0
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
PHẠM CÔNG TUẤN TRUNG
C
C
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG
XÂM THỰC AXİT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG
MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CÔNG NGHİỆP
R
L
T.
U
D
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ
CÔNG NGHİỆP
Đà Nẵng - Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
PHẠM CÔNG TUẤN TRUNG
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG
XÂM THỰC AXİT CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG
MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CÔNG NGHİỆP
C
C
R
L
T.
U
D
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 8580201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH
Đà Nẵng - Năm 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Phạm Công Tuấn trung
C
C
U
D
R
L
T.
MỤC LỤC
1. Mở đầu: ................................................................................................................... 1
2. Mục tiêu đề tài. ........................................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ........................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, ĐỘ BỀN CỦA
BÊ TÔNG.................................................................................................................... 4
1.1. Bê tông ................................................................................................................. 4
1.1.1. Nguồn gốc của bê tông....................................................................................... 4
1.1.2. Các loại bê tông hiện đại điển hình .................................................................... 5
1.1.2.1. Bê tông cốt thép .............................................................................................. 5
C
C
1.1.2.2. Bê tông tiêu thấm ............................................................................................ 6
1.1.2.3. Bê tông sinh học.............................................................................................. 6
R
L
T.
1.1.2.4. Bê tông nano ................................................................................................... 7
1.2. Các tính chất cơ lý của bê tông.............................................................................. 7
U
D
1.2.1. Tính công tác ..................................................................................................... 8
1.2.2. Tính co ngót ....................................................................................................... 9
1.2.3. Cường độ chịu nén ............................................................................................. 9
1.2.4. Tính chống thấm của bê tông ........................................................................... 10
1.2.5. Các đặc tính độ bền của bê tông ....................................................................... 10
1.2.5.1. Nguyên nhân ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển. .......... 10
1.2.5.2. Quá trình Carbonat hoá trong bê tông .......................................................... 11
1.2.5.3. Sự xâm nhập của ion clorua .......................................................................... 12
1.2.5.4. Nguyên nhân xâm thực hư hại bê tông trong môi trường hoá chất. ............... 13
1.2.5.5. Biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông cốt thép khỏi ăn mòn. ................................ 14
1.3. Kết luận Chương 1 .............................................................................................. 15
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LOẠI RÁC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG
XÂY DỰNG ............................................................................................................. 16
2.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 16
2.2. Tro bay ............................................................................................................... 16
2.2.1. Khái niệm về tro bay ........................................................................................ 16
2.2.2. Các nguyên tố vi lượng trong tro bay ............................................................... 19
2.2.3. Cấu trúc hình thái của tro bay........................................................................... 19
2.2.4. Phân loại tro bay .............................................................................................. 20
2.2.5. Tính ưu việt của tro bay ................................................................................... 24
2.2.6. Các công trình nghiên cứu ứng dung tro bay trong lĩnh vực xây dựng .............. 26
2.2.6.1. Công trình trong nước .................................................................................. 26
2.2.6.2. Công trình ngoài nước .................................................................................. 27
2.3. Tro xỉ lò cao........................................................................................................ 28
2.3.1. Phân loại xỉ lò cao ............................................................................................ 28
2.3.2. Tính chất của xỉ lò cao và xỉ thép ..................................................................... 29
2.3.2.1. Đặc tính của xỉ lò cao ................................................................................... 29
2.3.2.2. Ảnh hưởng đến môi trường ........................................................................... 30
2.4. Metakaolin .......................................................................................................... 35
2.4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 35
C
C
2.4.2. Thành phần hóa học của chất Metakaolin ......................................................... 36
R
L
T.
