Tài liệu Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng một số loại rác thải công nghiệp (tt)

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 UT.L D Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng - Năm 2020 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Chính Phản biện 1: PGS.TS. Trương Hoài Chính Phản biện 2: TS. Đặng Khánh An C C R UT.L Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp D thạc sĩ xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp tại Trường Đại học Bách khoa, vào ngày 11 tháng 7 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 1. Mở đầu: 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[2].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%. 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. Xỉ lò cao là một sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxít sắt thành gang. 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”. C C R UT.L 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 (H2SO4) 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); 2 + 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, 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 C C R UT.L sụt; + TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén. D - 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 (H2SO4) 10% với thời gian khác nhau. - Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm. - Kết luận. 5. Bố cục luận văn 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 3 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 540 mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác [11] . 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. C C R UT.L 1.1.2. Các loại bê tông hiện đại điển hình 1.1.2.1. Bê tông cốt thép D 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. 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. 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 thể chữa lành. Giáo sư sinh vật Jonkers đã đề xuất loại một loại bê tông có thể tự "hàn gắn" các vết nứt chỉ nhờ vào vi khuẩn và nước 4 mưa. Những loại vi khuẩn Bacillus hoặc Sporosarcina sẽ được cho ngủ đông và đóng gói trong những hạt rất nhỏ, tương tự như bột trắng, mịn và bổ sung vào kết cấu bê tông trong quá trình xây dựng. Chúng sẽ được đóng gói cùng với thức ăn là canxi lactat. 1.1.2.4. Bê tông nano Việc sử dụng bột nano và sợi nano như là phụ gia trong sản xuất bê tông không chỉ làm cho cường độ của bê tông tính năng siêu việt, có thể tăng lên gấp hàng chục lần, mà còn nhiều tính chất khác như độ chảy và bám dính, bền ăn mòn hoặc ngăn cản từ trường có thể đạt được tối ưu nhất, 1.2. Các tính chất cơ lý của bê tông 1.2.1. Tính công tác Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ thuật cơ bảncủa hỗn hợp bê tông, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảođược độ đồng nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định.Để đánh giá tính công tác của hỗn hợp bê tông người ta thường dùng haichỉ tiêu đó làđộ lưu động và độ cứng. C C R UT.L D 1.2.2. Tính co ngót Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ratrong nước và co lại trong không khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần. Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông, cònhiện tượng co ngót luôn luôn kéo theo hậu quả xấu. Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng. 1.2.3. Cường độ chịu nén Cường đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông. Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: Lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để đo cường độ có kích thước 150x150x150(mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn trong thời gian 28 ngày. 1.2.4. Tính chống thấm của bê tông Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao 5 quản. Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0.5μm. Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng. Tính chống thấm của bê tông được xác định theo TCVN 3116:1993. 1.2.5. Các đặc tính độ bền của bê tông 1.2.5.1. Nguyên nhân ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển. Thông thường, khi kết cấu bê tông được thiết kế phù hợp và được đúc cẩn thận, kết cấu luôn bền vững trong suốt tuổi thọ làm việc. Cốt thép được bảo vệ hoàn toàn trong môi trường kiềm của bê tông nhờ vào hàm lượng lớn của canxi oxit, natri oxit và kali oxit hoà tan. Các hợp chất kiềm trong bê tông giữ độ pH ở mức 12-13 giúp tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép. Trong điều kiện thông thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ cốt thép chống lại sự tấn công của các tác nhân ăn mòn từ môi trường. C C R UT.L 1.2.5.2. Quá trình Carbonat hoá trong bê tông D Sự tập trung hàm lượng dung dịch Canxi hydroxit hoà tan (Ca(OH)2) trong các lỗ hổng của kế cấu bê tông là kết quả của quá trình thuỷ hoá xi măng giúp giữ độ pH ở ngưỡng an toàn 12-13. Như đã nói, trong môi trường kiềm, cốt thép hoàn toàn được bảo vệ khỏi các tác nhân ăn mòn nhờ vào lớp màng mỏng trên bề mặt. 1.2.5.3. Sự xâm nhập của ion clorua Nguyên nhân chính của hiện tượng ăn mòn do clorua trong hầu hết các công trình là do sự khuếch tán của ion clorua từ môi trường như: - Kết cấu tiếp xúc trực tiếp với môi trường biển có nhiều muối; - Việc sử dụng muối làm tan băng hoặc các hợp chất hoá học có clorua. Tương tự quá trình carbonat hoá, quá trình xâm nhập của clorua không trực tiếp ăn mòn cốt thép, ngoại trừ chúng phá vỡ lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép và thúc đẩy quá trình ăn mòn phát triển. Có bốn cơ chế xâm nhập của ion clorua qua lớp bảo vệ bê tông: - Sức hút mao dẫn; 6 - Sự thẩm thấu do tập trung hàm lượng ion clorua cao trên bề mặt bê tông; - Thẩm thấu dưới áp căng bề mặt; - Sự dịch chuyển do chênh lệch điện thế. 1.2.5.4. Nguyên nhân xâm thực hư hại bê tông trong môi trường hoá chất. Bê tông bị ăn mòn ở cả 3 môi trường rắn, lỏng và khí. Quá trình ăn mòn của bê tông chủ yếu là sự thay đổi thành phần hoá học của xi măng dưới tác dụng của các chất hoá học trong môi trường. Trong thành phần xi măng có các chất như Ca(OH)2 và C3AH6 dễ hoà tan, chúng tan vào nước làm cho cấu trúc bê tông bị rỗng do đó cường độ bê tông giảm và có thể bị phá huỷ. Mặt khác chúng có tính hoạt động hoá học mạnh, dễ tương tác với một số hợp chất hoá học của môi trường như axit, muối tạo thành các sản phẩm mới dễ hoà tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều, gây nội ứng suất phá hoại kết cấu bê tông. Trong các chất gây ăn mòn bê tông thì các axit và muối axit gây ra ăn mòn bê tông nhiều nhất và mạnh nhất. C C R UT.L 1.2.5.5. Biện pháp bảo vệ kết cấu bê tông cốt thép khỏi ăn mòn. D - Thay đổi thành phần khoáng hoá của xi măng, thêm bớt các phụ gia vào trong xi măng làm tăng độ chịu ăn mòn môi trường. - Nâng cao độ đặc chắc và độ dày của bê tông (lớp bảo vệ cốt thép). Chất lượng bê tông và việc tính toán hợp lý bề dày lớp bảo vệ cốt thép là