NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI RFCC CHO BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO (HPC)

Nghiên cứu sử dụng chất thải RFCC để sản xuất bê tông tính năng cao (HPC). Giải pháp tái chế chất thải, nâng cao hiệu suất bê tông và bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Võ Hoàng Nhân
• Người hướng dẫn: Phó Giáo Sư Lê Anh Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Chất Thải RFCC Cho Bê Tông Tính Năng Cao (HPC)
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• GUARANTEE
• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• CONTENTS
• 1. CHƯƠNG 1: GENERAL INTRODUCTION
• 2. CHƯƠNG 2: THEORETICAL BASIS OF THE STUDY
• 3. CHƯƠNG 3: EXPERIMENTAL INVESTIGATION
• 4. CHƯƠNG 4: OPTIMIZATION OF RFCC IN HIGH-PERFORMANCE CONCRETE (HPC)
• 5. CHƯƠNG 5: ASSESSING THE FEASIBILITY OF USING RFCC IN UHPC
• 6. CHƯƠNG 6: CONCLUSIONS
• REFERENCES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chất Thải RFCC cho Bê Tông HPC

Bê tông tính năng cao (HPC) ngày càng được ưa chuộng nhờ độ bền vượt trội và khả năng ứng dụng linh hoạt trong xây dựng. Xu hướng sử dụng vật liệu tái chế và thân thiện với môi trường ngày càng tăng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tái chế chất thải xây dựng và tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu thô. Một trong những hướng đi đầy tiềm năng là nghiên cứu sử dụng chất thải RFCC từ quá trình cracking xúc tác tầng sôi trong công nghiệp lọc hóa dầu để thay thế một phần xi măng hoặc phụ gia bê tông. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần giải quyết bài toán xử lý chất thải RFCC, mang lại lợi ích kép về kinh tế và môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa bê tông HPC bằng cách sử dụng chất thải RFCC, đồng thời đánh giá tính kinh tế của việc sử dụng RFCC trong thực tế. Mục tiêu là đạt được sự cân bằng giữa tính công tác bê tông, độ bền bê tông, hiệu quả kinh tế và tính bền vững.

1.1. Giới thiệu về Bê tông tính năng cao và Ứng dụng

Bê tông tính năng cao (HPC), từ khi ra đời, đã thu hút sự chú ý của giới nghiên cứu nhờ các tính chất cơ học và độ bền vượt trội. Ứng dụng của HPC trong kỹ thuật xây dựng đã giảm đáng kể trọng lượng bản thân của công trình, tăng khẩu độ, cường độ, độ bền, và kéo dài tuổi thọ. Nhờ những ưu điểm này, HPC có tiềm năng lớn trong xây dựng nhà cao tầng, cầu, hầm, công trình biển và công trình quân sự. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của HPC.

1.2. Vấn đề và thách thức trong sử dụng RFCC cho Bê tông

Quá trình cracking xúc tác tầng sôi (RFCC) trong ngành hóa dầu tạo ra lượng lớn chất thải RFCC. Việc quản lý và xử lý chất thải RFCC hiệu quả là một thách thức lớn. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng chất thải RFCC trong bê tông tính năng cao, nhằm giảm nhu cầu sử dụng nguyên liệu truyền thống và cung cấp một giải pháp có trách nhiệm với môi trường cho việc quản lý chất thải RFCC. Cần phải nghiên cứu để đánh giá tác động của RFCC đến độ bền bê tông và tính công tác bê tông.

II. Phương Pháp Tối Ưu Hóa RFCC Thay Thế Xi măng Trong HPC

Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng phương pháp thiết kế hỗn hợp Simplex-Centroid, dựa trên các thông số cơ học và tính công tác bê tông, để tối ưu hóa hỗn hợp bê tông HPC có sử dụng chất thải RFCC. Điều này bao gồm việc xác định tỷ lệ tối ưu giữa xi măng, RFCC, và hồ cát, cũng như tỷ lệ tối ưu giữa hồ, cốt liệu mịn và cốt liệu thô. Kết quả cho thấy mối quan hệ giữa tính công tác và tỷ lệ thể tích hồ có thể được sử dụng để xác định hàm lượng vật liệu xi măng tổng thể tối ưu cho bê tông. Giáo sư Hwang tại Taiwan Tech đã sử dụng các phương pháp tương tự để tối ưu hóa hỗn hợp bê tông xi măng.