2.4.3. Phân loại .......................................................................................................... 37
2.4.4. Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng ................................................................... 38
2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 39
U
D
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXIT
CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ TRO XỈ LÒ CAO .......................... 39
3.1. Giới thiệu chung. ................................................................................................ 39
3.2. Chương trình thí nghiệm ..................................................................................... 39
3.2.1. Tiêu chuẩn áp dụng. ......................................................................................... 39
3.2.2. Vật liệu thí nghiệm........................................................................................... 40
3.2.3. Thiết bị sử dụng ............................................................................................... 51
3.2.3.1. Ván khuôn ..................................................................................................... 51
3.2.3.2. Máy trộn ....................................................................................................... 51
3.2.3.3. Thiết bị đầm bê tông ..................................................................................... 52
3.2.3.4. Thiết bị đo độ sụt .......................................................................................... 52
3.2.3.5. Máy nén mẫu kiểm tra cường độ bê tông ....................................................... 53
3.2.3.6. Cân điện tử ................................................................................................... 54
3.2.4. Thành phần cấp phối các bê tông ..................................................................... 55
3.2.5. Quy trình đúc mẫu và bão dưỡng mẫu. ............................................................. 55
3.2.6. Quy trình thực hiện khi ngâm mẫu bê tông trong dung dịch axit 10% .............. 60
3.2.7. Xác định cường độ chịu nén của bê tông .......................................................... 62
3.3. Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 63
3.3.1. Độ sụt mẫu bê tông. ......................................................................................... 63
3.3.2. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao đến bề mặt bê tông do xâm thực axit. ........... 64
3.3.3. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao đến sự giảm khối lượng do xâm thực của dung
dịch axit ..................................................................................................................... 69
3.3.4. Ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến sự suy giảm cường độ do axit............. 72
3.4. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 75
1. Kết luận ................................................................................................................. 76
2. Kiến nghị ............................................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 78
C
C
U
D
R
L
T.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC AXİT
CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG MỘT SỐ LOẠİ RÁC THẢİ CÔNG NGHİỆP
Học viên: Phạm Công Tuấn Trung
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
Khóa: K36, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt
Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện Vũng Án
và xỉ lò cao S95 đối với cường độ chịu nén và khả năng chống xâm thực axít của bê
tông. Tỉ lệ các thành phần cấp phối là xi măng: cát: đá
= 1 : 2 : 3 và giữ không đổi trong suốt thí nghiệm. Xi măng portland được thay thế bởi
tro bay loại F và xỉ lò cao S95 với các tổng tỉ lệ thay thế lần lượt là 20%, trong khi tỉ lệ
nước/chất kết dính (tổng của xi măng, tro bay và xỉ lò cao) là 0.6. Các thí nghiệm cường
độ chịu nén và chống xâm thực axit được thực hiện trên mẫu lập phương kích thước
100x100x100mm đến thời điểm sau 90 ngày ngâm trong dung dịch axit sulphuric
H2SO4 10%.
C
C
R
L
T.
U
D
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, tro
bay và xỉ lò cao đều góp phần nâng cao độ linh động của vữa bê tông. Tro bay và xỉ lò
cao đều nâng cao khả năng chống xâm thực axit của bê tông thông qua việc giảm sự hư
hại bề mặt, giảm đi sự hao hụt khối lượng và sự suy giảm cường độ chịu nén. Khả năng
chống xâm thực axit càng tăng khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng càng lớn, tuy
nhiên khả năng chống xâm thực axit giảm dần khi hàm lượng xỉ lò cao thay thế xi măng
tăng lên. Nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, cấp phối tối ưu cho việc chống xâm
thực của dung dịch axit sulphuric H2SO4 10% khi sử dụng kết hợp giữa tro bay và xỉ lò
cao là 5% xỉ lò cao và 15% tro bay.
Từ khóa: cường độ chịu nén, xâm thực axit, tro bay, xỉ lò cao, bê tông
THE STUDY OF THE ACID ANTI – INVASIVE CAPABILITY OF
CONCRETE USING SOME TYPES OF INDUSTRIAL WASTE
Abstract
The thesis investigated the effect of GGBS, fly ash on the acid resistance of
concrete. The mix composition was cementitious material (OPC+ fly ash+ GGBS):
sand: coarse aggregate: water of 1:2:3:0.6 in which 20% by mass of total cementitious
materials of cement was replaced by class F fly ash and GGBS. The tests were
conducted on the cubes dimensions of 100x100x100mm at up to 90 days immersed in
10% H2SO4 solution.
