Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ và tro bay trong chế tạo bê tông tự lèn

Luận văn thạc sĩ công nghệ vật liệu nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ và tro bay làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn, hướng đến giải pháp xây dựng bền vững.

• Tác giả: Trần Hoàng Duy
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng chất thải bùn đỏ và tro bay để làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 01: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG TỰ LÈN
• 1.1. Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài
• 2. CHƯƠNG 02: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN
• 2.1. Sự phân tầng và không đồng nhất trong bê tông
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu các tính chất bê tông tự lèn
• 2.3. Quá trình tạo mẫu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu tính dẻo của hỗn hợp bê tông
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu các tính chất cơ lý của bê tông tự lèn
• 3. CHƯƠNG 03: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP
• 3.1. Lượng nước trộn
• 3.2. Phụ gia siêu dẻo
• 3.3. Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn
• 3.4. Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn
• 4. CHƯƠNG 04: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN
• 4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng lắp đầy của hỗn hợp bê tông qua thí nghiệm Slump Flow
• 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng lắp đầy và đánh giá tính phân tầng của bê tông qua thí nghiệm V_funnel
• 4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của bùn đỏ và tro bay đến khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring của hỗn hợp bê tông tự lèn
• 5. CHƯƠNG 05: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN TÍNH CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG TỰ LÈN
• 5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu nén của bê tông tự lèn
• 5.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu kéo của bê tông tự lèn
• 5.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến độ co ngót
• 5.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến độ co ngót của bê tông tự lèn
• 5.5. Nghiên cứu ảnh hưởng bùn đỏ đến độ co ngót của bê tông tự lèn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
• DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông tự lèn và chất thải bùn đỏ tro bay

Bê tông tự lèn là một loại bê tông đặc biệt, có khả năng tự lấp đầy khuôn đúc dưới tác dụng của trọng lực mà không cần đầm rung. Loại bê tông này được nghiên cứu và phát triển từ năm 1983 tại Nhật Bản, nhằm giải quyết các vấn đề thi công trong các kết cấu phức tạp, cốt thép dày đặc. Bùn đỏ và tro bay là hai loại chất thải công nghiệp phổ biến. Bùn đỏ là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nhôm từ bauxite, trong khi tro bay là chất thải từ các nhà máy nhiệt điện. Việc tái chế và sử dụng hai loại chất thải này làm phụ gia bê tông không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn cải thiện tính chất của bê tông tự lèn.

1.1. Ý nghĩa của việc sử dụng bùn đỏ và tro bay

Việc sử dụng bùn đỏ và tro bay làm phụ gia bê tông mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, nó giúp giảm lượng xi măng sử dụng, từ đó giảm chi phí và tác động môi trường. Thứ hai, tro bay và bùn đỏ có khả năng cải thiện tính dẻo và độ bền của bê tông tự lèn. Đặc biệt, tro bay chứa các khoáng chất như silica và alumina, giúp tăng cường độ chịu nén và chống co ngót. Bùn đỏ cũng có thể thay thế một phần xi măng, giúp tối ưu hóa thành phần hỗn hợp bê tông.

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Trên thế giới, bê tông tự lèn đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình lớn. Tại Việt Nam, nghiên cứu về bê tông tự lèn sử dụng bùn đỏ và tro bay vẫn còn hạn chế. Tuy nhiên, với lượng lớn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện và bùn đỏ từ ngành luyện nhôm, việc tái chế và sử dụng chúng làm phụ gia bê tông là một hướng đi tiềm năng. Nghiên cứu này nhằm khai thác tối đa tiềm năng của hai loại chất thải này, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề môi trường.

II. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này dựa trên cơ sở khoa học về tính chất vật liệu và quy trình chế tạo bê tông tự lèn. Bùn đỏ và tro bay được sử dụng làm phụ gia bê tông nhờ các đặc tính hóa học và vật lý phù hợp. Tro bay chứa các khoáng chất hoạt tính, giúp tăng cường độ bền và giảm co ngót. Bùn đỏ có khả năng thay thế một phần xi măng, giúp tối ưu hóa thành phần hỗn hợp. Phương pháp nghiên cứu bao gồm thí nghiệm đo độ dẻo, độ chảy xòe, và cường độ chịu nén của bê tông tự lèn.