2.1. Phương pháp Simplex Centroid Design trong Nghiên cứu Bê tông

Phương pháp thiết kế Simplex-Centroid được ứng dụng để tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn bê tông dựa trên tính công tác và các chỉ số cường độ chính như cường độ nén, cường độ uốn và cường độ kéo tách. Phương pháp này cho phép xác định các thành phần hỗn hợp tối ưu bằng cách đánh giá ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần khác nhau đến các tính chất của bê tông. Mục tiêu là tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa các thành phần, đảm bảo hiệu suất và độ bền cao nhất cho bê tông.

2.2. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Phối Trộn Chất Thải RFCC Trong Bê Tông

Việc tối ưu hóa tỷ lệ RFCC trong hỗn hợp bê tông là rất quan trọng. Việc này cần xem xét ảnh hưởng của RFCC đến độ bền bê tông, tính công tác bê tông và các tính chất khác. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thiết kế Simplex-Centroid để tìm ra tỷ lệ RFCC tối ưu, giúp cải thiện hiệu suất của bê tông mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và môi trường. Cần phải xác định rõ ảnh hưởng của RFCC đến bê tông để có thể đưa ra tỷ lệ phối trộn phù hợp.

III. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Ảnh Hưởng Của RFCC Đến Tính Chất Bê Tông

Nghiên cứu tiến hành các thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của chất thải RFCC đến tính chất bê tông. Các thí nghiệm bao gồm đo độ sụt (slump flow) để đánh giá tính công tác, thí nghiệm cường độ nén, cường độ uốn và cường độ kéo tách để đánh giá độ bền bê tông. Kết quả thí nghiệm cho thấy RFCC có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén và tính công tác của bê tông. Việc thay thế một phần xi măng bằng RFCC có thể cải thiện một số tính chất của bê tông, nhưng cần phải tối ưu hóa tỷ lệ thay thế để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.

3.1. Thí nghiệm Đánh Giá Tính Công Tác Của Bê Tông RFCC

Tính công tác của bê tông là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng thi công và chất lượng cuối cùng của công trình. Thí nghiệm độ sụt được sử dụng để đánh giá tính công tác của bê tông khi có sự tham gia của chất thải RFCC. Kết quả thí nghiệm giúp xác định tỷ lệ RFCC tối ưu để đảm bảo bê tông dễ dàng được trộn, vận chuyển và đổ vào khuôn mà không bị phân tầng hay mất nước. Việc này đảm bảo tính công tác bê tông đạt yêu cầu.

3.2. Đánh Giá Ảnh Hưởng Của RFCC Đến Độ Bền Chịu Nén Bê Tông HPC

Cường độ chịu nén là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá độ bền bê tông. Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm cường độ nén trên các mẫu bê tông có chứa chất thải RFCC ở các tỷ lệ khác nhau. Kết quả thí nghiệm giúp xác định tỷ lệ RFCC tối ưu để đạt được cường độ nén cao nhất mà vẫn đảm bảo các tính chất khác của bê tông. RFCC có thể ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa của xi măng, do đó cần phải kiểm soát tỷ lệ sử dụng để tránh làm giảm độ bền bê tông.

3.3. Thí nghiệm đánh giá độ bền kéo và độ bền uốn của Bê tông

Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm cường độ kéo và cường độ uốn trên các mẫu bê tông có chứa chất thải RFCC ở các tỷ lệ khác nhau. Kết quả thí nghiệm giúp xác định tỷ lệ RFCC tối ưu để đạt được cường độ kéo và cường độ uốn, cũng như tính dẻo dai cao nhất mà vẫn đảm bảo các tính chất khác của bê tông. Việc thí nghiệm giúp tối ưu hóa quá trình thủy hóa của xi măng, và cải thiện độ bền bê tông.

IV. Tối Ưu Hóa Thay Thế RFCC Cho Q Powder Trong Bê Tông HPC

Nghiên cứu tiếp tục khám phá khả năng thay thế Q-Powder bằng chất thải RFCC để sản xuất bê tông tính năng cao. Q-Powder là một loại phụ gia bê tông thường được sử dụng để cải thiện tính công tác và độ bền bê tông. Việc thay thế Q-Powder bằng RFCC có thể mang lại lợi ích về kinh tế và môi trường. Tuy nhiên, cần phải đánh giá kỹ lưỡng ảnh hưởng của việc thay thế này đến các tính chất của bê tông để đảm bảo chất lượng và độ bền bê tông.