The results show that within the range of investigation, both fly ash and GGBS
improved the workability of fresh concrete. Both fly ash and GGBS increase the acid
resistance of concrete by reduction in surafce deterioration, mass loss and compressive
strength loss. The more fly ash used the better acid resistance of concrete, however the
less improvement of acid resistance appeared when GGBS proportion is increased. The
proportion of 15% fly ash and 5% of GGBS is recommended to use to replace 20%
OPC for acid resistance.
C
C
U
D
R
L
T.
Keywords: compressive strength, acid resistance, fly ash, GGBS, concrete.
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu
hình
Hình 1.1
Tro núi lửa pozzolana - Bê tông thời cổ đại.
5
Hình 1.2
Đấu trường Colosseum - Rome, Italy
5
Hình 1.3
Bê tông cốt thép
6
Hình 1.4
Bê tông tiêu thấm
6
Hình 1.5
Bê tông nano
7
Hình 1.6
Công trình bị xâm thực bởi nước biển
10
Hình 1.7
Quá trình Carbonat hoá trong bê tông
12
Hình 1.8
Kết cấu cầu cảng bị xâm thực bởi nước biển
12
Hình 1.9
Quá trình xâm nhập của ion clorua
Hình 2.1
Tro bay
Hình 2.2
Sự tương phản về kích thước giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và
các hạt nhỏ
19
Hình 2.3
Biểu diễn đặc trưng dạng
19
Hình 2.4
Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF
20
Hình 2.5
Cấu trúc tro bay tiếp xúc dung dịch HF trong thời gian dài
20
Hình 2.6
Biểu đồ lượng tro bay tạo thành, tro bay sử dụng và phần trăm sử
dụng tro bay ở Trung Quốc từ 2001-2008
23
Hình 2.7
Đập Puylaurent ở Pháp
27
Hình 2.8
Bê tông asphalt sử dụng
27
Hình 2.9
Phân loại xỉ lò cao, thép
27
Tên hình
Trang
C
C
R
L
T.
U
D
13
17
Hình 2.10 Sơ đồ công nghệ quá trình tạo ra xỉ lò cao
29
Hình 2.11 Thành phần hạt xỉ hạt lò cao của nhà máy gang thép tại Việt Nam
30
Hình 2.12 Cấu tạo chất Kaolin
35
Hình 2.13 Chất Metakaolin
36
Hình 3.1
Biểu đồ phân tích tỉ lệ hạt
42
Hình 3.2
Cốt liệu trộn bê tông được phơi khô hoàn toàn
42
Hình 3.3
Phân tích tỉ lệ theo sàng
45
Hình 3.4
Cốt liệu trộn bê tông được phơi khô hoàn toàn
45
Hình 3.5
Chuẩn bị ván khuôn
51
Số hiệu
hình
Hình 3.6
Máy trộn bê tông
52
Hình 3.7
Côn thử độ sụt
52
Hình 3.8
Máy nén bê tông TYA 2000
54
Hình 3.9
Cân điện tử
55
Tên hình
Trang
Hình 3.10 Mẫu bê tông ngâm trong nước
56
Hình 3.11 Mẫu bê tông ngâm trong dung dịch axit
56
Hình 3.12 Quy trình thực hiện thí nghiệm
58
Hình 3.13 Đo khối lượng từng vật liệu bằng cân điện tử
59
Hình 3.14 Sử dụng bạt nilong che miệng máy trộn sau khi cho vật liệu vào máy
59
Hình 3.15 Lấy mẫu đo độ sụt
59
C
C
Hình 3.16 Đo độ sụt bê tông
R
L
T.
