn và bê tông. Đồng thời, đánh giá mức độ độc hại của sản phẩm đến sức khỏe con người theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, nước ngầm, nước ven bờ và nước thải công nghiệp. Đây là một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực tiễn cấp thiết, bước đầu chúng tôi cũng đã thu được một số kết quả tương đối khả quan. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu 1.1. Tính chất vật lý và hóa học của hạt nix trước và sau khi sử dụng a) Tính chất vật lý của hạt nix (NG) và sau khi sử dụng (NGW) NG là vật liệu có dạng hạt cấu thành từ sắt, đá vôi và oxit sillic (SiO2) trong quá trình luyện đồng. Trong quá trình tinh luyện này, đồng tinh khiết nóng chảy nằm dưới đáy bể trong khi đó có 1 lớp không tinh khiết nổi trên bề mặt người ta gọi là xỉ. Sau đó NG được hình thành do đột ngột đông kết (bằng cách sử dụng các biện pháp công nghiệp, nước biển hoặc làm mát bằng không khí) từ trạng thái nóng chảy và sau đó được rửa bằng nước áp lực cao (xem hình 3a) [5]. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 85 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản (a) Số 1/2016 (b) (c) Hình 2. Hình dạng của NG (a), NGW theo dòng chảy ngấm vào đất (b) và SEM của NGW với độ phóng đại 35 lần (c) Trong quá trình sửa chữa và đóng mới tàu thuyền, HVS đã sử dụng NG để làm sạch các vết bẩn bám trên bề mặt thân tàu. Quá trình này đã phát tán một lượng lớn bụi kim loại nặng vào trong không khí và dễ dàng ngấm vào nguồn nước như hình 2b. Các tính chất vật lý của NG và NGW được thể hiện ở bảng 1. Bảng 1. Các tính chất vật lý của hạt nix trước và sau khi sử dụng [13÷27] Các tính chất vật lý NG NGW Hình dạng Không đều (sắc, nhọn) Hạt hơi tròn đến góc cạnh Màu sắc Đen sáng Đen và một số màu khác Mùi Không mùi Có mùi Nhiệt độ nóng chảy 1250 C 1250 oC Độ phát tán kim loại nặng Không vượt qua mức quy đinh Vượt quá mức quy định Tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng 43.2 % 41 % Trọng lượng riêng 3.90 3.57 Mô đun độ lớn của hạt* 2.45 2.12 Độ cứng (6.7 ÷ 7.0) Mohs - Độ hòa tan trong nước Không tan Không tan Độ hút nước (0.3 ÷ 0.4) % (0.3 ÷ 0.4) % Độ ẩm 0.1 % 3.09 % Hàm lượng bụi bẩn 0.2 % 1.30 % o * Mô đun độ lớn của NG và NGW được tính thông qua việc tính lượng sót riêng biệt và tích lũy được mô tả ở bảng 2. Bảng 2. Mô đun độ lớn của NG và NGW Cỡ sàng tiêu chuẩn [mm] NG NGW Lượng sót Lượng sót riêng Lượng sót tích Lượng sót trên Lượng sót riêng trên sàng [g] biệt [%] lũy [%] sàng [g] biệt [%] Lượng sót tích lũy [%] 5,0 0 0 0 0 0 0 2,5 21 4,2 4,2 0 0 0 1,25 98 19,6 23,8 89 8,9 8,9 0,63 161 32,2 56 362 36,2 45,1 0,315 37 7,4 63,4 272 27,2 72,3 0,14 170 34,0 97,4 136 13,6 85,9 Bottom 13 2,6 100 141 14,1 100 86 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Mô đun độ lớn của NG: Mđl = Mô đun độ lớn của NGW: Mđl = Số 1/2016 4,2 + 23,8 + 56 + 63,4 + 97,4 100 8,9 + 45,1 + 72,2 + 85,9 100 = 2,45 = 2,12 b) Tính chất hóa học của NGW Hạt nix sau khi sử dụng còn có thêm một số nguyên tố sau: C hữu cơ, As, Cr, Ni, sơn, dầu mõ, chất bẩn, sắt vụn và một số kim loại nặng khác (bảng 3). Bảng 3. Thành phần hóa học của NGW sau khi sử dụng TT Chỉ tiêu phân tích Hàm lượng tổng [μg/l] 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 Sắt (Fe) Kẽm (Zn) Đồng (Cu) Chì (Pb) Cadimi (Cd) Crôm (Cr) Thủy ngân (Hg) Asen (As) Sơn và HC (%) C hữu cơ (%) 266 7399 7042 1113 14,4 166,8 0,54 28 0,54 2,54 Từ bảng 3 ta thấy rằng, NGW tồn tại nhiều kim loại nặng độc hại và hợp chất hữu cơ đều vượt các tiêu chuẩn cho phép, những chất độc hại này có thể gây ra nhiều nguy hiểm cho sức khỏe con người. Và theo bảng 2, mô đun độ lớn của NGW đã nhỏ đi nhiều sau khi bắn phá vào thân tàu khoảng 2,12 nên chúng có thể di chuyển xa và chui được vào nhiều nơi, kể cả cơ thể con người. Điều đặc biệt trong phân tích thì thành phần SiO2 cũng tương đối cao, nó rất thích hợp để tạo phản ứng thủy hóa, giúp hỗn hợp liên kết được tốt hơn. 1.2. Một số phụ gia 1.2.1. Muội silic Muội silic có dạng hình cầu, bề mặt trơn phẳng, hạt có đường kính trung bình khoảng 150 nm chỉ bằng khoảng 1/100 cỡ hạt của xi măng. Muội silic có khối lượng đơn vị ở trạng thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng (0,15 ÷ 0,2) tấn/m3. Muội silic có hàm lượng ôxit silíc hoạt tính cao vào khoảng (85 ÷ 98) %. Muội silic được dùng chủ yếu làm nguyên liệu tạo thêm tính chất pozzolan cho bê tông cường độ cao chế tạo từ xi măng Portland. Khi được thêm vào thành phần của hỗn hợp vữa NGW, muội silic sẽ bao quanh các hạt xi măng, NGW và lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ mà các hạt xi măng không lọt tới được. Làm cho khối hỗn hợp được đặc chắc hơn, hình thành một môi trường xi măng - NGW có tính liên tục và đồng nhất cao sau khi hỗn hợp ninh kết, và làm tăng khả năng chịu lực của đá nhân tạo, tạo nên bê tông cường độ cao [6, 7]. 1.2.2. Phụ gia chống thấm Dùng để bọc cốt liệu lớn ngăn cản sự tiếp xúc giữa nước với NGW, đồng thời làm tăng khả năng kháng hóa chất, tăng cường độ cho mẫu và giảm thiểu độ co ngót, nứt nẻ của mẫu. 2. Phương pháp chế tạo mẫu 2.1. Chế tạo cốt liệu lớn theo mác vữa M400 Vữa được chế tạo theo TCVN 6016: 1995 với tỷ lệ 60% hạt nix, (30 ÷ 40) % xi măng và phụ gia (0 ÷ 10) %, đồng thời xác định lượng nước vừa đủ để vữa đạt được độ dẻo yêu cầu. Sau khi trộn xong, đổ vữa vào các loại khuôn để chế tạo cốt liệu lớn (có kích thước và hình dạng khác nhau) và đổ vào khuôn hình lăng trụ có kích thước (40 x 40 x 160) mm để xác định TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 87 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản cường độ chịu uốn và nén. Gõ nhẹ khuôn xuống nền nhà hay để lên bàn giằn (đối với khuôn hình lăng trụ) nhằm loại bỏ không khí, đồng thời giúp phần lớn NGW được dồn vào giữa. Sau đó dùng thước thẳng gạt bỏ phần Số 1/2016 vữa thừa trên bề mặt khuôn và dưỡng hộ mẫu ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ. Sau 48 giờ tháo mẫu ra khỏi khuôn và tiếp tục ngâm dưỡng hộ mẫu ở trong nước cho đến khi thử mẫu ở 7, 14, 28 và 90 ngày (hình 4). Hình 4. Quy trình chế tạo cốt liệu lớn 2.2. Phương pháp phân tích mẫu nước Các mẫu hạt nix, mẫu MWG nung trên 1000oC, mẫu vữa có NGW, mẫu vữa bọc bằng geopolymer, mẫu bê tông không có NGW và các mẫu bê tông có NGW được ngâm trong mẫu nước cất có pH = 6,5 giống như nước mưa với thời gian 2 tuần. Quy trình thí nghiệm được trình bày trong hình 5 như sau: Hình 5. Phương pháp phân tích mẫu nước 88 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Lấy 500 