4.1. So Sánh Ưu Điểm Giữa RFCC và Q Powder Trong Bê Tông HPC

So sánh hiệu quả giữa RFCC và Q-Powder trong việc cải thiện tính công tác và độ bền bê tông. Phân tích các ưu điểm và nhược điểm của từng loại phụ gia bê tông, bao gồm khả năng cải thiện độ bền bê tông, giảm co ngót, tăng khả năng chống thấm, và giảm chi phí sản xuất. Mục tiêu là xác định liệu RFCC có thể thay thế Q-Powder một cách hiệu quả hay không.

4.2. Thí nghiệm Thay Thế Q Powder Bằng RFCC và Đánh Giá Độ Bền

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách thay thế Q-Powder bằng chất thải RFCC ở các tỷ lệ khác nhau. Các mẫu bê tông được kiểm tra về tính công tác, cường độ nén, cường độ uốn và khả năng chống thấm. Kết quả thí nghiệm giúp xác định tỷ lệ RFCC tối ưu để thay thế Q-Powder mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và độ bền bê tông.

4.3. Mô hình số tối ưu

Sau khi có kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chất thải RFCC, mô hình số được tối ưu để so sánh và đánh giá kết quả một cách hiệu quả, đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và độ bền bê tông.

V. Đánh Giá Tính Khả Thi Sử Dụng RFCC Cho Bê Tông Siêu Tính Năng Cao

Chương này đánh giá tính khả thi của việc sử dụng RFCC trong bê tông siêu tính năng cao (UHPC). Việc bổ sung sợi kết hợp với tỷ lệ thay thế RFCC cho xi măng được xem xét để cải thiện các tính chất cơ học của UHPC. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá tính công tác, cường độ kéo tách, cường độ uốn và cường độ nén của UHPC có chứa RFCC và sợi.

5.1. Ảnh Hưởng Của RFCC và Sợi Đến Tính Công Tác UHPC

Nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay thế RFCC cho xi măng, kết hợp với việc bổ sung sợi, đến tính công tác của UHPC. Đánh giá khả năng thi công của UHPC khi có sự tham gia của RFCC và sợi, đảm bảo UHPC có thể được đổ khuôn một cách dễ dàng mà không bị phân tầng hay mất nước.

5.2. Tác động của RFCC và sợi đến độ bền kéo uốn và nén của UHPC

Nghiên cứu tiếp tục khám phá khả năng cải thiện độ bền bê tông bằng cách kết hợp RFCC và sợi, đánh giá cường độ kéo tách, cường độ uốn và cường độ nén của UHPC để cải thiện các tính chất cơ học của UHPC.

VI. Kết Luận Triển Vọng Ứng Dụng Chất Thải RFCC Cho Bê Tông HPC

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của việc sử dụng chất thải RFCC để tối ưu hóa bê tông HPC. Việc sử dụng RFCC không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất và giải quyết vấn đề tái chế chất thải xây dựng mà còn có thể cải thiện một số tính chất của bê tông. Tuy nhiên, cần phải tiếp tục nghiên cứu và tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn RFCC để đảm bảo độ bền bê tông và tính công tác bê tông đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Triển vọng trong tương lai là mở rộng ứng dụng RFCC trong các loại vật liệu xây dựng khác và phát triển các công nghệ xử lý RFCC hiệu quả hơn.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu và Ý Nghĩa Thực Tiễn

Tóm tắt các kết quả chính của nghiên cứu, bao gồm ảnh hưởng của RFCC đến tính chất bê tông, tỷ lệ phối trộn RFCC tối ưu, và tính khả thi của việc sử dụng RFCC trong UHPC. Nhấn mạnh ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu trong việc thúc đẩy bê tông bền vững và giảm thiểu tác động môi trường.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Ứng Dụng Mở Rộng RFCC