Hình 3.17 Đổ bê tông vào khuôn
Hình 3.18 Dán phiếu bê tông mỗi cấp phối
59
59
60
Hình 3.19 Đặt mẫu cố định một chỗ tránh tác động mạnh
60
Hình 3.20 Dưỡng hộ mẫu bê tông trong nước
60
Hình 3.21 Xếp mẫu bê tông vào thùng
61
Hình 3.22 Đo khối lượng của nước
61
Hình 3.23 Đổ dung dịch axit vào ca nhựa
61
Hình 3.24 Cân khối lượng axit cần dùng
61
Hình 3.25 Tiến hành pha loãng axit sulphuric 98% với nước
61
U
D
Hình 3.26
Ngâm mẫu bê tông trong dung dịch axit sulphuric 10% từ 28 đến
90 ngày
62
Hình 3.27
Tiến hành phơi khô mẫu để xác định khối lượng bị hao hụt khi ngâm
dung dịch axit
62
Hình 3.28
Cân khối lượng bê tông để xác định phần trăm hao hụt khi bị xâm
thực bởi dung dịch axit
62
Hình 3.29 Kiểm tra máy nén bê tông
63
Hình 3.30 Nén các mẫu bê tông
63
Hình 3.31 Biểu đồ độ sụt bê tông mỗi cấp phối
64
Bề mặt của các mẫu bê tông sau khi ngâm trong dung dịch axit
sulphuric 10%
68
Hình 3.33 Biểu đồ chênh lệch khối lượng bê tông sau ngâm dd axit 28, 56, 90
72
Hình 3.32
Số hiệu
hình
Tên hình
Trang
ngày (%)
Hình 3.34 Biểu đồ suy giảm về cường độ bê tông (%)
73
C
C
U
D
R
L
T.
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu
bảng
Bảng 2.1
Tên bảng
Trang
Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền
17
Bảng 2.2
Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu
khác nhau
18
Bảng 2.3
Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618
21
Bảng 2.4
Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước
23
Bảng 2.5
Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2010-2030
23
Bảng 2.6
Tổng hợp đặc tính của xỉ lò cao
30
Bảng 2.7
Tính chất cơ lý điển hình của xỉ lò cao của một số nhà máy gang
thép tại Việt Nam
32
Bảng 2.8
Thành phần hóa điển Hình của xỉ lò cao của một số nhà máy gang
thép tại Việt Nam
34
Bảng 2.9
Tổng hợp ảnh hưởng môi trường xung quanh của xỉ lò cao, xỉ thép
34
Bảng 2.10
Kết quả đánh giá ảnh đến môi trường khi sản xuất Metakaolin theo
phương pháp đèn chớp và sản xuất xi măng
35
Bảng 2.11
Thành phần hóa học của Metakaolin
36
Bảng 3.1
Thành phần hạt của cát
40
Bảng 3.2
Hàm lượng các tạp chất trong cát
40
Bảng 3.3
Hàm lượng ion Cl- trong cát
40
Bảng 3.4
Đặc tính cơ lý của cát đúc Đại Lộc
42
Bảng 3.5
Thành phần cỡ hạt cát đúc Đại Lộc
42
Bảng 3.6
Thành phần hạt của cốt liệu lớn
44
Bảng 3.7
Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn
44
Bảng 3.8
Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập
44
Bảng 3.9
Đặc tính cơ lý của đá 1x2 (Phước Tường)
44
Bảng 3.10
Thành phần cỡ hạt đá 1x2
45
Bảng 3.11
Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng porland hỗn hợp
46
Bảng 3.12
Thông số xi măng Sông Gianh PCB 40
46
Bảng 3.13
Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây
47
Bảng 3.14
Thông số kỹ thuật của tro bay Vũng Áng 1
49
Bảng 3.15
Thành phần hóa học trung bình của xỉ lò cao Hòa Phát S95
50
C
C
R
L
T.