2.1. Đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu

Bùn đỏ và tro bay được phân tích thành phần hóa học và kích thước hạt để đảm bảo phù hợp với yêu cầu của bê tông tự lèn. Tro bay có kích thước hạt mịn, giúp tăng độ dẻo và giảm lượng nước sử dụng. Bùn đỏ chứa các oxit kim loại, có khả năng tham gia phản ứng thủy hóa, giúp tăng cường độ bền của bê tông. Các thí nghiệm đo độ chảy xòe (Slump Flow) và thời gian chảy qua phễu V được thực hiện để đánh giá tính dẻo của hỗn hợp.

2.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp

Thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn được thiết kế dựa trên tỉ lệ thay thế xi măng bằng bùn đỏ và tro bay. Tỉ lệ bùn đỏ:tro bay được điều chỉnh trong khoảng [1:5 - 1:1], và hàm lượng bột thay thế xi măng dao động từ 25% đến 35%. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định tỉ lệ tối ưu, đảm bảo hỗn hợp đạt độ dẻo và cường độ chịu nén cao nhất.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy, hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng bùn đỏ và tro bay đạt được các tính chất kỹ thuật vượt trội. Độ chảy xòe đạt từ 67 cm, thời gian chảy qua phễu V là 9 giây, và cường độ chịu nén đạt 52.6 MPa sau 28 ngày. Tỉ lệ tối ưu được xác định là 30% bột thay thế xi măng, với tỉ lệ bùn đỏ:tro bay là [1:5 - 1:4]. Những kết quả này chứng minh tiềm năng ứng dụng của bùn đỏ và tro bay trong công nghệ xây dựng hiện đại.

3.1. Ảnh hưởng của bùn đỏ và tro bay đến tính chất bê tông

Bùn đỏ và tro bay có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của bê tông tự lèn. Tro bay giúp tăng độ dẻo và giảm lượng nước sử dụng, trong khi bùn đỏ cải thiện cường độ chịu nén và chống co ngót. Các thí nghiệm cho thấy, hỗn hợp có tỉ lệ bùn đỏ:tro bay [1:5 - 1:4] đạt được độ dẻo và cường độ tối ưu, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật.

3.2. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng mới cho bùn đỏ và tro bay trong công nghệ xây dựng. Việc sử dụng hai loại chất thải này làm phụ gia bê tông không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các công trình xây dựng lớn, đặc biệt là những kết cấu phức tạp và cốt thép dày đặc.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bê tông tự lèn (Self-Compacting Concrete - SCC) là một loại vật liệu xây dựng tiên tiến, có khả năng tự lèn đầy khuôn đúc dưới tác dụng trọng lực mà không cần đầm rung, đồng thời đảm bảo tính đồng nhất và không bị phân tầng hay tách nước. Từ năm 1983, SCC đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt tại Nhật Bản, nhằm giải quyết các khó khăn trong thi công các kết cấu phức tạp, cốt thép dày đặc. Tại Việt Nam, việc ứng dụng SCC còn hạn chế do chi phí nguyên liệu cao và thiếu nguồn vật liệu thay thế phù hợp.

Trong bối cảnh đó, việc sử dụng các chất thải công nghiệp như bùn đỏ và tro bay làm phụ gia thay thế một phần xi măng trong SCC không chỉ góp phần giảm chi phí sản xuất mà còn giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do lượng lớn chất thải này gây ra. Bùn đỏ là sản phẩm thải từ quá trình tinh luyện bauxite, chứa nhiều thành phần khoáng chất phức tạp và có tính kiềm cao, trong khi tro bay là chất thải từ các nhà máy nhiệt điện, chứa các pha tinh thể như quartz, hematite và magnetite, có hoạt tính pozzolanic.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng (bao gồm bùn đỏ và tro bay) trong khoảng 25-35% và tỷ lệ bùn đỏ:tro bay trong bột từ 1:5 đến 1:1 đến các tính chất lưu biến và cơ lý của SCC. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nguyên liệu tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận, với thời gian thực hiện từ tháng 6/2011 đến tháng 6/2012. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững, giảm thiểu tác động môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế trong ngành xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về tính lưu biến và cơ học vật liệu xây dựng, đặc biệt là mô hình Bingham và Herschel-Bulkley để mô tả tính chất nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn. Các khái niệm chính bao gồm:

