Luận văn thạc sĩ về sản xuất gạch không nung từ chất thải tro bay và tro xỉ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật hóa học nghiên cứu sản xuất gạch không nung sử dụng các chất thải tro bay và tro xỉ của, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Huy
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất gạch không nung từ tro bay và tro xỉ nhà máy nhiệt điện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về gạch không nung

Gạch không nung là loại vật liệu xây dựng được sản xuất mà không cần qua quá trình nung như gạch đất sét truyền thống. Sản phẩm này thường được tạo ra từ các nguyên liệu như tro bay, tro xỉ và các chất kết dính khác. Việc sử dụng gạch không nung mang lại nhiều lợi ích về mặt môi trường, bao gồm giảm thiểu việc khai thác tài nguyên thiên nhiên và giảm phát thải khí nhà kính. Ngoài ra, gạch không nung còn có khả năng chịu lực tốt, độ bền cao và khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn so với gạch nung truyền thống. Sự phát triển của công nghệ sản xuất gạch không nung đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành xây dựng, giúp tối ưu hóa chi phí và bảo vệ môi trường.

1.1. Tình hình nghiên cứu gạch không nung

Nghiên cứu về gạch không nung đã diễn ra ở nhiều quốc gia và đã đạt được những thành tựu đáng kể. Ở Việt Nam, việc áp dụng gạch không nung từ tro bay và tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện đang được khuyến khích. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng tro bay trong sản xuất gạch không nung không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải mà còn cải thiện tính chất cơ lý của sản phẩm. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng gạch không nung có thể đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương với gạch đất nung truyền thống. Điều này mở ra triển vọng cho việc áp dụng rộng rãi gạch không nung trong các công trình xây dựng tại Việt Nam.

II. Tính chất của tro bay và tro xỉ

Tro bay và tro xỉ là hai loại chất thải chính phát sinh từ quá trình đốt than tại các nhà máy nhiệt điện. Tro bay là phần bụi mịn được thải ra từ lò đốt, trong khi tro xỉ là phần rắn còn lại sau khi đốt. Cả hai loại chất thải này đều có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất gạch không nung. Tính chất hóa học và vật lý của tro bay và tro xỉ rất đa dạng, phụ thuộc vào loại than sử dụng và quy trình đốt. Việc nghiên cứu các tính chất này là rất quan trọng để xác định khả năng ứng dụng của chúng trong sản xuất gạch không nung. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tro bay có khả năng tạo kết dính tốt và có thể thay thế một phần lớn xi măng trong các cấp phối gạch không nung, từ đó giảm thiểu chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường.

2.1. Phân tích tính chất hóa học

Việc phân tích tính chất hóa học của tro bay và tro xỉ giúp xác định thành phần và hàm lượng các nguyên tố có trong chúng. Các nghiên cứu cho thấy rằng tro bay thường chứa nhiều oxit silic (SiO2) và oxit nhôm (Al2O3), đây là những thành phần chính giúp cải thiện tính chất cơ lý của gạch không nung. Ngoài ra, việc sử dụng tro xỉ cũng đóng góp vào việc tăng cường độ bền cho sản phẩm. Các chỉ tiêu hóa học như độ pH, hàm lượng kim loại nặng cũng cần được kiểm tra để đảm bảo an toàn khi sử dụng trong xây dựng.

III. Quy trình sản xuất gạch không nung

Quy trình sản xuất gạch không nung từ tro bay và tro xỉ bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, các nguyên liệu cần được chuẩn bị và phối trộn theo tỷ lệ thích hợp. Sau đó, hỗn hợp này được ép thành hình dạng gạch và tiến hành bảo dưỡng trong môi trường ẩm để đạt được độ cứng cần thiết. Việc kiểm soát các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và thời gian bảo dưỡng là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của gạch không nung. Các tiêu chuẩn kỹ thuật cần được tuân thủ trong suốt quy trình sản xuất để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng được các yêu cầu về độ bền, khả năng chịu lực và độ hút nước.

3.1. Đánh giá chất lượng gạch không nung

Sau khi sản xuất, các mẫu gạch không nung sẽ được thử nghiệm để đánh giá các tính chất cơ lý như độ bền uốn, độ bền nén và độ hút nước. Các tiêu chuẩn như TCVN 6355:2009 và TCVN 6477:2016 được áp dụng để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hiện hành. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng gạch không nung từ tro bay và tro xỉ không chỉ đạt tiêu chuẩn mà còn có thể cạnh tranh với các loại gạch truyền thống. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của gạch không nung trong ngành xây dựng tại Việt Nam.