U
D
Số hiệu
bảng
Bảng 3.16
Tên bảng
Trang
Một số chỉ tiêu chất lượng của hạt Xỉ lò cao Hòa Phát S95
50
Bảng 3.17
Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua
và cặn không tan trong nước trộn vữa
51
Bảng 3.18
Thông số kỹ thuật máy trộn bê tông
52
Bảng 3.19
Thông số côn thử độ sụt
53
Bảng 3.20
Số liệu kỹ thuật máy nén bê tông
53
Bảng 3.21
Thông số cân điện tử Ohaus
54
Bảng 3.22
Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông và chi tiết mẫu thí
nghiệm
55
Bảng 3.23
Độ sụt của bê tông các loạı cấp phốı
63
Bảng 3.24
Chênh lệch khối lượng của mẫu bê tông
69
Bảng 3.25
Phần trăm suy giảm khối lượng khi ngâm dd axit sau 28, 56 và 90
ngày
72
Bảng 3.26
Suy giảm cường độ chịu nén của bê tông khi ngâm dd axit từ 28
đến 90 ngày
73
U
D
R
L
T.
C
C
CÁC TỪ VIẾT TẮT
XLC
:
Xỉ lò cao
TB
:
Tro bay
XM
:
xi măng
C
C
U
D
R
L
T.
1
1. Mở đầu:
Để cải thiện các chỉ số kinh tế kỹ thuật cơ bản trong ngành công nghiệp sản xuất
vật liệu xây dựng cần ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong tái chế rác thải của các
ngành luyện kim, năng lượng và nhiều ngành khác. Nhờ thành phần hóa học đặc thù,
các rác thải này giúp giảm đáng kể lượng xi măng, clinker tiêu hao trong sản xuất bê
tông. Ngoài ra, thông qua xử lý, một số loại rác thải còn có thể thay thế các thành phần
tự nhiên của xi măng và bê tông. Trong thời gian qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu
về việc sử dụng một số loại rác thải công nghiệp trộn vào bê tông như tro bay, xỉ lò
cao,... làm giảm tỉ lệ xi măng trong bê tông. Mặt khác, giải quyết được đầu ra cho các
loại rác thải công nghiệp giảm ô nhiễm môi trường. Đồng thời, giảm tỉ lệ cốt liệu tự
nhiên thuần túy đã được sử dụng trong thời gian dài.
Tro bay là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà
máy nhiệt điện từ quá trình đốt than.
C
C
Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã
rất mịn, có cỡ hạt từ 1 - 10μm, trung bình 9 - 15μm. Tro bay được phân ra hai loại với
các đặc điểm khác nhau: loại C có hàm lượng CaO ≥ 10% và thường bằng 15 - 35%.
Đó là sản phẩm đốt than hoặc than chứa bitum, chứa ít than chưa cháy, thường < 2%.
Loại F có hàm lượng CaO < 10%, thu được từ việc đốt than antraxit hoặc than chứa
bitum, có hàm lượng than chưa cháy nhiều hơn, khoảng 2 - 10%.
R
L
T.
U
D
Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO 2) có rất nhiều
trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ
tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm
cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính
bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt... Ngoài ra,
nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể.