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để khám phá tiềm năng của RFCC trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như sản xuất gạch không nung, vật liệu xây dựng nhẹ, và các ứng dụng trong lĩnh vực môi trường. Khuyến khích việc phát triển các công nghệ xử lý RFCC hiệu quả hơn để tăng cường khả năng tái chế và tái sử dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành xây dựng ngày càng phát triển, việc sử dụng vật liệu bê tông có tính năng cao (High-Performance Concrete - HPC) trở thành xu hướng quan trọng nhằm nâng cao độ bền, khả năng chịu lực và tuổi thọ công trình. Theo ước tính, bê tông chiếm phần lớn trong tổng lượng vật liệu xây dựng toàn cầu, đồng thời ngành xi măng cũng đóng góp khoảng 7% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Do đó, việc tìm kiếm giải pháp thay thế nguyên liệu truyền thống bằng các vật liệu tái chế, thân thiện môi trường là cấp thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng chất thải từ quá trình Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) - một phụ phẩm công nghiệp từ lọc dầu - để thay thế một phần xi măng hoặc Q-Powder trong hỗn hợp bê tông HPC. Mục tiêu chính là tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn nhằm cân bằng giữa tính thi công, cường độ nén, độ bền uốn, độ bền kéo và tính bền vững kinh tế - môi trường của bê tông. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2024, với các thử nghiệm vật liệu và phân tích cơ học chi tiết. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần giảm chi phí sản xuất bê tông mà còn hỗ trợ quản lý chất thải RFCC hiệu quả, hướng tới phát triển xây dựng xanh và bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

1. Lý thuyết bê tông tính năng cao (HPC và UHPC): HPC được định nghĩa là bê tông có tỷ lệ nước trên chất kết dính thấp (dưới 0.25), kết hợp với các phụ gia siêu mịn như silica fume, bột thạch anh nhằm tối ưu hóa mật độ đóng gói hạt, giảm độ rỗng và tăng cường độ bền cơ học. UHPC là dạng cao cấp hơn với cường độ nén tối thiểu 150 MPa, có khả năng chịu lực và độ bền vượt trội, tuy nhiên tiêu thụ xi măng lớn dẫn đến lượng phát thải CO2 cao.

2. Phương pháp thiết kế hỗn hợp Simplex-Centroid: Đây là phương pháp thiết kế thí nghiệm hỗn hợp đa thành phần, giúp tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn giữa các thành phần xi măng, RFCC và cốt liệu mịn dựa trên các chỉ tiêu về tính thi công và cường độ cơ học. Phương pháp này cho phép giảm số lượng thí nghiệm cần thiết nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác và khả năng ứng dụng rộng rãi.

Các khái niệm chính bao gồm: tỷ lệ nước trên chất kết dính (w/b), mật độ đóng gói hạt, tính thi công (đo bằng độ sụt hoặc độ chảy), cường độ nén, độ bền uốn và độ bền kéo phân tách.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu bê tông HPC được phối trộn với tỷ lệ RFCC thay thế xi măng và Q-Powder khác nhau, lấy từ nhà máy lọc dầu và các vật liệu xây dựng tiêu chuẩn. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm khoảng 30 hỗn hợp bê tông với các tỷ lệ thay thế RFCC từ 0% đến khoảng 20%.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thử nghiệm độ sụt (slump flow) để đánh giá tính thi công.
• Thử nghiệm cường độ nén, uốn và kéo phân tách theo tiêu chuẩn TCVN.
• Phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá ảnh hưởng của RFCC đến cấu trúc bê tông.
• Sử dụng phần mềm Minitab để thực hiện phân tích thống kê, hồi quy và tối ưu hóa hỗn hợp theo phương pháp Simplex-Centroid.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong vòng 6 tháng, bao gồm giai đoạn chuẩn bị vật liệu, thí nghiệm và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của RFCC đến tính thi công: Khi tỷ lệ RFCC thay thế xi măng tăng từ 0% đến 15%, độ chảy của bê tông giảm khoảng 10-15%, tuy nhiên vẫn nằm trong giới hạn thi công cho phép. Điều này cho thấy RFCC có ảnh hưởng nhẹ đến tính thi công nhưng không gây trở ngại lớn.

2. Cường độ nén: Hỗn hợp bê tông với 10% RFCC thay thế xi măng đạt cường độ nén trung bình 65 MPa sau 28 ngày, tăng khoảng 8% so với mẫu đối chứng không có RFCC. Khi tỷ lệ RFCC vượt quá 15%, cường độ nén giảm nhẹ do ảnh hưởng của thành phần không phản ứng.

3. Độ bền uốn và kéo phân tách: Tỷ lệ RFCC thay thế Q-Powder khoảng 12% giúp tăng độ bền uốn lên 12 MPa, cao hơn 7% so với mẫu chuẩn. Độ bền kéo phân tách cũng được cải thiện tương ứng, cho thấy RFCC góp phần tăng tính liên kết vi mô trong bê tông.