• Tính lưu biến (Rheology): Mô tả sự biến dạng và dòng chảy của vật liệu dưới tác dụng lực, trong đó bê tông tự lèn được xem là chất lỏng nhớt dẻo phi-Newtonian với giới hạn chảy và độ nhớt dẻo đặc trưng.
• Giới hạn chảy (Yield stress, σ0): Ứng suất tối thiểu cần thiết để hỗn hợp bắt đầu chảy, ảnh hưởng đến khả năng tự lèn và phân tầng của bê tông.
• Độ nhớt dẻo (Plastic viscosity, ηpl): Đặc trưng cho sự kháng cự dòng chảy của hỗn hợp sau khi vượt qua giới hạn chảy.
• Hiệu ứng pozzolanic: Tác động của tro bay và bùn đỏ trong việc cải thiện cường độ và độ bền của bê tông thông qua phản ứng thủy hóa phụ trợ.
• Tính công tác (Workability): Đánh giá qua các thí nghiệm Slump Flow, J-Ring, và phễu V để xác định khả năng chảy, lắp đầy và chống phân tầng của hỗn hợp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu bê tông tự lèn được chế tạo với các tỷ lệ bột thay thế xi măng khác nhau (25-35%) và tỷ lệ bùn đỏ:tro bay trong bột từ 1:5 đến 1:1, sử dụng nguyên liệu địa phương tại TP. Hồ Chí Minh và vùng lân cận. Cỡ mẫu gồm khoảng 30 hỗn hợp bê tông với các cấp phối khác nhau.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thí nghiệm tính lưu biến: đo độ chảy xòe (Slump Flow), thời gian chảy đạt đường kính 50 cm (T50), độ chênh lệch chiều cao J-Ring (∆H), thời gian chảy qua phễu V (TV), và độ chênh lệch thời gian chảy (∆T).
• Thí nghiệm cơ lý: đo cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông sau 7 và 28 ngày dưỡng hộ theo tiêu chuẩn TCVN-3118:1993.
• Phân tích ảnh hưởng của các tỷ lệ bùn đỏ và tro bay đến các chỉ tiêu trên.
• Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, từ tháng 6/2011 đến tháng 6/2012, bao gồm giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thiết kế cấp phối, thí nghiệm và phân tích kết quả.

Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả. Các thiết bị thí nghiệm được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn quốc tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến tính lưu biến:

   • Khi hàm lượng bột thay thế xi măng đạt 30%, hỗn hợp bê tông tự lèn có độ chảy xòe đạt 67.0 cm, thời gian T50 là 4 giây, thể hiện khả năng chảy tốt và phù hợp với tiêu chuẩn SCC.
   • Độ chênh lệch chiều cao J-Ring (∆H) bằng 0, chứng tỏ hỗn hợp không bị phân tầng, đảm bảo tính đồng nhất.
   • Thời gian chảy hết phễu V là 9 giây, với độ chênh lệch thời gian ∆T dao động khoảng 2.3 giây, cho thấy tính ổn định của hỗn hợp trong quá trình thi công.

2. Ảnh hưởng của tỷ lệ bùn đỏ:tro bay trong bột:

   • Tỷ lệ BD:TB trong khoảng 1:5 đến 1:4 cho kết quả tối ưu về tính lưu biến và cơ lý.
   • Cường độ chịu nén của bê tông tự lèn đạt khoảng 52.6 MPa sau 28 ngày, trong đó sau 7 ngày đã đạt gần 90% cường độ 28 ngày, cho thấy sự phát triển nhanh và ổn định của bê tông.
   • Cường độ chịu kéo cũng được cải thiện đáng kể khi tăng tỷ lệ tro bay trong hỗn hợp.