Xỉ lò cao là vật liệu dạng hạt, có cấu trúc dạng thủy tinh được tạo ra từ xỉ nóng
chảy sinh ra trong quá trình luyện gang trong lò cao, khi được làm lạnh nhanh bằng
nước. Đây là loại rác thải của ngành công nghiệp luyện gang thép, thải phẩm ở dạng
hạt có đường kính từ 10 ÷ 200 mm. Đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxit
sắt thành gang. Hiện nay, nó là vật liệu phổ biến được dùng trong sản xuất xi măng xỉ
lò cao trên thế giới. Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng đã góp phần
vào việc xử lý nguồn phế thải công nghiệp vì xi măng xỉ lò cao thực sự có nhiều tính
chất đặc biệt như bền trong môi trường nước biển, bền sunfat, ít toả nhiệt, phù hợp với
bê tông khối lớn, chống thấm tốt…
Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang. Xỉ
lò cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷ 48%, SiO 2 từ 35% ÷ 38%,
Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng CaO + MgO thường đạt 40% ÷ 50% hay cao
hơn nữa. Như vậy, có thể coi xỉ lò cao như là một loại vật liệu có tính kiềm cao, mô-đun
2
kiềm Mk từ 0.9 ÷ 1.2 và mô-đun hoạt tính Ma từ 0.16 ÷ 0.53. Chúng được coi là có hoạt
tính thuỷ lực cao, có khả năng tự đóng rắn như xi măng porland. Hoạt tính thuỷ lực này
được tăng lên rõ nét khi xỉ lò cao được hoạt tính hoá bằng kiềm – sun phát. Những loại
xỉ kiềm cao có mô-đun hoạt tính Ma càng lớn và càng nhiều hàm lượng pha thuỷ tinh
(pha lỏng) thì thể hiện hoạt tính thuỷ lực càng mạnh. Đặc điểm quan trọng này là căn cứ
chủ yếu định hướng cho việc sử dụng xỉ lò cao cho sản xuất xi măng xỉ lò cao.
Sự phát triển của công nghệ sản xuất bê tông trên cơ sở các rác thải công nghiệp
hóa chất và luyện kim đã qua xử lý mở ra cơ hội lớn để tiết kiệm xi măng Portland và
tiết kiệm nguồn năng lượng sản xuất. Công nghệ này đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật to
lớn, do năng lượng tiêu hao, giá thành cũng như các chi phí cơ bản khác giảm nhiều lần.
Hơn nữa, hiệu quả xã hội, sinh thái của công nghệ cũng không nhỏ.
Tuy nhiên, hiện nay, nhiều công trình xây dựng sử dụng bê tông có sử dụng nhiều
loại vật liệu mới đặc biệt là các hồ chứa nước thải công nghiệp (trong đó có rác thải
dung dịch axit) không quan tâm đến vấn đề chống thấm mà chỉ dựa vào cường độ bê
tông yêu cầu để thiết kế thành phần bê tông. Vì vậy sau một thời gian nhiều công trình
bê tông cốt thép ở trong nước và dưới đất trong đó có môi trường axit bắt đầu bị ăn mòn
dẫn đến hư hỏng.
C
C
R
L
T.
Khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng một số rác thải công nghiệp
chịu ảnh hưởng chủ yếu từ yếu tố chất kết dính và lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với
nhau. Vấn đề được đặt ra là trong thành phần cấp phối bê tông sử dụng tỉ lệ thành phần
tro bay, xỉ lò cao và xi măng như thế nào để mang lại hiệu quả chống xâm thực axit cho
bê tông mà vẫn đạt yêu cầu về cường độ. Đây chính là lý do tác giả làm đề tài “Nghiên
cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng một số loại
rác thải công nghiệp”.
U
D
2. Mục tiêu đề tài.
Đánh giá ảnh hưởng của rác thải công nghiệp (xỉ lò cao và tro bay với tỉ lệ khác
nhau) đến khả năng chống xâm thực của dung dịch axit sunfuric (H 2SO4) 10% của bê
tông khi sử dụng các rác thải công nghiệp
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đánh giá các công trình nghiên cứu trước đó về sự tác động riêng biệt của xỉ lò
cao và tro bay đến khả năng chống xâm thực axit của bê tông.
- Các loại vật liệu:
+ Xỉ lò cao S95 Hòa Phát;
+ Cát đúc Đại Lộc (huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam);
+ Đá 1x2cm tại mỏ đá Phước Tường (quận Cẩm Lệ, thành phố Đà Nẵng);
+ Xi măng Sông Gianh PCB40;
+ Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 (Xã Kỳ Lợi, huyện Kỳ Anh,
3
tỉnh Hà Tĩnh).
- Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng xỉ lò cao, tro bay đến khả năng chống xâm thực
dung dịch axit sunfuric (H2SO4) 10% của bê tông tại các thời điểm xâm thực từ 28 đến
90 ngày sau khi dưỡng hộ bê tông có sử dụng rác thải công nghiệp.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam:
+ TCVN 3105:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - lấy mẫu, chế tạo và
bão dưỡng mẫu;
+ TCVN 3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt;
+ TCVN 3115:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định khối lượng thể tích;
+ TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén.
- Thí nghiệm xác định sự hư hại bề mặt, sự suy giảm khối lượng và sự suy giảm
cường độ chịu nén của bê tông có thành phần tỷ lệ xỉ lò cao, tro bay và thế xi măng với
tỉ lệ khác nhau được ngâm trong dung dịch axit sunfuric (H 2SO4) 10% với thời gian khác
nhau.
R
L
T.
- Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm.
- Kết luận
5. Bố cục luận văn
C
C
U
D
Chương 1: Tổng quan bê tông và các đặc tính cơ lý, độ bền của bê tông
Chương 2: Một số loạı rác thảı công nghıệp và ứng dụng trong xây dựng
Chương 3: Thı́ nghıệm xác đınh
̣ khả năng chống xâm thực axıt của bê tông có sử
dụng tro bay và tro xỉ lò cao
Kết luận và kiến nghị
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, ĐỘ BỀN
CỦA BÊ TÔNG
1.1. Bê tông
Bê tông là đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính
(thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt
liệu có 2 loại nhỏ và lớn. Loại nhỏ là cát có kích thước từ 1-5 mm, loại lớn là sỏi hoặc
đá dăm có kích thước từ 5-40 mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất
dẻo khác.
Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như
trong quá trình sử dụng. Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp
bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường độ của
bê tông trong thời gian đầu, chống thấm. Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu
lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm
chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống
lại các biến dạng.
C
C
R
L
T.
Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau,
sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại
một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi). Quá trình khô cứng của
bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự
giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Các quá trình này làm cho bê tông
trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo.
U
D
1.1.1. Nguồn gốc của bê tông
Bê tông là vật liệu nhân tạo được hình thành từ vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết
dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Mặc dù vậy, nó chỉ đúng với
dạng bê tông hiện đại, trong khi đó, bê tông lại có nguồn gốc từ rất lâu rồi. Theo các
nghiên cứu khảo cổ khoảng 2 ngàn năm trước, người dân La Mã đã biết sửa dụng tro
núi lửa trộn với nước như một loại "bê tông đặc biệt" trong việc tạo nên những công
trình thế kỷ sau này, điển hình là đấu trường Colosseum tại thủ đô Rome, (Hình 1.1) [35].
Cụ thể, những thợ thủ công cổ đại của thành phố cảng Pozzuoli (nay là thủ phủ
tỉnh Naples, Italy) trở nên cực kỳ nổi tiếng nhờ một loạt vật liệu có tên pozzolana - thành
phần chính là tro núi lửa của ngọn núi Campi Flegrei gần đó (Hình 1.2). Theo những
ghi chép khảo cổ, pozzolana được mệnh danh là "vật liệu thần thánh" khi chỉ cần trộn
nó với nước là được một loại đất dẻo có thể tạo hình theo ý muốn và khi để khô nó sẽ
cùng với đá khối tạo ra những bức tường thành bất khả xâm phạm với kẻ thù. Đây chính
là dạng "bê tông" đầu tiên của nhân loại [35].