4. Tối ưu hóa hỗn hợp: Phương pháp Simplex-Centroid cho phép xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu là 10% RFCC thay thế xi măng và 12% thay thế Q-Powder, đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa tính thi công và các chỉ tiêu cơ học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện cường độ và độ bền là do RFCC có thành phần hóa học tương tự silica fume, giúp tăng phản ứng pozzolanic, tạo thêm canxi silicat hydrate (C-S-H) làm tăng mật độ cấu trúc bê tông. Mặc dù RFCC làm giảm nhẹ tính thi công do tăng hàm lượng hạt mịn, nhưng việc sử dụng siêu dẻo giúp duy trì độ chảy phù hợp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về sử dụng phụ gia tái chế như bột gạch tái chế hay bột kính vụn, RFCC thể hiện hiệu quả tương đương hoặc vượt trội trong việc cải thiện cơ tính bê tông. Kết quả này cũng phù hợp với báo cáo của ngành lọc dầu về tính ổn định hóa học của RFCC.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ RFCC và các chỉ tiêu cường độ, cũng như bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm độ sụt và độ bền cơ học để minh họa rõ ràng sự tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ thay thế RFCC 10-12% trong sản xuất HPC nhằm giảm chi phí xi măng và tăng tính bền vững, thực hiện trong vòng 12 tháng tại các nhà máy sản xuất bê tông thương phẩm.

2. Sử dụng phương pháp Simplex-Centroid để thiết kế hỗn hợp bê tông cho các dự án xây dựng có yêu cầu cao về cơ tính và độ bền, giúp tối ưu hóa nguyên liệu và giảm thí nghiệm không cần thiết.

3. Phát triển quy trình kiểm soát chất lượng RFCC trước khi đưa vào phối trộn, đảm bảo thành phần hóa học và kích thước hạt phù hợp, do các đơn vị quản lý vật liệu xây dựng và nhà máy lọc dầu phối hợp thực hiện.

4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng lâu dài của RFCC trong bê tông, đặc biệt về độ bền môi trường và khả năng chống ăn mòn, nhằm hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật cho vật liệu mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và vật liệu xây dựng: Nắm bắt phương pháp tối ưu phối trộn bê tông HPC sử dụng vật liệu tái chế, nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công.

2. Nhà sản xuất bê tông thương phẩm: Áp dụng công nghệ phối trộn mới giúp giảm chi phí nguyên liệu, tăng tính cạnh tranh và thân thiện môi trường.

3. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn xây dựng: Tham khảo dữ liệu khoa học để xây dựng hoặc điều chỉnh tiêu chuẩn sử dụng phụ gia công nghiệp trong bê tông.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Học hỏi phương pháp thiết kế thí nghiệm Simplex-Centroid và ứng dụng thực tiễn trong phát triển vật liệu mới.

Câu hỏi thường gặp

1. RFCC là gì và tại sao được sử dụng trong bê tông?
   RFCC là chất thải từ quá trình Residue Fluid Catalytic Cracking trong lọc dầu, có thành phần hóa học tương tự silica fume, giúp tăng cường phản ứng pozzolanic trong bê tông, cải thiện cơ tính và giảm chi phí nguyên liệu.

2. Tỷ lệ thay thế RFCC tối ưu trong bê tông là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ thay thế khoảng 10-12% RFCC cho xi măng hoặc Q-Powder là tối ưu, cân bằng giữa tính thi công và cường độ cơ học.

3. Phương pháp Simplex-Centroid có ưu điểm gì?
   Phương pháp này giúp tối ưu phối trộn nhiều thành phần với số lượng thí nghiệm tối thiểu, đồng thời phân tích được ảnh hưởng tương tác giữa các thành phần đến tính chất bê tông.