những nhân tố đầu tiên giúp làm chậm quá trình ăn mòn cốt thép. Những công nghệ chống ăn mòn khác thường được sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép bao gồm sử dụng các màng ngăn chặn sự xâm thực của nước, của các muối, các axit. Các màng ngăn như sơn polime lên bề măt bê tông, quét epoxy, quét lớp bitum, dán cao su... 1.3. Kết luận Chương 1 Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về bê tông, các đặc tính cơ lý, trình bày nguồn gốc, lịch sử hình thành, chi tiết một số tính chất quan trọng như tính công tác, tính co ngót, cường độ chịu nén và cấp độ chống thấm của bê tông. 7 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LOẠI RÁC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG 2.1. Giới thiệu Rác thải công nghiệp là rác thải được tạo ra từ hoạt động công nghiệp, bao gồm bất kỳ vật liệu nào trở nên không còn khả năng sử dụng trong quá trình sản xuất tại các nhà máy, công nghiệp, luyện kim và hoạt động khai thác. Các loại rác thải công nghiệp bao gồm bụi bẩn và sỏi, gạch và bê tông, kim loại phế liệu, dầu, dung môi, hóa chất, gỗ phế liệu, thậm chí cả thực vật từ các nhà hàng. 2.2. Tro bay 2.2.1. Khái niệm về tro bay Tro bay là một loại khoáng hoạt tính Pozzolan dùng làm phụ gia cho chế tạo bê tông cường độ cao Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ buồng đốt qua ống khói nhà máy. C C R UT.L D 2.2.2. Các nguyên tố vi lượng trong tro bay Quá trình đốt cháy than đá là một trong những nguyên nhân chính làm ô nhiễm không khí và phát tán các kim loại các nguyên tố vi lượng độc hại. Hiểu được sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng như hàm lượng của nó có trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong vấn đề đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các ứng dụng tro bay. 2.2.3. Cấu trúc hình thái của tro bay Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau. Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng. Thông thường, các hạt tro bay hình cầu, rắn được gọi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong rỗng có tỷ trọng thấp hơn 1.0 g/cm3 được gọi là các hạt rỗng. 2.2.4. Phân loại tro bay 8 * Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM - C618 của Mỹ: + Tro bay là loại F nếu (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) lớn hơn 70%. + Tro bay là loại C nếu (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ hơn 70%. * Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10302 - 2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng tro bay được phân loại như sau: -Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành 2 loại: + Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10%, ký hiệu: F + Tro bazơ: tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10%, ký hiệu: C -Theo mục đích sử dụng, tro bay được phân thành 2 loại: + Tro bay dùng cho xi măng; + Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây. 2.2.5. Tính ưu việt của tro bay C C R UT.L Tăng cường độ bê tông; giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn; chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao; tính chịu lực cao của bê tông tự nén với tro bay;... D 2.2.6. Các công trình nghiên cứu ứng dung tro bay trong lĩnh vực xây dựng 2.2.6.1. Công trình trong nước Tro bay được dùng làm phụ gia bê tông khối lớn áp dụng công nghệ đổ bê tông đầm lăn cho các công trình đập thuỷ điện như: nhà máy thuỷ điện Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh 2,… đập Bái Thượng (Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đập Lòng Sông (Bình Thuận),…. 