Các nhà khảo cổ đã phát hiện ra pozzolana là hỗn hợp của Silic dioxit (SiO 2), có
nhiều trong cát, và vôi sống (CaO) - hai trong ba thành phần chính của bê tông trước khi
xi măng xuất hiện. Ngay lập tức, đội ngũ khảo cổ đã nhờ đến sự trợ giúp của các chuyên
5
gia địa chất của đại học Stanford để nghiên cứu khu vực miệng núi lửa Campi Flegrei
[35]
.
Hình 1.1: Tro núi lửa pozzolana - Bê
tông thời cổ đại.
Hình 1.2: Đấu trường Colosseum Rome, Italy
C
C
Đội ngũ nghiên cứu sau khi thu thập đủ dữ liệu đã phát hiện ra khu vực miệng núi
lửa có rất nhiều đá vôi (CaCO3), dưới nhiệt cực cao của khu vực này thì một phản ứng
hóa học cơ bản đã xảy ra:
R
L
T.
CaCO3 → CaO + CO2
U
D
Khi núi lửa phun trào, lớp CaO tích tụ lâu ngày sẽ bắn lên không trung và bay xa.
Không ít mảng lớn sẽ bay về phía bờ biển cách đó không xa và lẫn với cát biển, những
người thợ thủ công tại Pozzuoli đã phát hiện ra chúng và họ tình cờ nhận thấy những
mảng bị ẩm ướt có thể trở nên cực kỳ rắn chắc khi chúng bị phơi khô dưới ánh nắng. Bê
tông có nguồn gốc từ đây.
1.1.2. Các loại bê tông hiện đại điển hình
Sau khi đế chế La Mã sụp đổ, năm 1824, Joseph Aspdin chính thức sáng tạo ra xi
măng Portland - đặt nền móng cho bê tông hiện đại. Với việc nung đá vôi và đất sét giàu
silic dưới điều kiện 600oC, Joseph Aspdin đã tạo canxi silicat (Ca2SiO4) giống như cách
núi lửa Campi Flegrei đã từng làm.
Với sự xuất hiện của xi măng Portland, ngành xây dựng thực sự đã thay đổi sau
những năm 40 của thế kỷ 19. Thậm chí, các chuyên gia đã tạo ra nhiều loại bê tông khác
nhau để phù hợp với những mục đích sử dụng cụ thể.
1.1.2.1. Bê tông cốt thép
Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật liệu là bê
tông và thép. Sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm nổi bật cho bê tông cốt thép. Thép
và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó tránh được sự ảnh hưởng của
nhiệt độ môi trường.
Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định vị bê tông
nhằm tránh nứt vỡ. Bê tông có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm
6
này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt. Trong hầu hết các công trình
hiện nay, bê tông cốt thép đóng vai trò là kết cấu chịu lực chính cho cả công trình, (Hình
1.3).
Hình 1.3: Bê tông cốt thép
C
C
1.1.2.2. Bê tông tiêu thấm
Bê tông tiêu thấm nước với những ưu điểm vượt trội như làm giảm thiểu ô nhiễm
nước mưa, bảo vệ nguồn nước ngầm là một hướng mới về công nghệ bê tông thân thiện
với môi trường. Công nghệ bê tông mới này đang được các nước trên thế giới chú trọng
phát triển đặc biệt là với những nước mà vấn đề ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi
trường mang tới những hậu quả nghiêm trọng [35].
R
L
T.
U
D
Khả năng cho nước thấm qua bê tông mà vẫn đảm bảo về cường độ và tuổi thọ
giúp cho loại bê tông này vượt trội hơn các loại bê tông truyền thống. Trên thế giới, đã
có một số nước áp dụng bê tông thấm nước vào trong các công trình xây dựng như
đường giao thông, vỉa hè, bãi đỗ xe,… và đã đạt được hiệu quả cao về mặt môi trường,
kinh tế, kết cấu, thẩm mỹ,…(Hình 1.4).
Hình 1.4: Bê tông tiêu thấm
1.1.2.3. Bê tông sinh học
Những công trình làm từ bê tông theo thời gian sẽ xuất hiện những vết nứt không
- Xem thêm -