4. RFCC ảnh hưởng thế nào đến tính thi công của bê tông?
   RFCC làm tăng hàm lượng hạt mịn, có thể giảm nhẹ độ chảy của bê tông nhưng vẫn nằm trong giới hạn thi công nhờ sử dụng siêu dẻo.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng ở đâu?
   Phù hợp với các nhà máy sản xuất bê tông thương phẩm, dự án xây dựng cần bê tông tính năng cao và các đơn vị quản lý vật liệu xây dựng quan tâm đến phát triển vật liệu bền vững.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh khả năng sử dụng chất thải RFCC để thay thế một phần xi măng và Q-Powder trong bê tông HPC, góp phần giảm chi phí và tăng tính bền vững.
• Phương pháp thiết kế hỗn hợp Simplex-Centroid được áp dụng thành công, giúp tối ưu tỷ lệ phối trộn dựa trên các chỉ tiêu cơ học và tính thi công.
• Tỷ lệ thay thế RFCC tối ưu được xác định trong khoảng 10-12%, đảm bảo cường độ nén trên 65 MPa và cải thiện độ bền uốn, kéo phân tách.
• Kết quả nghiên cứu hỗ trợ phát triển vật liệu xây dựng xanh, giảm phát thải CO2 từ ngành xi măng và quản lý hiệu quả chất thải công nghiệp.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng thử nghiệm độ bền lâu dài, phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và ứng dụng thực tế tại các dự án xây dựng lớn.

Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả và bền vững trong sản xuất bê tông tính năng cao, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION MASTER'S THESIS VO HOANG NHAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI RFCC CHO BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO (HPC) STUDY ON UTILIZING RFCC WASTE FOR HIGH PERFORMANCE CONCRETE MAJOR: CIVIL ENGINERING Ho Chi Minh city, 7/2024 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION MASTER GRADUATION PROJECT VO HOANG NHAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI RFCC CHO BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO (HPC) STUDY ON UTILIZING RFCC WASTE FOR HIGH PERFORMANCE CONCRETE MAJOR: CIVIL ENGINEERING – 8580201 Ho Chi Minh City 7/2024 `` MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION MASTER GRADUATION PROJECT VO HOANG NHAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI RFCC CHO BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO (HPC) STUDY ON UTILIZING RFCC WASTE FOR HIGH PERFORMANCE CONCRETE MAJOR: CIVIL ENGINEERING – 8580201 INSTRUCTOR: Associate Professor LE ANH THANG Ho Chi Minh City 7/2024 2 3 4 5 i ii iii SCIENTIFIC RESUME I. PROFILE: Full Name: Vo Hoang Nhan Gender: Male Date of birth: 13/01/2000 Place of birth: Long An Hometown: Long An Ethnicity: Kinh Address: 262 Phuoc Hau, Can Giuoc, Long An City. Mobile Phone: [phone] E-mail: vohoangnhan3539@gmail. EDUCATIONAL BACKGROUND: University Mode of Study: Full-time Period: From 2018 to 2022 University: HCMC University of Technology and Education ( HCMUTE ) Major: Construction Engineering Graduation thesis: Design of the structure for luxury apartment Canary Height Year of Graduation: 2022 Instructor: PhD Dao Duy Kien III.

EMPLOYMENT HISTORY: Timeline Working place Position 2022 to Now TSARSI Vietnam Senior Bid Estimator Day 19 month 8 year 2024 Signature Võ Hoàng Nhân i GUARANTEE I declare that this graduation project is my research work, carried out under the guidance of Associate Professor Ph. D Le Anh Thang. The data and results stated in the project are truthful and have never been published in any other work. Ho Chi Minh City Day … month… year 2024.

Vo Hoang Nhan ii ACKNOWLEDGEMENT I would like to extend our heartfelt gratitude to Associate Professor Ph. D Le Anh Thang for his dedicated support and guidance throughout the entire process of completing this dissertation. Associate Professor Thang's commitment and profound knowledge played a pivotal role in helping us make progress and complete this dissertation. I would also like to thank our friends and fellow group members.

The unity, support, and dedication of all involved made this project more meaningful and successful than ever. We have overcome challenges, conducted in-depth research, and learned from each other, strengthening our group's cohesion and resilience. With the support of Associate Professor Ph. D Le Anh Thang and the solidarity of our group, I take pride in the results achieved in this dissertation.

I hope that the knowledge and skills I have acquired will continue to develop and prove beneficial in the future. Once again, we sincerely thank Associate Professor Ph. D Le Anh Thang and all our fellow group members. I am delighted and proud of this achievement, and we look forward to further opportunities for learning and collaboration in the future.

Sincerely, Vo Hoang Nhan iii ABSTRACT Construction materials, particularly cement and fine aggregates, are essential to the economy and the construction engineering industry. There is an increasing trend towards using recycled waste and environmentally friendly materials. This approach not only helps reduce costs but also provides significant benefits for recycling and waste management. In this study, the author explores two options: first, using waste from the Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) process to partially replace cement, and second, substituting Q-Powder with RFCC waste to produce high-performance concrete.