2.2.6.2. Công trình ngoài nước - Tro bay trong bê tông: Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ của đường. - Tro bay làm đường: Tro bay có thể được sử dụng để xây dựng đường và đê kè. - Gạch không nung từ tro bay: Tro bay cũng là phế liệu thân thiện môi trường. Gạch tro bay được tạo thành từ tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất độn chính và cát là chất độn thứ hai. 9 2.3. Tro xỉ lò cao 2.3.1. Phân loại xỉ lò cao a. Xỉ lò cao Xỉ lò cao được tạo ra trong quá trình sản xuất gang. Tùy thuộc vào quy trình làm nguội, xỉ lò cao được chia thành hai loại: xỉ lò cao làm nguội chậm - được làm nguội tự nhiên nhờ không khí hoặc nước và xỉ hạt lò cao. b. Xỉ thép (Steel slag) Xỉ thép được tạo ra từ quá trình sản xuất thép. Tùy thuộc vào lò luyện thép mà xỉ thép được chia thành hai loại: xỉ lò thổi (Basic Oxygen Furnace slag, viết tắt là xỉ BOF) hay còn gọi là lò chuyển – converter) và xỉ lò hồ quang điện. 2.3.2. Tính chất của xỉ lò cao và xỉ thép 2.3.2.1. Đặc tính của xỉ lò cao C C R UT.L 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… D 2.3.2.2. Ảnh hưởng đến môi trường Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến môi trường khi sử dụng làm vật liệu xây dựng được đánh giá thông qua nước lọc rửa qua vật liệu sử dụng xỉ. Đặc điểm chung tác động đến môi trường xung quanh của xỉ lò cao là tạo ra môi trường kiềm với pH ban đầu có thể lên đến 8-12, sau đó giảm dần theo thời gian. Xỉ thép tạo ra môi trường kiềm cao hơn so với xỉ lò cao. Xỉ ABFS khi chưa được xử lý có thể tạo ra nước lọc rửa có màu vàng/xanh, có mùi. 2.4. Metakaolin 2.4.1. Khái niệm Metakaolin là một loại vật liệu puzolan thu được bằng cách nung kaolinit ở nhiệt độ dao động từ 700°C đến 800°C. Theo tài liệu nghiên cứu của Trịnh Quang Minh, khi sản xuất ra 1 tấn Metakaolin bằng phương pháp đèn chớp sẽ sản sinh ra môi trường 96kg CO2, ít hơn rất nhiều so với sản xuất xi măng (xấp xỉ 1 tấn CO2/1 tấn xi măng), Metakaolin là một 10 loại vật liệu thân thiện với môi trường. 2.4.2. Thành phần hóa học của chất Metakaolin Metakaolin có màu trắng hoặc gần trắng (độ sáng từ 79 – 82/100), dạng bột với khối lượng riêng vào khoảng 2.5 g/cm3.Kích thước hạt rất nhỏ với 99% hạt nhỏ hơn 16 µm, kích thước hạt trung bình khoảng 2.23 - 3 µm, diện tích bề mặt của Metakaolin vào khoảng 12 - 15.5 m2/g. Công thức hóa học của Metakaolin là Al 2 Si 2 O7 , thành phần hóa học của Metakaolin chủ yếu là SiO2 và Al2O3 và các thành phần hóa học chiếm khối lượng nhỏ khác. 2.4.3. Phân loại - Kaolin nguồn gốc phong hóa: Theo tài liệu hiện có, kaolin nguồn gốc phong hoá tập trung chủ yếu ở Đông Bắc Bộ và ít hơn, có ở Trung Bộ và Tây Nguyên, bao gồm: - Kaolin nguồn gốc trầm tích: Kaolin nguồn gốc trầm tích phân bố trong các trầm tích Đệ tứ không phân chia, hình thành trong các thung lũng giữa núi, các bậc thềm sông và thềm ven bờ biển. C C R UT.L D - Kaolin nguồn gốc nhiệt dịch biến chất trao đổi trong các đá phun trào axit: Các thân kaolin-pyrophyllit được thành tạo do sự tiếp xúc trao đổi giữa các dung dịch nhiệt dịch với các đá phun trào ryolit, ryolit porphyr, felsit, tuf của hệ tầng Khôn Làng. 2.4.4. Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng Sự phát triển trong hoạt động xây dựng ở các khu vực khác nhau trên thế giới là yếu tố thúc đẩy chính Kaolin. Kaolin sở hữu các đặc tính như độ mờ tuyệt vời, hình dạng hạt phẳng, tính trơ hóa học và kết cấu không mài mòn, và do đó được sử dụng chủ yếu như một chất độn trong sản xuất sơn và giấy. Trong khi Kaolin được sử dụng trong đồ gạch men, gốm sứ và thiết bị vệ sinh. 2.5. Kết luận chương 2 Qua các nội dung trên, tác giả nhận thấy một số loại rác thải công nghiệp có thể được dùng làm cốt liệu cho gạch không nung, cấu kiện bê tông... như tro bay, xỉ lò cao, metakaolin... Các rác thải này nếu được dùng làm chất độn để giảm thiểu lượng xi măng sử dụng, tăng tính bôi trơn và làm tăng tuổi thọ khuôn. Ngoài ra, giá thành sản phẩm đầu ra có 11 thể cạnh tranh với nguyên liệu tự nhiên ở địa phương như cát san lấp, đá nghiền… và hoàn toàn có thể trộn vào các nguyên liệu này hoặc sử dụng độc lập vì sản phẩm đều đạt tiêu chuẩn cốt liệu cho bê tông và vữa theo TCVN 7570:2006. Bên cạnh đó, việc tiêu thụ sản phẩm giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường, gây hại cho sức khoẻ của con người, vật nuôi. 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 3.1. Giới thiệu chung. Độ bền của bê tông là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự làm việc và tuổi thọ của công trình bê tông cốt thép. Các tác nhân gây hại đến kết cấu bê tông cốt thép như sự tấn công do axit, carbonat, sulphat và chloride. Đây là những nguyên nhân hàng đầu làm suy giảm độ bền của bê tông, làm bê tông bị bong tróc, cốt thép bị ăn mòn. C C R UT.L D 3.2. Chương trình thí nghiệm 3.2.1. Tiêu chuẩn áp dụng. Các tiêu chuẩn được sử dụng trong thí nghiệm bao gồm: - TCVN 11586:2016: Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông và vữa. - TCVN 10302:2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng. - TCVN 3105:1993: Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử. - TCVN 3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt. - TCVN 3118:1993: Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén. - TCVN 7570:2006: Yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu dùng cho bê tông và vữa. 12 - TCVN 7572:2006: Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử. - TCVN 4506:2012: Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật. - ASTM C267-01(2012) Standard Test Methods for Chemical Resistance of Mortars, Grouts, and Monolithic Surfacings and Polymer Concretes. 3.2.2. Vật liệu thí nghiệm. a. Cát - Trong chương trình thí nghiệm này, loại cát sử dụng là cát đúc Đại Lộc, Quảng Nam. b. Cốt liệu lớn (đá 1x2) Trong chương trình thí nghiệm này, loại đá 1x2 sử dụng là đá Phước Tường(Cẩm Lệ, Đà Nẵng). c. Xi măng C C R UT.L Trong chương trình thí nghiệm của luận văn, tác giả sử dụng xi măng Sông Gianh PCB 40 d. Tro bay D Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định theo TCVN 10302:2014 - Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng. Chất lượng các chỉ tiêu tro bay dùng cho bê tông và vữa xây quy định ở Bảng 3.13. Tro bay sử dụng trong chương trình thí nghiệm là tro bay Vũng Áng 1 (Hà Tĩnh) với các thông số kỹ thuật thể hiện trong Bảng 3.1. Theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014, tro bay Vũng Áng 1 là loại F vì có tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3>70%. Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của tro bay Vũng Áng 1 STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 10302:2014 1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % 79.83 Min 45 2 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3 % 0.08 Max 6 13 3 Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd % 0.02 Max 4 4 Hàm lượng mất khi nung MKN % 6.72 Max 15 5 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan) % Nhỏ hơn 0.01 Max 0,1 e. Tro xỉ lò cao Xỉ lò cao là dạng rác thải rắn, sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang trong lò cao. Quy trình sản xuất xỉ hạt lò cao nghiền mịn không quá phức tạp và khá phổ biến tại nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Sau khi được đưa vào dây chuyền nghiền, xỉ hạt được nghiền mịn đến tỷ diện lớn hơn 5.000 cm2/g, đạt tiêu chuẩn loại S95 theo TCVN 11586:2016, mịn hơn xi măng và trở thành một loại phụ gia khoáng hoạt tính rất tốt cho xi măng, bê tông. Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu chất lượng của hạt Xỉ lò cao Hòa Phát S95 Khối lượng riêng Sản phẩm S95 Hòa Phát C C R UT.L Chỉ tiêu D Đơn vị Hòa Phát TCVN 11586:2016 2.8 ≥ 2.8 cm /g 4500 ≥ 4000 % 83 ≥ 75 96 ≥ 95 3 g/cm 2 Bề mặt riêng S95 Chỉ số hoạt tính cường độ 7 ngày 28 ngày Tỷ lệ lưu động % 92 ≥ 90 Độ ẩm % 0.8 ≤ 1.0 Hàm lượng Magie oxit (MgO) % 8.16 ≤ 10.0 Hàm lượng anhydric sunfuric (SO3) % 1.0 ≤ 4.0 % 0.001 ≤ 0.02 % 1.0 ≤ 3.0 Hàm lượng ion Cl - Hàm lượng mất khi nung (MKN) Bảng 3.3: Thành phần hóa học trung bình của xỉ lò cao Hòa Phát S95 14 Oxit FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K 2O TiO2 % 0.38 33.85 13.74 40.08 8.16 0.25 0.82 0.68 f. Nước Tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 - Yêu cầu nước trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu, như sau: - Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ, không có màu, lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15 mg/l, độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12.5; - Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa quy định trong bảng 2.15. Nước sử dụng nguồn nước thành phố Đà Nẵng cấp tại Phòng Thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Trong giới hạn đề tài không thí nghiệm kiểm tra chất lượng nước. C C R UT.L 3.2.3. Thiết bị sử dụng 3.2.3.1. Ván khuôn D Tại thí nghiệm đề tài, tác giả sử dụng ván khuôn bằng gỗ phim với ván khuôn có kích thước 100x100x100mm. Để tránh trường hợp mất nước do khe hở ván khuôn với nhau, thì tại thí nghiệm có sử dụng silicon dán các khe hở tránh tình trạng mất nước khi đầm. 3.2.3.2. Máy trộn Máy trộn bê tông tự do: Máy trộn bê tông 250l tự do có cánh trộn được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay thì cánh trộn quay theo và nâng phối liệu lên cao rồi rơi tự do xuống để trộn đều thành hỗn hợp bê tông. 3.2.3.3. Thiết bị đầm bê tông Thiết bị đầm bê tông là thanh thép tròn trơn đường kính 16mm, dài 600mm, hai đầu múp trơn. 3.2.3.4. Thiết bị đo độ sụt Côn thử độ sụt là một khuôn hình nón cụt, được uốn hoặc cán từ thép tôn dày tối thiểu 1,5 mm. Mặt trong của côn phải nhẵn, không có các vết nhô của đường hàn hoặc đinh tán. Có 02 loại côn N1 và N2. 15 3.2.3.5. Máy nén mẫu kiểm tra cường độ bê tông Máy nén bê tông được sử dụng trong thí nghiệm là loại TYA 2000 – (Chính hãng New LuDa), Model:TYA-2000, xuất xứ: New LuDa – Trung Quốc. 3.2.3.6. Cân điện tử Cân điện tử loại Ohaus được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm hoặc người sử dụng có nhu cầu độ chính xác cao.. 3.2.4. Thành phần cấp phối các bê tông Bảng 3.4: Thành phần cấp phối của bê tông và chi tiết mẫu thí nghiệm Mẫu cấp phối Tro bay Xỉ lò cao Xi măng M1 0 0 100 2 3 0.6 M2 0 20 80 2 3 0.6 M3 5 15 80 2 3 0.6 M4 10 10 80 2 3 0.6 M5 15 5 80 2 3 0.6 M6 20 0 80 2 3 0.6 Cát Đá Nước/(Tro bay+ Xỉ lò cao+ XM) C C R .L DUT Kích thước mẫu lập phương 100x100x100 (mm) 3.2.5. Quy trình đúc mẫu và bão dưỡng mẫu. - Nhóm A: Dưỡng hộ ngâm nước: tiến hành đổ 6 mẻ trộn với 6 cấp phối khác nhau. Mẫu nhóm A, mỗi cấp phối đúc 3 tổ mẫu (mỗi tổ mẫu 03 viên), khuôn mẫu lập phương với kích thước 100x100x100mm. Mỗi tổ mẫu tương ứng với việc ngâm trong nước 28, 56, 90 ngày (sau khi mẫu bê tông được ngâm dưỡng hộ 28 ngày). - Nhóm B: Ngâm trong dung dịch axit sunfuric H2SO4 10%: tiến hành đổ 6 mẻ trộn với 6 cấp phối khác nhau. Mẫu nhóm B, mỗi cấp phối đúc 4 tổ mẫu (mỗi tổ mẫu 3 viên), khuôn mẫu lập phương với kích thước 100x100x100mm. 03 tổ mẫu tương ứng với việc ngâm trong dung dịch axit sunfuric H2SO4 10%dùng xác định cường độ chịu nén tại các thời điểm28, 56, 90 ngày (sau khi mẫu bê tông được ngâm dưỡng hộ 28 ngày). Bên cạnh đó, 01 tổ mẫu tiến hành ngâm trong dung dịch axit Sunfuric 16 H2SO4 10% dùng xác định khối lượng mẫu tại các thời điểm ngâm trong dung dịch axit 28, 56, 90 ngày tương ứng. 3.2.6. Quy trình thực hiện khi ngâm mẫu bê tông trong dung dịch axit sulphuric H2SO410% Khả năng chống xâm thực axit của bê tông được thí nghiệm dựa trên việc hiệu chỉnh Tiêu chuẩn Mỹ ASTM C267- Tiêu chuẩn thí nghiệm về khả năng chống xâm thực hóa của vữa và bê tông. Dung dịch axit sunfuric H2SO4 10% được tạo ra bằng cách hòa tan axit sulphuricH2SO4 98% với nước máy. Nồng độ cao của axit sulphuric H2SO4 10% được dùng nhằm mục đích gia tốc nhanh các thí nghiệm trong khoảng thời gian hợp lý trong phòng thí nghiệm. 3.2.7. Xác định cường độ chịu nén của bê tông Tiến hành nén - Bước 1: Xác định diện tích chịu lực của mẫu bê tông C C R UT.L Đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh song song của hai mặt chịu nén, xác định diện tích hai mặt chịu nén trên và dưới theo các giá trị trung bình của các cặp cạnh đã đo. Diện tích chịu lực nén của mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của hai mặt. D - Bước 2: Xác định tải trọng phá hoại mẫu Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20 – 80% tải trọng cực đại của thang lực nén đã chọn. Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâm thớt dưới của máy. Vận hành máy cho mặt trên của mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của máy. Tiếp đó tăng tải liên tục với vận tốc không đổi từ 4 đến 6 daN/cm2 trong một giây cho tới khi mẫu bị phá hoại. Lực tối đa đạt được là giá trị tải trọng phá hoại mẫu. 3.3. Kết quả và thảo luận 3.3.1. Độ sụt mẫu bê tông. Bảng 3.5: Độ sụt của bê tông các loạı cấp phốı CẤP PHỐI ĐỘ SỤT (cm) M1 8.5 M2 8.8 17 M3 9 M4 11 M5 12 M6 13 Nhận xét: Độ sụt của hỗn hợp bê tông thay đổi tỷ lệ thuận với hàm lượng tro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng trong thành phần cấp phối, thể hiện rõ nhất khi thay thế khối lượng xi măng tại mẫu M4 (10%XLC, 10%TB), M5 (5%XLC, 15%TB), M6 (0%XLC, 20%TB). Độ sụt của hỗn hợp bê tông đối chứng M1 là 8.5cm tăng lần lượt là 11cm; 12cm và 15cm khi tro bay được sử dụng để thay thế xi măng tăng từ 0% đến 10%; 15% và 20%. Hỗn hợp bê tông khi có tro bay sẽ linh động hơn so với bê tông thông thường không có tro bay và có xỉ lò cao S95 thay thế xi măng. Còn đối với mẫu M2 (20%XLC, 0%TB) và M3(15%XLC, 5%TB) thì nhận thấy, xỉ lò cao cũng góp phần tăng độ sụt so với mẫu đối chứng M1 tằng từ 8.5cm đến 8.8cm, 9cm; tuy nhiên so với tro bay thì xỉ lò cao làm tăng độ sụt ít hơn. C C R UT.L D 3.3.2. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao đến bề mặt bê tông do xâm thực axit. - So sánh các mẫu được ngâm trong dung dịch axit lẫn nhau để đánh giá ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao:Khi các mẫu bê tông được ngâm trong dung dịch axit sulphuric H2SO4 10% được thể hiện tại Hình 3.31nhận thấy mẫu bê tông được ngâm dung dịch axit sunfuric H2SO4 10% trong 28 ngày thì mẫu M1 (đối chứng), M2 (20%XLC, 0%TB), M3 (15%XLC, 5%TB) xuất hiện bề mặt ghồ ghề thấy cốt liệu bên trong, còn mẫu M4 (10%XLC, 10%TB), M5 (5%XLC, 15%TB), M6 (0%XLC, 20%TB) thì bề mặt bê tông chưa xuất hiện dấu hiệu bị xâm thực của dung dịch axit sunfuric H2SO4 10%. Khi tiếp tục ngâm các mẫu bê tông đến 56 ngày, nhận thấy mẫu bê tông đối chứngM1, M2 (20%XLC, 0%TB), M3 (15%XLC, 5%TB) tiếp tục bị xâm thực nặng, còn mẫu M4 (10%XLC, 10%TB), M5 (5%XLC, 15%TB), M6 (0%XLC, 20%TB) bắt đầu có hiện tượng xâm thực bề mặt của mẫu bê tông (riêng mẫu M6 có hiện tượng xâm thực ít nhất). Tiếp tục ngâm mẫu bê tông đến 90 ngày,nhận thấy có sự xâm thực rõ ràng như mẫu bê tông đối chứng M1 và M2 (20%XLC, 18 0%TB) có hiện tượng bị xâm thực rất lớn (bong tróc đá 1x2) bề mặt ghồ ghề; mẫu M3 (15%XLC, 5%TB), M4 (10%XLC, 10%TB), M5 (5%XLC, 15%TB) có hiện tượng bị xâm thực của dung dịchaxit sunfuric H2SO4 10% bề mặt ghồ ghề nhưng ít hơn so với mẫu bê tông đối chứng M1, M2 (20%XLC, 0%TB); đối với mẫu M6 (0%XLC, 20%TB) có bề mặt chưa bị dung dịch axit sunfuric H2SO4 10% xâm thực nhiều, tương đối còn giữ hình dáng ban đầu so với trước khi ngâm trong dung dịch axit sulphuric H2SO4 10%. Có thể nhận thấy rõ ràng rằng tro bay có khả năng chống lại mài mòn của bề mặt bê tông do dung dịch axit sulphuric H2SO4 10% so với bê tông đối chứng và bê tông có sử dụng xỉ lò cao S95 thay thế cho xi măng. Đồng thời, xỉ lò cao góp phần chống lại xâm thực axit so với mẫu đối chứng M1, tuy nhiên khả năng chống xâm thực bề mặt do axit gây ra của xỉ lò cao thấp hơn tro bay. - So sánh với mẫu ngâm trong nước để đánh giá mức độ hư hại của bê tông do dung dịch axit xâm nhập: Đối với các mẫu được ngâm trong dung dịch axit sulphuric H2SO4 10%. Kết quả cho thấy, khi mẫu bê tông có sử dụng xỉ lò cao M2 (20%XLC, 0%TB) hoặc bê tông đối chứng M1, thì mức độ xâm thực bề mặt bê tông có hiện tượng xâm thực bề mặt tương đối nhiều so với mẫu đối chứng ngâm trong nước. Trong đó, mức độ xâm thực bề mặt của mẫu sử dụng xỉ lò cao tương đối giống với mẫu bê tông đối chứng M1. Còn đối với mẫu bê tông sử dụng tro bay M6 (0%XLC, 20%TB) thì mức độ xâm thực bề mặt ít hơn so với mẫu đối chứng ngâm trong nước. Đồng thời, hình dáng mẫu bê tông còn giữ tương đối giống với mẫu được ngâm trong nước.Còn đối với mẫu M3 (15%XLC, 5%TB), M4 (10%XLC, 10%TB), M5 (5%XLC, 15%TB) sau khi ngâm trong dung dịch axit sunfuric H2SO4 10% thì nhận thấy có bề mặt các mẫu bê tông giảm dần khi sử dụng tro bay trong bê tông. Qua đó, cho thấy các mẫu bị xâm thực bề mặt giảm dần khi ta sử dụng tro bay trong bê tông. Tro bay càng nhiều thì mức độ xâm thực bề mặt bê tông càng giảm. Đối với việc bê tông sử dụng xỉ lò cao sau khi ngâm trong dung dịch axit sunfuric H2SO4 10%, nhận thấy bề mặt bê tông vẫn bị xâm thực tương đương với bê tông đối chứng M1. C C R UT.L D 3.3.3. Ảnh hưởng của tro bay, xỉ lò cao đến sự giảm khối lượng do xâm thực của dung dịch axit