g NGW và 500 g NGW sau khi nung 1000oC ngâm trong 2,5 lít nước cất. Lấy 3 mẫu vữa có hạt nix thải có kích thước (40 x 40 x 160) mm, có khối lượng riêng là 2,24 g/cm3 ngâm trong 3,5 lít nước cất. Các mẫu bê tông có và không có NGW có kích thước (150 x 150 x 150) mm, có khối lượng 7,9 kg trong 3,5 lít nước cất. Nước ngâm các loại mẫu được lấy ra phân tích sau 2 tuần và dùng máy khối phổ phát xạ plasma phản ứng cao tần ICP-MS. 2.3. Chế tạo bê tông theo mác M400 Trước khi trộn bê tông cần xác định chính xác cấp phối bê tông, nghĩa là tìm ra tỷ lệ hợp lý các loại nguyên vật liệu nước, xi măng, cát, Số 1/2016 cốt liệu lớn và phụ gia cho các mẻ trộn bê tông để đạt các chỉ tiêu kỹ thuật. Sau đó kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông và điều chỉnh thành phần vật liệu để hỗn hợp bê tông đạt độ sụt. Tiếp theo đổ hỗn hợp vào khuôn đúc có kích thước (150 x 150 x 150) mm và dựa trên tiêu chuẩn TCVN 3105:1993 [8]. Sau khi đổ hỗn hợp vào khuôn xong, cho khuôn lên bàn rung cho tới khi thoát hết bọt khí lớn và hồ xi măng nổi đều, rồi dùng bay gạt bỏ hỗn hợp thừa và xoa phẳng mặt mẫu. Tiếp theo các mẫu được phủ ẩm trong khuôn ở nhiệt độ phòng trong 72 giờ, sau đó tháo khuôn rồi tiếp tục ngâm dưỡng hộ mẫu ở trong nước cho đến ngày thử mẫu (hình 6). Hình 6. Quy trình chế tạo mẫu bê tông kích thước (150 x 150 x 150) mm 2.4. Ảnh hưởng của phụ gia đến đến cơ tính của vữa Mỗi loại mẫu vữa có thành phần khác nhau thì được đặt tên từ V1 ÷ V6 như bảng 4. Nhằm tận dụng tối đa lượng NGW có trong hỗn hợp mẫu vữa, tác giả đã tính chọn tỷ lệ NGW là 60 % và lượng nước cũng được cố định trong tất cả các loại mẫu là 185 lít/m3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 89 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 Bảng 4. Thành phần của mẫu vữa với các tỷ lệ khác nhau Hỗn hợp V1 V2 V3 V4 V5 V6 Xi măng [kg/m3] 400 400 300 350 370 0 Cát [kg/m3] 600 0 0 0 0 100 0 600 600 600 600 600 Nước [lít/m ] 185 185 185 185 185 185 SiO2 [kg/m ] 0 0 100 50 30 0 Sika [kg/m ] 0 0 0 0 0 300 Thành phần Hạt nix [kg/m3] 3 3 3 2.5. Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng của cốt liệu lớn đến đến cơ tính của bê tông Mỗi loại bê tông đều được ký hiệu từ B1 ÷ B5 theo kích thước và hình dạng của cốt liệu lớn như bảng 5. Loại B2 ÷ B5 là sử dụng cốt liệu lớn có chứa NGW và có khối lượng riêng gần bằng nhau là 2,24 g/cm3. Loại B1 dùng cốt liệu lớn là đá dăm được khai thác từ thiên nhiên có Dmax = 30 mm, có khối lượng riêng là 2,65 g/cm3. Loại B2 dùng cốt liệu lớn có hình dạng giống viên kim cương với Dmax = 30 mm. Loại B3 dùng cốt liệu lớn có hình dạng lập phương với Dmax = 20 mm. Loại B4 dùng cốt liệu lớn có dạng hình lăng trụ có đáy là tam giác với Dmax = 30 mm. Loại B5 dùng cốt liệu lớn có dạng hình nón cụt có đáy là hình tròn với Dmax = 10 mm. Độ sụt của tất cả các loại hỗn hợp bê tông khoảng từ (60 ÷ 80) mm. Bảng 5. Thành phần của mẫu vữa với các tỷ lệ khác nhau Hỗn hợp B1 B2 B3 B4 B5 2340 2300 2360 2560 2290 Độ hút nước [%] 5,4 6,8 6,5 7,1 7,2 Xi măng [kg/m ] 315 315 315 315 315 Cát [kg/m ] 690 690 690 690 690 Cốt liệu lớn [kg/m3] 1000 1008 1008 1008 1008 Nước [lít/m3] 180 180 180 180 180 SiO2 [kg/m ] 50 50 50 50 50 Thành phần Khối lượng riêng [kg/m3] 3 3 3 