The primary objective of concrete mixture design is to achieve a balance between workability, compressive strength, durability, economic efficiency, and sustainability. This project employs the simplex centroid design approach, guided by the mechanical properties of concrete parameters and workability, to optimize the mixture for a specified strength grade. This involves determining the ideal proportions of cement, RFCC, and sand paste, as well as the optimal ratio between paste, fine aggregates, and coarse aggregates. Results indicate that the relationship between workability and paste volume fraction can be used to determine the optimal total cementitious material content for the concrete.

Using the simplex centroid design approach, concrete mixture design can be optimized based on workability and key strength metrics such as compressive, flexural, and splitting strengths. iv CONTENTS SCIENTIFIC RESUME 2 GUARANTEE ii ACKNOWLEDGEMENT iii ABSTRACT iv CONTENTS v LIST OF ABBREVIATIONS ix LIST OF TABLES x LIST OF FIGURES xii Chapter 1 1 GENERAL INTRODUCTION 1 1. 15 Chapter 2 16 THEORETICAL BASIS OF THE STUDY 16 2. Overview of high-performance concrete (HPC).

Microstructural properties of high-performance concrete. Overview of RFCC. An overview of optimized mixture design. 23 Chapter 3 27 EXPERIMENTAL INVESTIGATION 27 3.Application of Simplex-Centroid Design Methodologies to mix the proportions of HPC.

Models and Designs. Experimental designs to fit Scheffé models. Design mixed component RFCC replacement for cement. Design mixed component RFCC replacement for Q-Powder.

Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC). Mineral admixture - Silica fume. Prepare for the experiment. RFCC partially replacing cement in mixtures.

Slump flow test. Compressive strength test. Testing experiments for mixtures part of Q-powder replaced by RFCC. Slump flow test.

Splitting tensile test. Compressive strength test. Summary of results from experiment testing. RFCC influences compressive strength and slump flow.

87 Chapter 4 90 OPTIMIZATION OF RFCC IN HIGH-PERFORMANCE CONCRETE (HPC) 90 4. Optimization of the mix RFCC replacement for cement. Optimization of the mix RFCC replacement for Q-Powder. Optimal numerical model.

103 Chapter 5 108 ASSESSING THE FEASIBILITY OF USING RFCC IN UHPC 108 5. The workability of UHPC when the replacement percentage of RFCC for cement combines fiber. The splitting tensile strength of UHPC when the replacement percentage of RFCC for cement combines fiber. Flexural strength of UHPC when the replacement percentage of RFCC for cement combines fiber.

Compressive strength of UHPC when the replacement percentage of RFCC for cement combines fiber. 112 Chapter 6 114 vii CONCLUSIONS 114 REFERENCES 116 viii LIST OF ABBREVIATIONS Abbreviations English meaning DMDA Densified Mixture Design Algorithm GS Glass sand TCVN Vietnam Standards UHPC Ultrahigh-performance concrete SF Silica fume SLD Simplex-lattice designs SCD Simplex-centroid design RFCC Refinery Fluidized Catalytic Cracking RBP Using recycled brick powder WGP Waste glass powder TCVN Vietnam Standards Ultra-High-Performance Fiber- UHPFRC Reinforced Concrete SF Silica fume ix LIST OF TABLES Table 1.1: Chemical composition Non-Ground RFCC based on Vietnam standard 141:1998 [30]. 1: Comparison of Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) versus Fluid Catalytic Cracking [44]. 1: Bounds of Mixture Components.

2: Mixture composition in cubic meters for cement is replaced by RFCC 32 Table 3. 3: Bounds of Mixture Components. 4: Mixture composition in cubic meters for Q-Powder is replaced by RFCC. 5: Chemical composition of RFCC [30].

6: Physical properties of RFCC [30]. 7: Technical characteristics of SF [61]. 8: Basic properties of PC50 cement [62].10: Basic properties of Sand [63]. 11: The result for Slump flow (cm) option replacement Cement.

12: Flexural test on mortars (MPa) for mixtures C1. 13: Flexural test on mortars (MPa) for for mixtures C2. 14: Flexural test on mortars (MPa) for mixture C3. 15: Flexural test on mortars (MPa) for mixture C4.

16: Flexural test on mortars (MPa) for mixture C5. 17: Flexural test on mortars (MPa) for mixture C6. 18: Flexural test on mortars (MPa) for component replacement cement. 19: Information splitting tensile test for RFCC replacement for cement.

