Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia khoáng cải thiện tính chất bê tông khối lớn (06/05/2024)

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm... Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime); trong chất kết dính chỉ có một phần là xi măng, còn một phần là phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn (tro bay, hoặc puzơlan tự nhiên, xỉ hạt lò cao v.v...). Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R-00), bê tông khối lớn được định nghĩa là một thể tích bê tông có kích thước đủ lớn để yêu cầu phải có biện pháp đối phó với sự phát triển nhiệt do xi măng thủy hóa và sự biến đổi thể tích kèm theo để giảm thiểu sự nứt nẻ.

Tro bay là phế thải rắn từ quá trình đốt than của nhà máy nhiệt điện. Việc tái sử dụng phế thải rắn nói chung và tro bay nhà máy nhiệt điện nói riêng đang là chủ trương lớn từ Chính phủ đến các Bộ, Ban, Ngành địa phương. Thống kê cho thấy lượng tro bay thải ra tại Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng là rất lớn và đạt trung bình 850 nghìn tấn/ năm (chiếm khoảng 85% trên trên tổng lượng tro xỉ thải). Một trong những giải pháp tái sử dụng hiệu quả nguồn phế thải rắn này là sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện làm phụ gia khoáng trong bê tông khối lớn. Hạn chế hiện nay đang gặp phải khi thi công bê tông khối lớn là hiện tượng nứt do ứng suất nhiệt sinh ra từ quá trình thủy hóa xi măng. Việc sử dụng tro bay làm phụ gia khoáng có tác dụng thay thế một phần lượng dùng xi măng vì vậy giảm được lượng nhiệt thoát ra, giảm nứt trong bê tông, nâng cao khả năng chống thấm trong bê tông, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Bê tông khối lớn sử dụng tro bay có thể ứng dụng hiệu quả cho móng khối lớn công trình dân dụng, các công trình cảng, thủy lợi như: đập trọng lực, đê chắn sóng.

Với mục tiêu đánh giá chất lượng tro bay nguyên khai, tận dụng hiệu quả nguồn nguyên vật liệu địa phương (tro bay nguyên khai) làm phụ gia khoáng cho bê tông khối lớn, giảm chi phí sản xuất bê tông; thiết kế tối ưu thành phần bê tông sử dụng phụ gia khoáng tro bay nguyên khai để cải thiện một số tính chất kỹ thuật của bê tông như: giảm tính toả nhiệt, giảm nứt trong bê tông, tăng khả năng chống thấm. Công ty Cổ phần liên doanh bê tông Thành Hưng đã được thành phố phê duyệt triển khai thực hiện đề tài Nghiên cứu sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia khoáng cải thiện tính chất bê tông khối lớn, đề tài do PGS.TS Phạm Toàn Đức làm chủ nhiệm, hoàn thành báo cáo kết quả năm 2020.

Tro bay nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 

Đề tài được nghiên cứu và thực hiện trong thời gian 12 tháng tại Công ty cổ phần liên doanh bê tông Thành Hưng, được ứng dụng tại một số công trình như nhà máy Kính Đình Vũ, Chung cư HH1, HH2 Đổng Quốc Bình…. Các nội dung nghiên cứu bao gồm: Nghiên cứu tổng quan về bê tông và bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới và tại Việt Nam; Nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông khối lớn sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng; Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất và thi công bê tông khối lớn sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng; Thi công thử nghiệm tại 03 công trình thực tế ứng với 03 mác bê tông khác nhau để kiểm chứng với kết quả mẫu đúc trong phòng thí nghiệm; Hoàn thiện cấp phối và đánh giá hiệu quả kinh tế việc sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ gia khoáng cho bê tông khối lớn.

Thi công công trình bê tông móng khối lớn

Qua quá trình nghiên cứu và tổ chức thực nghiệm việc sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng trong bê tông khối lớn, nhóm nghiên cứu đã xác định được 03 cấp phối tối ưu tương ứng với 03 mác để đưa sản phẩm ứng dụng vào các công trình thực tiễn với các quy trình sản xuất và thi công phù hợp. Tro bay được lấy trực tiếp từ silo nhà máy nhiệt điện được tập kết trong bãi khô ráo, được vận chuyển bằng băng tải chuyển tới bunke chứa và được định lượng bằng cân điện tử trước khi đưa vào trộn khô; Xi măng sử dụng là xi măng chinfon Hải Phòng, được cân định lượng bằng cân điện tử trước khi đưa vào trộn khô; Cát được sử dụng là cát vàng sông Lô được cân định lượng bằng cân điện tử trước khi đưa vào trộn khô; Đá sử dụng trong sản xuất hỗn hợp bê tông là đá dăm được khai thác từ Phủ Lý, Hà Nam được phân thành 2 cấp hạt 5-10 mm và 10-20 mm thông qua hệ thống sàng phân loại.Việc phối trộn cốt liệu được thực hiện qua 02 giai đoạn: Giai đoạn 1, cốt liệu được phối trộn khô gồm cốt liệu đá 10-20, đá 5-10, tro bay, xi măng và cát theo cấp phối đã định; Giai đoạn 2, cốt liệu khô được trộn ẩm với nước và phụ gia siêu dẻo đảm bảo được độ sụt thiết kế là 14 cm.Thi công bê tông khối lớn sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng tuân thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn TCXDVN 305:2004 “Bê tông khối lớn – quy phạm thi công và nghiệm thu”. Việc sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng trong sản xuất hỗn hợp bê tông làm giảm tính tỏa nhiệt (giảm nhiệt độ cao nhất trong khối đổ). Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Việc sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng thay thế một phần lượng dùng xi măng trong bê tông khối lớn đã cho thấy hiệu quả rõ rệt cả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Có thể thay thế một phần xi măng bằng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng từ 16÷30% đối với mác bê tông từ M300÷M400. Tỷ lệ thay thế tối ưu cụ thể là: 30% đối với mác M300, 26% đối với mác M350 và 16% đối với mác M400. Như vậy, đối với mác bê tông càng cao, tỷ lệ thay thế tối ưu càng giảm.

- Ở độ tuổi dài ngày (sau 28 ngày), cường độ bê tông sử dụng tro bay tiếp tục tăng nhanh hơn so với bê tông không sử dụng tro bay.

- Hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng cho phép cải thiện tính công tác (độ sụt). Tỷ lệ tăng độ sụt hiệu quả ở tỷ lệ sử dụng tro bay là 20% trở xuống. Đồng thời hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay cho khả năng duy trì độ sụt theo thời gian tốt hơn hỗn hợp bê tông không sử dụng tro bay.

- Hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng cho phép cải thiệt tính chống thấm ở tất cả các cấp phối. Cấu trúc bê tông sử dụng tro bay cũng cho thấy đặc chắc hơn (thông qua ảnh chụp cấu trúc vi mô).

- Hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng cho phép giảm nhiệt độ đoạn nhiệt (nhiệt độ tối đa) trong lòng khối đổ từ 6,4÷8,40C tùy từng mác. Tỷ lệ thay thế tro bay càng cao nhiệt độ đoạn nhiệt càng thấp. Thời gian đạt nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông sử dụng tro bay cũng lâu hơn so với bê tông không sử dụng tro bay.

- Việc sử dụng tro bay nguyên khai nhà máy nhiệt điện Hải Phòng cho phép giảm trung bình chi phí sản xuất bê tông là 80 nghìn đồng/m3. Hiệu quả này còn chưa xét đến việc tiết kiệm do không phải dùng biện pháp thi công đặc biệt như: Bọc vật liệu cách nhiệt hay lắp đặt hệ thống dàn nước tản nhiệt...

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng./.