III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Ảnh hưởng của phụ gia đến đến cơ tính của vữa Hình 7 thể hiện cường độ chịu nén và uốn của 6 loại mẫu vữa. Hình 7 (trái) cho thấy quá trình phát triển cường độ cường độ chịu uốn theo thời gian một cách bình thường của mẫu V1 với tỷ lệ 40 % xi măng và 60 % là cát. Nhưng hầu hết các mẫu vữa còn lại khi trộn với NGW thì cường độ chịu uốn sau 28 ngày cho kết quả giảm. Tuy nhiên, ở mẫu V4 90 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG khi thêm 5 % phụ gia SiO2 thì cường độ chịu uốn của mẫu sau 90 ngày gần như không đổi (khoảng 1,60 MPa). Điều này có thể giải thích rằng, SiO2 sẽ tác dụng với canxi hydrat (CH) tạo thêm sản phẩm canxi silicat hydrat (CSH) làm tăng thêm sự kết dính, có tác dụng liên kết các thành phần của vữa thành một khối, giảm thiểu các vết nứt tế vi. Đồng thời, các hạt siêu mịn SiO2 còn điền đầy và lắp vào các lỗ hổng trong hỗn hợp, làm cho bê tông trở nên đặc chắc hơn, vữa sẽ có cường độ cao hơn và chống thấm hiệu quả hơn. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 Hình 7. Cường độ chịu uốn (trái) và chịu nén (phải) của các loại mẫu vữa Từ hình 7 (phải) ta có thể thấy rằng, sự phát triển cường độ chịu nén của tất cả các mẫu gần như đúng theo quy luật. Tuy nhiên các loại mẫu chứa NGW thì cường độ phát triển sau 7 và 14 ngày chậm hơn so với mẫu chuẩn V1. Mẫu V2 chỉ đơn thuần chứa xi măng và NGW nên sau 28 ngày thì cường độ chịu nén giảm khoảng 10%. Cũng tương tự cường độ chịu uốn, mẫu V4 cũng cho kết quả cao hơn các mẫu còn lại. Với kết quả này, tất cả cốt liệu lớn của đề tài đều được phối trộn theo tỷ lệ của mẫu V4. 2. Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng của cốt liệu lớn đến đến cơ tính của bê tông Hình 8. Cường độ chịu nén của các loại mẫu bê tông (trái) và kết quả phân tích nồng độ các kim loại có trong các mẫu nước (phải) Hình 8 (trái) cho thấy tất cả các mẫu đều có quá trình phát triển cường độ theo thời gian một cách bình thường so với mẫu chuẩn B1. Sau 7 ngày tuổi, các mẫu bê tông có cốt liệu lớn là NGW không có nhiều chênh lệch về cường độ chịu nén, nhưng sau 14 và 28 ngày tuổi thì cường độ chịu nén của mẫu B3 đạt được cường độ lần lượt là 30 MPa và 35 MPa cao hơn hẳn so với các mẫu còn lại. Mẫu B3 có khối lượng riêng là 2360 kg/m3 và độ hút nước khoảng 6,5 %. Với kết quả này bước đầu cho thấy sự khả quan khi ứng dụng chúng vào thực tế, ta có thể sử dụng cốt liệu lớn này để làm các công trình có yêu cầu thấp hơn mác M350. Hình 9 cho thấy khả năng liên kết và bám dính của mẫu B3 là tốt hơn rất nhiều nhiều so với mẫu B2 (có hình dạng giống viên kim cương). Sự liên kết của các mẫu còn lại chỉ bám dính theo mặt và có nhiều lỗ rỗng, trong khi đó thì mẫu B3 thì vữa và cốt liệu lớn lại liên kết với nhau dạng khối và ít có lỗ rỗng. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 91 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 Hình 9. Sự dính kết giữa vữa với cốt liệu lớn của mẫu B2 (trái) và mẫu B3 (phải) sau khi nén 3. Đánh giá mức độ nguy hiểm của sản phẩm nước mặt - QCVN 08:2008/BTNMT, nước Đánh giá mức độ nguy hiểm của sản ngầm - QCVN 09:2008/BTNMT, nước ven phẩm tới sức khỏe của con người, thông bờ - QCVN 10:2008/BTNMT và nước thải thường được kiểm nghiệm qua nguồn nước. công nghiệp - QCVN 24:2008/BTNMT NGW có chứa nhiều kim loại nặng, đây là [9-12]. Các Quy chuẩn này quy định giá trị một vấn đề đáng lo ngại cho người dân. giới hạn của nhiều thông số về chất lượng Phương pháp đánh giá là lấy mẫu nước nước. Tuy nhiên trong bài báo này, tác giả sau khi ngâm các mẫu trước và sau khi xử chỉ tập trung vào mức giới hạn hàm lượng lý để so sánh và phân tích các chỉ tiêu kim tổng số của một số kim loại nặng như Sắt loại trên thiết bị phân tích quang phổ phát (Fe), Asen (As), Cadimi (Cd), Đồng (Cu), Chì xạ nguyên tử ICP. Tác giả đã sử dụng các (Pb), Kẽm (Zn), Thủy ngân (Hg) và Crôm (Cr) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng có trong nước ngâm mẫu có chứa NGW. Bảng 6. Nồng độ các kim loại nặng trong các dung dịch ngâm mẫu Mẫu Nguyên tố [µg/l] M1 (Mẫu nước cất) Fe 9,00 M3 M2 (Mẫu NGW (Mẫu NGW) nung 1000oC) M4 M5 M6 M7 (Mẫu vữa có (Mẫu vữa có (Mẫu bê tông (Mẫu bê tông chứa NGW sử chứa NGW sử không có có NGW) dụng PCB40) dụng polymer) NGW) 44,00 374,00 168,00 215,00 36,2 50,30 Zn 0,31 1121,40 37,10 23,80 20,20 0,37 0,52 Cu 0,64 6200,00 20,40 23,20 12,45 1,22 2,58 Pb 0,15 1,70 1,50 1,30 1,20 0,25 0,22 Cd 0,01 0,16 0,37 0,13 0,22 0,01 0,01 Cr 0,33 16,40 15,70 15,10 13,20 3,64 3,87 Hg 0,15 0,02 0,03 0,02 0,02 0,15 0,21 As 0,00 18,6 5,60 12,60 0,20 0,00 0,06 Từ các kết quả trong bảng 6 và so sánh với các quy chuẩn Việt Nam của Bộ TN và MT về chất lượng nước, ta có thể nêu ra một số nhận xét như sau: - Các mẫu không sử dụng hạt nix cũng phóng thích một lượng kim loại nặng vào nước ngâm mẫu. - Các mẫu sau khi xử lý 1000 oC cũng đã phần nào khống chế sự phát tán kim loại nặng 92 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG vào trong nước. So với Quy chuẩn 09:2008 về chất lượng nước ngầm thì cách xử lý này cũng đã đạt yêu cầu. Tuy nhiên nó cũng chưa xử lý triệt để đối với Fe và As, nồng độ của các chất này còn cao nếu đối chiếu với Quy chuẩn nước biển ven bờ 10:2008. - Từ hình 8 (phải) ta dễ dàng nhận thấy rằng, mẫu M4 là mẫu vữa có chứa NGW dùng xi măng PCB40 và M5 là mẫu vữa có chứa Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản NGW dùng vật liệu polymer thì nồng độ của Fe vẫn còn cao hơn so với quy chuẩn về chất lượng nước ven bờ QCVN 10:2008/BTNMT. Còn đối với mẫu M7 là mẫu bê tông có cốt liệu lớn chứa NGW cho kết quả tốt, nồng độ của các kim loại nặng đều rất nhỏ và nằm trong khoảng cho phép so với tất cả các quy chuẩn, kể cả quy chuẩn khắc khe nhất là chất lượng nước ven bờ. Với kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, bê tông có cốt liệu lớn là NGW có thể áp dụng được trong thực tế mà không ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. IV. KẾT LUẬN Nhìn chung kết quả ban đầu cho thấy chất lượng các mẫu nước sau khi ngâm các mẫu bê tông đều đạt yêu cầu theo QCVN về chất lượng nước khi phân tích các kim loại nặng trên ICP. Đồng thời thông qua thử nghiệm cơ tính thì các mẫu cốt liệu lớn cũng như các mẫu bê tông đều đạt yêu cầu. - Với tỉ lệ NGW 60 %, xi măng 35 % và muội silic 5% thì cho vữa, cốt liệu lớn đạt cường độ chịu uốn và chịu nén cao sau 90 ngày lần lượt là 1,60 MPa và 47 MPa đạt vữa mác M400. - Bước đầu đã tìm được kích thước và hình dạng của cốt liệu