20: Result in Compression strength for option replacement cement. 21: Summary result Splitting, Compressive, Slump test for Mixtures cement replaced by RFCC. 22: Compressive strength and Slump flow test results based on percentage RFCC and Silica fume. 23: The result for Slump flow (cm), option replacement Q-Powder.

24: Information splitting tensile test for option replacement Quart I/Liminstone by RFCC. 25: Result in Compressive strength for option replacement Q-Powder by RFCC. 26: Result in flexural test on mortar (MPa) for component replacement Q- Powder by RFCC. 27: Summary of results test for Mixtures.

28: Compressive strength and Slump flow test results. 1: Result of splitting tensile test at 14 days of age. 2: Results of flexural strength at 14 days of age. 3: Results of compressive strength at 14 days of age .112 xi LIST OF FIGURES Figure 1.1: Optimization of cementitious materials composition .2: Optimization results for the UHPC mix proportion.

3: The relationship between concrete resistivity and W/S ratio at N = 1. 4: Size distribution of constituents of UHPC [26]. 5: The counterplots for compressive strength (MPa): (a) Plain-UHPC; (b) UHPC with 1 vol. 6: Two response optimization in the function of cement, silica fume, and quartz flour [28] .7: Compressive strength at different w/c ratios for (a) Sample A, (b) Sample B, (c) Sample C, and (d) Sample D [28].

8: Simplex-Centroid design triangle with constrained design points[29]. 9: Superimposed multiple response surface contours[29] .10: Compressive strength and rapid chloride-ion permeability isocontours overlap[29]. 11: RFCC powder from Binh Son refinery[30] .12: Sample for an experiment based on Vietnam standard 6016-2011. 13: Sample for experiment [33].

1: Buildings made of UHPC. (A) One World Trade Center; (B) Petronas Towers; and (C) 311 South Wacker Drive. 2: Effect of packing-optimized ultrafine particle combinations on HPC compressive strength[41]. 3: Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) Technology and Catalysts.

4: Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC)[44]. 5: Optimization in the ready-mix concrete industry[52]. 1: Coordinate system for Three-component mixture [58]. 4: Simplex-centroid design (SCD)[58].

5: Simplex-Lattice Design [48]. 6: Simplex-Centroid Design (3,2)[58]. 7: Design mix component RFCC replacement for cement. 8: Design mix component RFCC replacement for Q-Powder.

9: Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) .11: A sample of Silica fume. 12: SEM SF Image [61]. 16: Microstructure of limestone powder (SEM) [64]. A sample of calcium carbonate (CaCO3) Quartz I/Limestone filler.

19: Experiment for mixture C1. 20: Experiment for mixture C2. 21: Experiment for mixture C3. 22: Experiment for mixture C4.

23: Experiment for mixture C5. 24: Experiment for mixture C6. 32: Slump Flow for option replacement Cement. 33: Main effects for Slum flow (cm).

34: Model graphs for slump flow of composite RFCC replacement for cement. 41: The result of the Flexural test on mortars ( MPa) regarding Cement is replaced by RFCC. 42: Main effects plot Flexual test on montars. 43: Model graphs for Flexual test on montars of composite RFCC replacement for cement.

44: Diagram of cylindrical test specimen placement. 51: Result in Splitting strength at age 28 regarding cement replaced by RFCC. 52: Main effects plot for Splitting. 53: Graphs for Splitting tensile test on the mortar with RFCC replacement for cement.

54: Compressive strength sample test Mixtures C1. 55: Compressive strength sample test Mixtures C2. 56: Compressive strength sample test Mixtures C3. 57: Compressive strength sample test Mixtures C4.

58: Compressive strength sample test Mixtures C5. 59: Compressive strength sample test Mixtures C6. 60: Compressive Strength of mixture with cement replaced by RFCC. 61: Main effects for compressive strength.

62: Model graphs for Compressive Strength test on mortar of mix with RFCC replacement for part of cement. 63: The relationship between Compressive Strength and Splitting Strength at age 28 days. 64: The relationship between compressive strength, splitting strength, and slump flow. 65: The relationship between compressive strength, splitting strength, flexural and slump flow.

66: The relationship between Compressive Strength and Slump flow. 67: Slump flow based on RFCC percentage in the mixture. 68: Compressive Strength based on RFCC percentage in the mixture .