IV. Ứng dụng và lợi ích của gạch không nung

Việc sử dụng gạch không nung từ tro bay và tro xỉ không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Gạch không nung có thể được sử dụng trong nhiều loại công trình xây dựng, từ nhà ở đến các công trình công cộng. Ngoài ra, việc sản xuất gạch không nung cũng giúp giảm chi phí nguyên liệu, tạo ra sản phẩm cạnh tranh hơn so với gạch nung truyền thống. Hơn nữa, việc sử dụng gạch không nung góp phần vào việc bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu ô nhiễm và sử dụng hiệu quả tài nguyên thiên nhiên.

4.1. Tiềm năng phát triển gạch không nung tại Việt Nam

Tiềm năng phát triển của gạch không nung tại Việt Nam là rất lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu xây dựng ngày càng tăng cao. Chính phủ đã có nhiều chính sách khuyến khích việc sử dụng gạch không nung nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các doanh nghiệp cũng đang dần nhận thức được lợi ích của việc sử dụng gạch không nung trong sản xuất và xây dựng. Điều này mở ra cơ hội cho các nhà đầu tư và doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GẠCH KHÔNG NUNG 1. Gạch không nung 1. Khái niệm về gạch không nung Gạch không nung là một loại gạch cần sự tác động về cơ học để định hình và tự đóng rắn mà không cần qua giai đoạn nung.

Độ bền của gạch không nung là nhờ công đoạn ép, rung và thành phần kết dính của chúng. Sức nén một viên gạch không nung đạt tối đa 35 MPa. Gạch không nung có khoảng 300 tiêu chuẩn quốc tế khác nhau về kích cỡ viên gạch khác nhau. Một số loại gạch không nung được thể hiện Hình 1.

Gạch không nung ở Việt Nam còn được gọi là gạch block, gạch bê tông, gạch block bê tông. Mặc dù được phổ biến trên thế giới, nhưng ở Việt Nam, gạch không nung vẫn chiếm tỷ lệ thấp. Một số loại gạch không nung 1. Phân loại gạch không nung 1.

Gạch xi măng cốt liệu Gạch xi măng cốt liệu (hay còn gọi là gạch bê tông, gạch block) là một loại gạch không nung được tạo thành từ hỗn hợp bê tông cứng gồm xi măng, cốt liệu (mạt đá, cát, xỉ lò cao, tro xỉ nhiệt điện), phụ gia, khoáng, nước. Đây là loại gạch chiếm tỷ lệ sử dụng nhiều nhất trong các loại gạch không nung. Một số chủng loại gạch xi măng cốt liệu được thể hiện trong Hình 1. Một số loại gạch xi măng cốt liệu 1.

Gạch không nung tự nhiên Gạch không nung tự nhiên được sản xuất từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá bazan, nên thích hợp sử dụng tại những vùng có nguồn puzolan tự nhiên, hình thức sản xuất mang tính địa phương, tự phát, quy mô nhỏ được thể hiện trong Hình 1. Gạch không nung tự nhiên được phong hóa từ đá bazan 1. Gạch ba vanh Gạch ba vanh thường được sản xuất từ những nguyên liệu chính như vôi, xỉ than và một lượng nhỏ xi măng làm chất kết dính. Gạch ba vanh được sản xuất thủ công có độ nén thấp nên chỉ thích hợp sử dụng cho các công trình nhỏ, một số loại gạch ba Trang 7 ________________________________________________________________________________ vanh phổ biến được thể hiện trong Hình 1.

Một số loại gạch ba vanh 1. Gạch bê tông nhẹ Gạch bê tông nhẹ có hai loại cơ bản là gạch bê tông nhẹ bọt và gạch bê tông nhẹ khí chưng áp. − Gạch bê tông nhẹ bọt (Hình 1.5) sản xuất bằng công nghệ tạo bọt, khí trong kết cấu nên tỷ trọng viên gạch giảm đi nhiều nhưng cường độ chịu nén cao, trở thành đặc điểm ưu việt của loại gạch này. Gạch bê tông nhẹ bọt − Gạch bê tông khí chưng áp (Hình 1.6) hay còn gọi tắt là gạch AAC, gạch siêu Trang 8 ________________________________________________________________________________ nhẹ vì tỷ trọng chỉ bằng 1/2 hoặc 1/3 gạch nung thông thường.