3. So sánh với các nghiên cứu khác:

   • Kết quả tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về SCC sử dụng tro bay, trong đó tro bay giúp tăng cường độ nén và giảm phân tầng.
   • Việc bổ sung bùn đỏ, một chất thải khó xử lý, vào hỗn hợp SCC là điểm mới, góp phần giảm lượng xi măng sử dụng và xử lý chất thải hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả tích cực là do tro bay và bùn đỏ có kích thước hạt mịn, tăng diện tích bề mặt riêng, giúp cải thiện tính công tác và khả năng kết dính của hỗn hợp. Tro bay có hoạt tính pozzolanic, phản ứng với canxi hydroxide tạo thành các sản phẩm thủy hóa phụ trợ, nâng cao cường độ bê tông. Bùn đỏ, mặc dù có tính kiềm cao và thành phần phức tạp, khi phối trộn đúng tỷ lệ không gây ảnh hưởng tiêu cực mà còn hỗ trợ cải thiện tính lưu biến nhờ đặc tính hạt mịn và hình dạng hạt.

So với bê tông tự lèn truyền thống, việc sử dụng hỗn hợp bùn đỏ và tro bay làm phụ gia giúp giảm khoảng 30% lượng xi măng, góp phần giảm phát thải CO2 và chi phí sản xuất. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ Slump Flow và cường độ nén theo thời gian, minh họa sự ổn định và phát triển cường độ của các cấp phối khác nhau.

Kết quả cũng cho thấy sự cân bằng giữa tính lưu biến và cường độ cơ lý là yếu tố quyết định trong thiết kế SCC sử dụng chất thải công nghiệp, đảm bảo tính thi công và độ bền công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ bột thay thế xi măng 30% với tỷ lệ bùn đỏ:tro bay từ 1:5 đến 1:4 trong sản xuất bê tông tự lèn để đạt hiệu quả tối ưu về tính công tác và cường độ. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất vật liệu xây dựng và nhà thầu thi công.

2. Phát triển quy trình chuẩn hóa nguyên liệu bùn đỏ và tro bay nhằm đảm bảo chất lượng đồng nhất, giảm thiểu biến động trong sản xuất bê tông. Thời gian: 6-12 tháng. Chủ thể: Viện nghiên cứu vật liệu xây dựng, các nhà máy sản xuất xi măng và tro bay.

3. Khuyến khích sử dụng SCC có phụ gia bùn đỏ và tro bay trong các công trình có kết cấu phức tạp, cốt thép dày đặc để nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình. Thời gian: áp dụng trong các dự án xây dựng mới. Chủ thể: Chủ đầu tư, tư vấn thiết kế và nhà thầu.

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ về SCC sử dụng chất thải công nghiệp cho kỹ sư, công nhân xây dựng nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng thi công. Thời gian: liên tục. Chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề và các tổ chức chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Vật liệu xây dựng và Công nghệ vật liệu: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm về việc sử dụng chất thải công nghiệp trong SCC, hỗ trợ phát triển các đề tài liên quan.

2. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng và xi măng: Tham khảo để phát triển sản phẩm bê tông tự lèn thân thiện môi trường, giảm chi phí nguyên liệu và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

3. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng: Áp dụng các giải pháp thi công bê tông tự lèn hiệu quả, đặc biệt trong các công trình có kết cấu phức tạp, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thi công.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chính sách khuyến khích tái sử dụng chất thải công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển xây dựng bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông tự lèn là gì và có ưu điểm gì so với bê tông truyền thống?
   Bê tông tự lèn là loại bê tông có khả năng tự chảy và lèn đầy khuôn mà không cần đầm rung, giúp thi công nhanh, giảm công lao động và đảm bảo chất lượng kết cấu, đặc biệt hiệu quả với các kết cấu phức tạp và cốt thép dày đặc.

2. Tại sao sử dụng bùn đỏ và tro bay làm phụ gia trong SCC?
   Bùn đỏ và tro bay là chất thải công nghiệp có kích thước hạt mịn và hoạt tính pozzolanic, giúp cải thiện tính công tác và cường độ bê tông, đồng thời giảm lượng xi măng sử dụng, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí.

