Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG BỘT HOẠT TÍNH VÀ XỈ ĐÁY LÒ ĐỐT RÁC 1.1 Tổng quan bê tông bột hoạt tính 1.1 Khái quát bê tông bột hoạt tính Bê tông bột hoạt tính (BTBHT) loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu hạt mịn có độ hoạt tính cao có thể tham gia các phản ứng hóa học trong trình thủy hóa. Thành phần chế tạo BTBHT bao gồm xi măng, cát, nước và cần thêm các phụ gia bao gồm phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT) và phụ gia hóa học hay còn gọi là phụ gia siêu dẻo. Xi măng, cát và nước là các nguyên vật liệu truyền thống trong chế tạo bê tông. PGKHT nhằm bổ sung các hạt mịn cho bê tông, tăng tính dính kết giữa các hạt rắn, làm giảm nguy cơ tách nước trong bê tông, cải thiện tính đồng nhất trong bê tông.
Điều này rất có lợi cho bê tông. PGKHT là các loại vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo, có chứa các thành phần chủ yếu SiO2, Al2O3 hoạt tính hoặc Al2O3.2SiO2 và CaO có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 theo phương trình phản ứng: 3Ca(OH)2 + 2SiO2 + 3H2O 3CaO.3H2O (CSH) (1-1) Các sản phẩm tạo ra từ phản ứng hoạt tính puzzolan có cấu trúc giống cấu trúc C-A-H làm đặc chắc thêm cấu trúc của bê tông, làm tăng cường độ của bê tông. Do đó phản ứng puzzolan sẽ tạo nên một số đặc điểm có lợi cho bê tông như hạ thấp lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình hidrat hóa và giảm co ngót do nhiệt; làm tăng độ đặc chắc, bền trong môi trường bị xâm thực; tăng khả năng chống thấm; giảm nguy cơ bị phân tầng bê tông và dễ thi công so với bê tông thường. Phụ gia hóa học hay còn gọi là phụ gia siêu dẻo: Là phụ gia làm giảm lượng nước sử dụng mạnh, dùng để phân tán những hạt xi măng và silica fume, 20 cải thiện khả năng tự chảy của hỗn hợp BTBHT.
Phụ gia làm tăng độ sụt của bê tông lên gấp 4 lần và có thể bớt nước từ 20÷30%. Khi phụ gia này được sử dụng ở mức độ hợp lý có để vừa tăng độ dẻo và tăng cường độ của bê tông [7m]. Vì thế, khi sử dụng phụ gia siêu dẻo, cho phép dùng tỷ lệ nước/chất kết dính thấp hơn mà vẫn đảm bảo tính công tác cho hỗn hợp bê tông. Do BTBHT dùng lượng nước thấp hơn nên hàm lượng phụ gia siêu dẻo sử dụng tương đối cao, chiếm khoảng 1,6% so với hàm lượng xi măng [39].
Như vậy, bê tông thường và BTBHT khác nhau ở chỗ khi chế tạo BTBHT sử dụng lượng nước trên chất kết dính (N/CKD) thấp hơn so với khi chế tạo bê tông thường. Vì thế, khi chế tạo BTBHT phải sử dụng thêm phụ gia siêu dẻo để BTBHT dẻo hơn và tăng tính công tác của bê tông. BTBHT thường có cường độ và tính bền cao hơn bê tông thường.2 Ưu, nhược điểm của bê tông bột hoạt tính 1.1 Ưu điểm Bê tông bột hoạt tính có các ưu điểm vượt trội hơn so với bê tông thông thường: - Có khả năng tái cấu trúc hạt nhỏ đặc chắc, đồng nhất cao. - Cường độ chịu nén, uốn khá cao, tính mềm dẻo, khả năng kháng nứt khi chịu tải trọng và bền trong môi trường.