lớn, hình lập phương có kích thước Dmax = 20 mm cho cường độ chịu nén của bê tông là lớn nhất sau 28 ngày khoảng 35 MPa gần bằng cường độ của bê tông M400. Như vậy, nếu những công trình xây dựng yêu cầu về chỉ tiêu cường độ thấp hơn M350 thì có thể dùng cốt liệu lớn này để thay thế cho đá dăm truyền thống. - Muội silic có kích thước siêu mịn nên có khả năng bao quanh các hạt xi măng, lắp đầy các lỗ vi rỗng mà các hạt xi măng không lọt vào được. Số 1/2016 Do đó cốt liệu lớn được đặc chắc, hình thành một môi trường liên tục và đồng nhất, làm tăng khả năng chịu lực và độ bền của cốt liệu lớn lẫn bê tông. - Qua kết quả phân tích mẫu nước và so sánh với các Quy chuẩn kỹ thuật về chất lượng nước mặt, nước ngầm, nước ven bờ và nước thải công nghiệp thì sản phẩm bê tông có cốt liệu lớn là NGW không ảnh hưởng gây hại đến sức khỏe con người và như vậy có thể áp dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng. - Về chỉ tiêu kinh tế, 1 m3 bê tông tươi sử dụng cốt liệu lớn là NGW vào khoảng 1,2 triệu/m3 gần bằng giá so với bê tông tươi trộn bằng tay. Nếu sắp tới sản xuất hàng loạt cốt liệu lớn thì giá của sản phẩm sẽ giảm, đồng thời có thể thay thế các vật liệu đá dăm tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường, tạo việc làm cho người lao động và giảm chi phí quản lý chất thải... - Hiện nay nhóm nghiên cứu đã ứng dụng dùng cốt liệu lớn để đổ cấp phối bê tông cho ghế đá và thay 100 % đá dăm, bước đầu cho ra sản phẩm đẹp, không gây ô nhiễm môi trường và có độ bền cao. Nghiên cứu bước đầu đã có nhiều kết quả đáng khích lệ, hy vọng các nghiên cứu này có thể mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới vô cùng khả quan vì những tính năng mà bê tông đạt được. LỜI CẢM ƠN Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài cấp Trường 04/2014/ĐTTR và sự giúp đỡ của Trường ĐH kỹ thuật Liberec, phòng TN VLXD Trường ĐH Nha Trang và Viện Hải Dương Học trong việc chế tạo và phân tích mẫu. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. 2. 3. Tiếng Việt Hà, S. Vì sao Hyundai thích “công nghệ hạt nix”? [cited 28.6.2014], Available from: http://bienvabo.vnweblogs. com/print/11484/207274. Khánh, N.Q., Methods to minimize environment pollution of used NIX particle [Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hạt NIX đã qua sử dụng gây ra tại Công ty đóng tàu biển Hyundai – Vinashin], 2006. Hiệp, T.T., Nghiên cứu sử dụng hạt nix thải của nhà máy Hyundai làm bê tông xi măng, 2007. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 93 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 4. Phương, P.T., Nghiên cứu sử dụng hạt Nix thải của Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin – Khánh Hoà dùng thay cho cát để chế tạo bê tông ximăng trong xây dựng đường ôtô. Trường Đại học Giao thông vận tải, 2007. 5. Hà Yên, SAVACO thành công trong sử dụng hạt Nix, [cited 25.6.2014], Available from: http://baokhanhhoa. com.vn/kinh-te/200407/savaco-thanh-cong-trong-su-dung-hat-nix-1830044/. 6. Hữu, P.D., Vật liệu xây dựng mới, NXB Giao thông vận tải, 2011. 7. Muội silic, [cited 20.1.2015], Available from: https://vi.wikipedia.org/wiki/ Mu%E1%BB%99i_silic. 8. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng, NXB Xây dựng, 2005. 