Gạch bê tông khí chưng áp có nhiều ưu điểm như thân thiện với môi trường, siêu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng, bảo ôn, chống cháy. Gạch bê tông siêu nhẹ AAC 1. Ưu, nhược điểm của gạch không nung 1. Ưu điểm − Gạch không nung không làm từ đất sét nung, thân thiện với môi trường, giảm chu trình đốt nóng bằng củi để nung, giảm lượng CO2 ra ngoài môi trường.

− Sản xuất gạch không nung không cần bỏ vốn đầu tư cao do nguồn nguyên liệu tái tạo, tiết kiệm chi phí. − Độ bền tốt có thể đáp ứng các yêu cầu cường độ chịu lực khác nhau, ngoài ra còn có tính cách âm, ít bị thấm nước, bảo ôn. Nhược điểm − Khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh. − Không có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt do co dãn nhiệt.

So sánh gạch không nung và gạch nung đất sét Trang 9 ________________________________________________________________________________ Bảng 1. So sánh gạch không nung và gạch nung đất sét Loại gạch Gạch đất nung Gạch không nung Thông số – Đất sét, làm hao tổn tài – Đá nghiền, bùn bồi lắng, nguyên đất canh tác nông tro bay, tro xỉ từ nhà máy Nguyên liệu nghiệp nhiệt điện, có thể thêm xi măng và một số chất phụ gia – Nung nóng, tạo khí CO2 – Sử dụng tác động cơ học làm ô nhiễm môi trường; bằng ép, rung hoặc ép và Công nghệ tiêu hao năng lượng rung, không làm ô nhiễm nhiều. môi trường. – Đa dạng về hình dáng và – Thông thường có kích Hình dáng và kích kích thước.

thước to hơn gạch nung, thước giúp giảm chi phí và thời gian thi công. − Chi phí cao do sử dụng − Chi phí thấp do sử dụng Giá thành nguồn tài nguyên thiên phế thải từ công nghiệp, từ nhiên. môi trường nước thải. – Gạch đặc 1600 kg/m3; − Tỷ trọng cao hơn gạch gạch lỗ, thành mỏng, nhỏ đất nung (lớn hơn 1900 Tỷ trọng hơn 1000 kg/m3.

kg/m3 đối với gạch đặc và từ 1000 kg/m3 đến 1400 kg/m3 đối với gạch lỗ. Tình hình nghiên cứu ngoài nước VLXKN với những ưu điểm về nguồn nguyên liệu sản xuất, cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn tính chất cơ lý hóa cần thiết trong xây dựng đã tạo nên vị thế trong đóng góp trong xây dựng trên thế giới như Châu Âu, Mỹ, Nhật,. Tại các nước phát triển hiện nay, công nghiệp chiếm vị trí mũi nhọn trong sự phát triển kinh tế. Cùng với sự duy trì và phát triển các ngành công nghiệp nhằm phục vụ nhu cầu con người, Trang 10 ________________________________________________________________________________ không thể tránh việc tạo ra các phế thải gây hại cho môi trường.

Do đó, tái sử dụng nguồn phế liệu cũng góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, phục vụ cho sự phát triển bền vững. Bùn bồi lắng là một trong các nguồn phế thải gây ảnh hưởng nuôi trồng thủy sản, cũng như giao thông đường thủy. Bùn bồi lắng có chứa các thành phần kim loại nặng như Cd, Zn, Cu,. gây ô nhiễm môi trường.

Theo các nghiên cứu ngoài nước, các sông ở Việt Nam cũng chứa các thành phần kim loại nặng: Cr, Zn, Pb. Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tận dụng bùn bồi lắng để chế tạo vật liệu xây dựng nhằm xử lý được lượng chất thải này ra môi trường. Năm 2009, đã có nhóm nghiên cứu của giáo sư Mazen Samara tại Pháp sử dụng bùn bồi lắng để chế tạo gạch nung [3]. Kết quả cho thấy loại gạch này vẫn đáp ứng được các yêu cầu về độ nén, độ thấm ướt, giãn nở.