- Tỷ lệ N/CKD thấp nhưng vẫn đảm bảo tính công tác tốt, khả năng dễ tạo hình của hỗn hợp bê tông cũng như quá trình vận chuyển hỗn hợp bê tông dễ dàng, không bị phân tầng tách lớp nhờ việc sử dụng phụ gia siêu dẻo có độ hoạt tính dẻo cao, giảm lượng dùng nước lớn. - Sau khi đóng rắn, bê tông có độ ổn định thể tích, độ co ngót thấp và có khả năng làm việc kết hợp, liên kết tốt với các vật liệu khác. 20 - Phương pháp thi công, chế tạo và sử dụng đa dạng: Có thể thi công bằng phun bắn, bơm đổ trực tiếp hoặc sử dụng hỗn hợp khô trộn sẵn đảm bảo chất lượng cao và kiểm soát chất lượng dễ dàng. - Có khả năng sử dụng để thi công kết cấu vỏ mỏng có mật độ cốt thép dày, các lớp mỏng và siêu mỏng không có cốt thép và những giải pháp mặt bằng kiến trúc đa dạng.2 Nhược điểm Bê tông bột hoạt tính vẫn tồn tại những nhược điểm như: Khi chế tạo bê tông bột hoạt tính cần phải sử dụng hàm lượng lớn xi măng và thành phần khoáng hoạt tính, dẫn tới giá thành cao, lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng thủy hóa lớn làm cho BTBHT có độ co ngót lớn.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông bột hoạt tính trên Thế giới và Việt Nam Trên Thế giới, bê tông hạt nhỏ được nghiên cứu ứng dụng từ rất sớm, với mục tiêu giảm thiểu sử dụng thành phần cốt liệu lớn là đá dăm hoặc sỏi trong chế tạo bê tông xi măng truyền thống và tăng độ đồng nhất trong bê tông.
Ở Nga vào năm 1941 đã nghiên cứu ứng dụng bê tông sử dụng cốt liệu nhiều cát hay hoàn toàn bằng cát để xây dựng đường tàu điện ngầm ở thành phố St. Nhưng tại thời điểm đó các nghiên cứu bê tông hạt nhỏ của Nga chưa sử dụng bột mịn, nên bê tông này coi như vữa cường độ cao. Đến năm 2007, tại trường Đại học Xây dựng Matxcơva đã nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông hạt nhỏ sử dụng cát thạch anh không dùng cốt liệu lớn làm các block móng, viên vỉa hè, bậc thềm. Đến những năm 1970-1980, bê tông hạt nhỏ được các nhà khoa học tại Pháp quan tâm nghiên cứu và lần đầu tiên được ứng dụng vào năm 1980 do trung tâm thí nghiệm cầu đường Bordeaux thực hiện.
Đường La teste et Le Pyla ở tỉnh Aquitaine, miền Tây Nam nước Pháp đã ứng dụng bê tông hạt nhỏ để làm đường [21]. Bê tông hạt nhỏ đã nghiên cứu phát triển thành bê tông bột mịn để phục hồi tại những vị trí bị khuyết tật của bê 20 tông asphalt. Bê tông bột mịn có chiều dày phổ biến là 50 ÷ 200 mm. Hiện nay, việc sử dụng bê tông bột mịn được sử dụng rộng rãi cho lớp mặt đường nhỏ, khu vực đỗ xe, đường sân bay.
Bê tông bột mịn được nghiên cứu và sử dụng nhiều ở Bắc Mỹ, đặc biệt là Hoa Kỳ [35]. Như vậy các nghiên cứu và ứng dụng của bê tông hạt nhỏ đã được triển khai ở nhiều quốc gia trên Thế giới và đã mang lại hiệu quả kinh tế tại những vùng có nhiều cát và ít đá dăm hoặc sỏi. Khi sử dụng bê tông hạt nhỏ trong xây dựng còn tận dụng vật liệu địa phương. Tại Việt Nam, những năm gần đây bê tông bột mịn được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong các công trình xây dựng như công trình xây dựng cầu, đường,.