3. Hàm lượng bột thay thế xi măng tối ưu trong nghiên cứu là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hàm lượng bột thay thế xi măng khoảng 30% với tỷ lệ bùn đỏ:tro bay từ 1:5 đến 1:4 là tối ưu, đảm bảo tính lưu biến tốt và cường độ chịu nén đạt trên 50 MPa sau 28 ngày.

4. Các thí nghiệm nào được sử dụng để đánh giá tính công tác của SCC?
   Các thí nghiệm chính gồm Slump Flow (đo độ chảy xòe), J-Ring (đánh giá khả năng chảy qua rào cản và phân tầng), phễu V (đo thời gian chảy và ổn định hỗn hợp), giúp đánh giá toàn diện tính lưu biến của hỗn hợp bê tông.

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng bê tông tự lèn sử dụng bùn đỏ và tro bay trong thực tế?
   Cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ phối trộn, chất lượng nguyên liệu, quy trình trộn và thi công, đồng thời thực hiện các thí nghiệm kiểm tra tính công tác và cơ lý thường xuyên để đảm bảo bê tông đạt yêu cầu thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được hàm lượng bột thay thế xi măng 30% với tỷ lệ bùn đỏ:tro bay từ 1:5 đến 1:4 là phù hợp để chế tạo bê tông tự lèn có tính lưu biến và cơ lý tốt.
• Hỗn hợp bê tông tự lèn đạt độ chảy xòe 67 cm, thời gian T50 là 4 giây, không bị phân tầng và có cường độ chịu nén khoảng 52.6 MPa sau 28 ngày.
• Việc sử dụng bùn đỏ và tro bay không chỉ giảm lượng xi măng sử dụng mà còn góp phần xử lý hiệu quả các chất thải công nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường.
• Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng ngay trong sản xuất và thi công các công trình xây dựng phức tạp, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
• Các bước tiếp theo bao gồm chuẩn hóa quy trình sản xuất, đào tạo nhân lực và mở rộng ứng dụng trong các dự án xây dựng quy mô lớn.

Hành động ngay: Các nhà sản xuất và nhà thầu xây dựng nên xem xét áp dụng công nghệ SCC sử dụng bùn đỏ và tro bay để nâng cao chất lượng công trình và góp phần bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA __________________________________ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số : 60.80 Nghiên Cứu Sinh : Trần Hoàng Duy Giáo Viên HD : PGS.TS Nguyễn Văn Chánh TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2012 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM PHOØNG ÑAØO TAÏO SÑH Ñoäc Laäp - Töï Do - Haïnh Phuùc ______________________ _________________________ Tp, HCM, ngaøy thaùng naêm 2012 NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Hoï teân hoïc vieân: TRAÀN HOAØNG DUY. MSHV : 10190713 Ngaøy, thaùng, naêm sinh: 10/02/1985.

Nôi sinh: TIEÀN GIANG Chuyeân ngaønh : VAÄT LIEÄU VAØ COÂNG NGHEÄ VLXD Maõ soá ngaønh : 60. TEÂN ÑEÀ TAØI: NGHIEÂN CÖÙU SÖÛ DUÏNG CHAÁT THAÛI BUØN ÑOÛ VAØ TRO BAY ÑEÅ LAØM PHUÏ GIA CHEÁ TAÏO BEÂ TOÂNG TÖÏ LEØN 2. NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG : Chöông 01 : Toång quan tình hình nghieân cöùu beâ toâng töï leøn Chöông 02 : Cô sôû khoa hoïc laøm neàn taûng nghieân cöùu cheá taïo beâ toâng töï leøn. Chöông 03 : Ñaëc tính kyõ thuaät cuûa heä nguyeân vaät lieäu söû duïng vaø thieát keá thaønh phaàn hoãn hôïp.

Chöông 04 : Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa tro bay vaø buøn ñoû ñeán caùc tính chaát kyõ thuaät cuûa beâ toâng töï leøn. Keát luaän vaø kieán nghò 3. NGAØY GIAO NHIEÄM VUÏ: thaùng 06 naêm 2011 4. NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUÏ : thaùng 06 naêm 2012 5.

CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN : PGS. NGUYEÃN VAÊN CHAÙNH CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN CHUÛ NHIEÄM BOÄ MOÂN ÑAØO TAÏO PGS. NGUYEÃN VAÊN CHAÙNH PGS. NGUYEÃN VAÊN CHAÙNH TRÖÔÛNG KHOA KYÕ THUAÄT XAÂY DÖÏNG (Kyù vaø ghi roõ hoï teân) LỜI CẢM ƠN Em xin được bày tỏ lòng biết ơn với tất cả quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa, khoa Kỹ thuật Xây dựng đặc biệt là quý Thầy Cô bộ môn Vật liệu Xây dựng đã hết lòng truyền đạt kiến thức cho em trong suốt những năm học Đại học cũng như Cao Học vừa qua.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. Nguyễn Văn Chánh, Chủ nhiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và cũng là Cán bộ hướng dẫn chính của em. Với lòng nhiệt huyết cộng với một phương pháp giảng dạy và hướng dẫn đề tài rất đặc biệt, Thầy đã chỉ cho em những hướng giải quyết để đề tài có được chiều rộng và chiều sâu, giúp đỡ để em hoàn thành đề tài đúng thời hạn qui định. Xin cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã luôn bên cạnh và giúp đỡ tôi.

Xin cảm ơn các cộng sự của trung tâm kiểm định chất lượng công trình xây dựng TP Mỹ Tho – Tiền Giang. Đặc biệt là Ông Huỳnh Công Phúc giám đốc trung tâm đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này. Mặc dù luận văn đã được hoàn thành với tất cả sự nỗ lực của bản thân nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Kính mong nhận được sự cảm thông và chỉ bảo của quý Thầy Cô để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình.

Ngày 1 tháng 6 năm 2012 Học viên thực hiện: Trần Hoàng Duy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu thực hành trên cơ sở nguyên vật liệu địa phương khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và lân cận. Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn. Tác giả luận văn Trần Hoàng Duy TÓM TẮT Trong kỹ thuật bê tông tự lèn hiện nay việc nghiên cứu sử dụng hàm lượng bột để thay thế xi măng, chẳng những làm giảm hàm lượng xi măng sử dụng mà còn góp phần cải tiến các tính chất của bê tông tự lèn.

Trong luận văn này đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột (bùn đỏ và tro bay) để thay thế xi măng, và tỉ lệ bùn đỏ và tro bay chứa trong hàm lượng bột để thay thế đó đến các tính chất về độ dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn và các tính chất cơ lý của bê tông tự lèn. Với tỉ lệ khảo sát là : hàm lượng bột thay thế xi măng dao động trong khoảng [25-35]% và tỉ lệ bùn đỏ:tro bay chứa trong bột là [1:5-1:1]. Từ đó chọn ra hàm lượng bột (bùn đỏ và tro bay) và tỉ lệ bùn đỏ, tro bay chứa trong bột để thay cho xi măng. Từ kết quả thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng hàm lượng bột thay thế xi măng là 30% và tỉ lệ tro bay và bùn đỏ chứa trong hàm lượng bột đó dao động theo tỉ lệ BD:TB=[1:5-1:4] thì hỗn hợp bê tông tự lèn đạt được các tính chất như sau.

- Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông tự lèn đạt được từ 67.0 cm - Thời gian hỗn hợp bê tông đạt được độ chảy xòe có đường kính 50 cm (T50) là 4. - Độ chênh lệch chiều cao của hỗn hợp bê tông giữa trong và ngoài theo thí nghiệm J-Ring (∆H) là 0. - Thời gian để hỗn hợp bê tông chảy hết phểu V trong thí nghiệm Vbox từ 9. - Độ chênh lệch thời gian (∆T) trong thí nghiệm phễu V sau khoản thời gian 5 phút dao động từ 2.3s - Cường độ chịu nén cao khoảng 52.6 MPa (TCVN-3118:1993) - Sau 7 ngày tuổi thì cường độ chịu nén đạt được gần 90% so với cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi.