Năm 2011, nhóm nghiên cứu của Đại học Ningo, Trung Quốc cũng đã nghiên cứu sử dụng bùn bồi lắng của nước thải kết hợp với một số phụ gia khoáng tạo độ xốp, tăng độ bền nén cho gạch nung [4]. Năm 2012 tại Mỹ, nhóm nghiên cứu của giáo sư Andrea tại Viện Kỹ thuật Georgia đã thử nghiệm chế tạo gạch nung từ bồi lắng sông Savannah Harbor [5]. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng 50% bồi lắng thay thế đất sét để tạo ra gạch nung. Kết quả cho thấy các tính chất của gạch đều đạt tiêu chuẩn ASTM của Mỹ, tiến hành thử nghiệm chế tạo gạch chịu lửa (fired brick) từ đất bồi lắng của sông Savannah Harbor.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng 50% đất bồi lắng để thay thế cho đất sét trong quy trình chế tạo gạch chịu lửa. Mẫu gạch sau đó được nung đến 900 oC và 1000 oC. Kết quả phân tích cho thấy tính chất của gạch thỏa mản các tiêu chuẩn của Mỹ (ASTM). Đối với các nghiên cứu liên quan gạch không nung thì các nguyên liệu phế thải thường được sử dụng là: tro bay, tro xỉ, bột gỗ, bột vải.

Năm 2007, nhóm nghiên cứu của Parki Turgut đã thử nghiệm việc sử dụng chất thải mùn cưa gỗ và bột đá vôi để chế tạo gạch không nung [6]. Nghiên cứu cho thấy các tính chất cơ lý của vật liệu gạch như cường độ nén, cường độ uốn, độ hút nước đạt các tiêu chuẩn quốc tế có liên Trang 11 ________________________________________________________________________________ quan, có tiềm năng để thay thế khối bê tông, tấm trần, tấm chắn cách âm. Việc tái sử dụng chất thải gỗ cho vật liệu xây dựng cũng sẽ góp phần làm giảm chi phí cho xây dựng các tòa nhà. Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Freidin cũng đã sử dụng các nguyên liệu chính là các phế thải từ nhà máy điện đốt than để chế tạo gạch không nung, đồng thời nghiên cứu thêm một số phụ gia nhằm thay thế xi măng trong thành phần vật liệu xây dựng [7].

Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Anuj Kumar chế tạo các vật liệu khối lát không nung bằng bùn đỏ và tro bay bằng phương pháp geopolymerization (địa polymer) [8]. Geopolymerization là một công nghệ dựa trên các phản ứng hóa học của silic vô định hình và chất rắn có hàm lượng nhôm cao với một dung dịch kiềm cao ở môi trường nhiệt độ tương đối thấp để tạo thành vô định hình bán tinh thể aluminosilic. Công nghệ này còn gọi là polymer vô cơ. Công nghệ này đã được nghiên cứu sử dụng nguyên liệu là tro bay, bùn đỏ.

Các thông số công nghệ ảnh hưởng là hàm lượng phụ gia kiềm, nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý. Các yếu tố này khác nhau tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu sử dụng. Sản xuất gạch không nung từ phế thải công nghiệp là đề tài đang được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Gạch không nung làm từ vật liệu phế thải công nghiệp mang lại một giải pháp đầy hứa hẹn.

Nhóm nghiên cứu của Eliche-Quesada đã sử dụng tro bay than (CFA) làm nguyên liệu sản xuất hai loại vật liệu xây dựng là gạch đất sét nung và gạch không nung [9]. Gạch đất sét nung được sản xuất bằng cách sử dụng đất sét thương mại kết hợp với tro bay từ 0 – 50% khối lượng được đúc ở áp suất 10 MPa và nung ở 1000 oC (4 giờ). Gạch không nung được sản xuất bằng cách sử dụng hai chất thải làm nguyên liệu thô: CFA và cặn vôi (geosilex) với các tỷ lệ khác nhau CFA (80 – 30% khối lượng) và cặn vôi (20 – 70% khối lượng) đã được nghiên cứu. Nguyên liệu thô được đúc ở áp suất 10 MPa và xử lý trong nước ở nhiệt độ phòng trong 28 ngày.

Kết quả chỉ ra rằng việc kết hợp tới 20% khối lượng CFA đã tạo ra gạch đất sét nung có tính chất cơ lý tương tự như gạch đối chứng không có chất thải. Tuy nhiên, việc bổ sung lượng CFA cao hơn (30 – 50% khối lượng) dẫn đến tính chất cơ học giảm rõ rệt hơn do độ xốp tăng lên. Đặc tính công nghệ của gạch không nung Trang 12 ________________________________________________________________________________ cho thấy độ hút nước giảm khi hàm lượng tro bay than giảm. Gạch không nung chứa từ 40 đến 60% khối lượng CFA có giá trị cường độ nén cao nhất trong khoảng 43 – 46 MPa.

Gạch nung đất sét-CFA và gạch không nung CFA-cặn vôi có đặc tính công nghệ tối ưu, đạt tiêu chuẩn chất lượng.