Đã có nhiều nghiên cứu về bê tông bột mịn như Nguyễn Quang Phú nghiên cứu sản xuất bê tông tính năng cao với thành phần vật liệu thông thường, cần sử dụng các loại phụ gia khoáng như Silica fume, tro bay và Metakaolanh và những loại phụ gia siêu dẻo để tăng tính công tác cho bê tông. Việc sử dụng các loại phụ gia khoáng trong bê tông làm tăng cường độ và độ bền cho bê tông. Hàm lượng Silica fume sử dụng 15% thay thế hàm lượng xi măng thì cho cường độ nén của bê tông cao nhất [7],[8]. Một nghiên cứu khác đã sử dụng kết hợp tro bay và Silica fume để chế tạo bê tông bột hoạt tính, trong đó tro bay sử dụng với hàm lượng thay thế chất kết dính lần lượt là 0%, 10%, 20%, 30% và 40%.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng kết hợp tro bay và Silica fume làm tăng cường độ nén và cải thiện tính công tác bê tông. Tuy nhiên, khi sử dụng 20% tro bay thay thế hàm lượng chất kết dính cho bê tông có cường độ nén cao nhất [16]. Nguyễn Thanh Sang [10] nghiên cứu chế tạo bê tông hạt nhỏ, trong đó sử dụng 20% tro bay so với tổng khối lượng cốt liệu mịn, tỷ lệ cho đáy sử dụng lần lượt là 20%,30%,40%,50% thay thế cốt liệu mịn, cốt liệu còn lại là cát mịn. Kết quả nghiên cứu với cường độ chịu nén, độ thấm ion clo cho thấy có thể thay thế 20 50% xỉ đáy để làm cốt liệu trong sản xuất bê tông bột mịn, khi đó cường độ chịu nén của bê tông lớn hơn 35MPa.
Hiện nay Nguyễn Thanh Sang và các cộng sự [11-15] đã có nhiều nghiên cứu về bê tông hạt nhỏ và ứng dụng những vật liệu địa phương vào chế tạo bê tông hạt nhỏ để làm đường ô tô. Như vậy có thể thấy rằng việc nghiên cứu ứng dụng bê tông bột mịn ở Việt Nam đang rất phát triển, đặc biệt các nhà nghiên cứu còn quan tâm nghiên cứu chế tạo bê tông bột hoạt tính sử dụng các nguồn vật liệu địa phương và các phế thải công nghiệp, nông nghiệp,… 1.3 Tổng quan về xỉ đáy lò đốt rác Trên Thế giới, sự gia tăng đều đặn về dân số và quá trình đô thị hóa làm cho lượng chất thải rắn sinh hoạt (CTRSH) tăng nhanh hàng năm. Năm 2016, Ngân hàng Thế giới báo cáo rằng các thành phố trên toàn thế giới thải ra trung bình 2 tỷ tấn CTRSH, với con số này dự kiến sẽ tăng lên 3,4 tỷ tấn vào năm 2050 [41]. Trong đó Hoa Kỳ, Trung Quốc và Ấn Độ là những nơi thải ra CTRĐT tương ứng là 258, 220 và 169 triệu tấn CTRSH mỗi ngày [42].
Tại Việt Nam đang đứng thứ 14 trong số các quốc gia đông dân nhất Thế giới. Dân số đông cộng thêm nhu cầu xã hội ngày càng phát triển nên lượng rác thải sinh hoạt cũng tăng. Hiện nay có các phương pháp xử lý rác thải như: Xử lý rác thải bằng cách chôn lấp; Tái chế lại các loại rác thải; Sử dụng lò để đốt rác thải; Sử dụng phương pháp ủ sinh học. Trong đó có khoảng 34% CTRSH được tái chế hoặc đốt tại lò đốt rác [23], số lượng còn lại đem chôn lấp gây ảnh hưởng xấu đến nguồn nước ngầm, ô nhiễm đất, làm mất diện tích đất.
Xử lý CTRSH bằng phương pháp đốt mang lại ý nghĩa lớn trong việc giúp làm giảm được 90-95% thể tích và khối lượng chất thải, tận dụng nhiệt, tiết kiệm được diện tích đất chôn lấp, giảm thiểu ô nhiễm nước, mùi hôi, phát thải khí 20 nhà kính so với biện pháp chôn lấp. Do đó phương pháp này được nhiều nước trên Thế giới áp dụng như Nhật Bản, Trung Quốc và các nước châu Âu. Tại Việt Nam xử lý rác bằng công nghệ đốt cũng đang được quan tâm do khối lượng chất thải rắn từ các nguồn thải công nghiệp, sinh hoạt ngày càng tăng.