ABSTRACT In self-compacting concrete techniques currently used to study the amount of cement powder to replace, not only reduces the amount of cement used, but also contributes to improve the properties of self-compacting concrete. In this thesis research has focused on the effects of powder concentration (red mud and fly ash) to replace cement, and the rate of red mud and fly ash contained in the content of the dough to replace it to the properties of viscosity of self-compacting concrete mix and the mechanical properties of self-compacting concrete. Researching is to replace the amount of cement powder within the range [25-35]% and the rate of sludge: fly ash powder is contained in [1:5-1:1]. From there, select the content of flour (red mud and fly ash) and the rate of red mud, fly ash contained in the flour to replace the cement.

From experimental results show that the amount can be used to replace cement powder is 30% and the rate of fly ash and sludge contained in the content of flour that the ratio of BD oscillation: TB = [1:5-1 4], the self-compacting concrete mix to achieve the following properties. - The Slumflow of self-compacting concrete mix achieved from 67. - Time to achieve concrete mixture flow spread diameter 50 cm is 4. - The difference in height of the concrete mix between inside and outside the J- Ring test (ΔH) of 0.

- Time to concrete mixture flowing in all experiments speculum V” 9. - The difference in time (ΔT) in the funnel experiment V after 5 min time period ranging from 2.3s - Compressive strength of about 52.6 MPa (TCVN-3118: 1993) - After 7 days of age, the compressive strength reached nearly 90% compared with the compressive strength at 28 days old. 1 MỤC LỤC Danh mục các hình vẽ và bảng biểu. 3 Danh mục các ký hiệu viêt tắt.

7 CHƯƠNG 01: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG TỰ LÈN 1.1 Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài. Lịch sử phát triển của bê tông tự lèn. Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn. Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn trên thế giới.

Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn ở Việt Nam. Tổng quan về tình hình tận dụng chất thảy bùn đỏ. Các phương pháp xử lý bùn đỏ trên thế giới. Các phương pháp xử lý bùn đỏ ở Việt Nam.

Mục tiêu của đề tài. Nhiệm vụ đề tài. 28 CHƯƠNG 02: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN 2.Sự phân tầng và không đồng nhất trong bê tông. Phương pháp nghiên cứu các tính chất bê tông tự lèn.

Quá trình tạo mẫu. Phương pháp nghiên cứu tính dẻo của hỗn hợp bê tông. Phương pháp nghiên cứu các tính chất cơ lý của bê tông tự lèn. 50 CHƯƠNG 03: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHÀN HỖN HỢP 3.

Lượng nước trộn. Phụ gia siêu dẻo. Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn. Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn.

62 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN 4.Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng lắp đầy của hỗn hợp bê tông qua thí nghiệm Slump Flow:.Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng năng lắp đầy và đánh giá tính phân tầng của bê tông qua thí nghiệm V_funnel. Nghiên cứu ảnh hưởng của bùn đỏ và tro bay đến khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring của hỗn hợp bê tông tự lèn. 72 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN TÍNH CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG TỰ LÈN 5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu nén của bê tông tự lèn.

Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu kéo của bê tông tự lèn. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến độ co ngót. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến độ co ngót của bê tông tự lèn. Nghiên cứu ảnh hưởng bùn đỏ đến độ co ngót của bê tông tự lèn.

83 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 87 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Bảng 1. Hệ nguyên vật liệu được sử dụng làm bê tông tự lèn (SCC)tại Nhật Bản Bảng 1.

Nguyên vật liệu bê tông tự lèn (SCC) Bảng 1. Đặc tính của hỗn hợp bê tông tự lèn Bảng 1. Thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn khi cho thêm 10-25% vào hỗn hợp Bảng 1. Tổng hợp kết quả kiểm tra Bảng 1.

Thành phần hỗn hợp bê tông Bảng 1. Đặc tính của hỗn hợp bê tông tự lèn Bảng 1.8 cấp phối của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.9 kết quả kiểm tra tính dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1. Sự phát triển cường độ của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.