9. QCVN 08 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (National technical regulation on surface water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008. 10. QCVN 09 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm (National technical regulation on underground water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008. 11. QCVN 10 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (National technical regulation on c oastal water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008. 12. QCVN 24: 2009/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (National Technical Regulation on Industrial Wastewater). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. Tiếng Anh Swennen, R., Copper slag used for abrasive blasting and heavy metal contamination, case study Van Phong bay, Vietnam, 2009. D.Brindha, Assessment of Corrosion and Durability Characteristics of Copper Slag Admixed Concrete. International journal of civil and structural enigneering, 2010. Volume 1, No 2. Pradeep, V., The Behaviour of Concrete in Terms of Flexural, Tensile & Compressive Strength Properties by Using Copper Slag as an Admixture, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), 2013. Volume 3, No 4. Erdem, S., Chloride-Ion Penetrability and Mechanical Analysis of High Strength Concrete with Copper Slag, Journal of Engineering Research and Applications, 2014. Volume 4, No 5. Mobasher, B., Effect of copper slag on the hydration of blended cementitious mixtures, Materials Engineering Conference, Materials for the New Millenium, 1996. Alnuaimi, A., Effects of Copper Slag as a Replacement for Fine Aggregate on the Behavior and Ultimate Strength of Reinforced Concrete Slender Columns. TJER, Volume 9, No 2, 2012. Biswas, S., Erosion Wear Behaviour of Copper Slag Filled Short Bamboo Fiber Reinforced Epoxy Composites. IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol. 6, No. 2, 2014. Patnaik, B., An Experimental Investigation on Optimum Usage of Copper Slag as Fine Aggregate in Copper Slag Admixed Concrete. International Journal of Current Engineering and Technology, Volume 4, No 5, 2014. Selvi, T., Experimental Study on Concrete Using Copper Slag as Replacement Material of Fine Aggregate. Civil & Environmental Engineering, Volume 4, No 5, 2014. M.Fadaee, Investigation on using copper slag as part of cementitious material in self compacting concrete. Asian journal of civil engineering, Volume 16, No 3, 2015. marku, J., Optimization of copper slag waste content in blended cement production. Zastita materijala, Volume 51, 2010. C. Lavanya, A review on utilization of copper slag in geotechnical applications. Proceedings of Indian Geotechnical Conference, 2011. Pundhir, S., Use of copper slag as construction material in bituminous pavements Journal of Scientific & Industrial Research, Volume 64, 2005. Singh, J., Use of copper slag in concrete. International Journal of Advanced Research in Engineering and Applied Sciences, Volume 3, No 12, 2014. R.Gupta, Utilization of copper slag and discarded rubber tyres in construction. International journal of civil and structural engineering, Volume 3, No 2, 2012. 94 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG