MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Vữa đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xây dựng, nó không chỉ là chất kết dính mà còn tạo thành một lớp bề mặt để bảo vệ kết cấu khỏi các tác nhân xâm thực từ môi trƣờng. Hiện nay, nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao, cơ sở hạ tầng không ngừng đƣợc nâng cấp và xây dựng mới, vì vậy nhu cầu sử dụng vữa cũng nhƣ các loại vật liệu xây dựng khác ngày càng tăng. Thành phần chính cấu tạo nên vữa xây dựng bao gồm chất kết dính, cốt liệu mịn và nƣớc.
Trong đó, chất kết dính và cốt liệu mịn phổ biến là xi măng và cát sông. Quá trình sản xuất xi măng tiêu hao nhiều tài nguyên thiên thiên (đá vôi, than đá, …) cũng nhƣ thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn khí thải gây ô nhiễm môi trƣờng và hiện tƣợng hiệu ứng nhà kính. Theo ƣớc tính của Oh và các cộng sự [24], để sản xuất ra 1 tấn xi măng thì lƣợng khí CO2 thải ra là 0,95 tấn. Lƣợng khí CO2 phát thải trong sản xuất xi măng tƣơng đƣơng khoảng 7% lƣợng khí CO2 phát thải trên toàn cầu.
Trong khi đó, việc khai thác quá mức cát sông tự nhiên cũng dẫn đến những ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng nƣớc, sạt sở bờ sông, xói mòn đất. Vì vậy cần có giải pháp để hạn chế hoặc thay thế sử dụng xi măng và cát sông trong sản xuất các loại vật liệu xây dựng. Mặt khác, hàng năm một lƣợng lớn tro-xỉ đƣợc thải ra từ các nhà máy nhiệt điện. Theo ƣớc tính ở Việt Nam, 16,4 triệu tấn tro-xỉ đƣợc thải ra môi trƣờng trong năm 2018, trong đó chủ yếu là tro bay [23].
Trên thế giới, khoảng 47% lƣợng tro bay đƣợc tái sử dụng, phần còn lại đƣợc chôn lấp hoặc lƣu giữ tại các bãi chứa [20]. Các nghiên cứu trƣớc đã chỉ ra rằng, tro bay có thể thay thế một phần xi măng trong sản xuất các loại vật liệu xây dựng [12, 14, 19, 30]. Trong nghiên cứu này tro bay đƣợc sử dụng nhƣ là chất kết dính để thay thế cho một phần xi măng trong sản xuất vữa. Gần đây, quá trình đô thị hóa phát triển mạnh tại Việt Nam và các nƣớc trên thế giới, kéo theo áp lực về xử lý rác thải sinh hoạt đô thị.
Xu hƣớng sử dụng các lò đốt để xử lý rác và tận dụng nguồn năng lƣợng đốt để phát điện hoặc 1 phục vụ cho các mục đích công nghiệp khác đƣợc nhiều thành phố trên thế giới quan tâm và triển khai [15, 25]. Tuy nhiên một vấn đề mới phát sinh là việc quản lý và xử lý chất thải phát sinh của các nhà máy đốt rác. Bởi vì trong thành phần rác thải phát sinh này có chứa nhiều thành phần hỗn tạp nhƣ kim loại, thủy tinh, gốm, sứ, tro, … đặc biệt là kim loại nặng. Một số nghiên cứu đã sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác để làm cốt liệu mịn trong sản xuất bê tông [22, 29, 31].
Các kết quả nghiên cứu đã chỉ rằng, quá trình thủy hóa của bê tông có thể giúp giữ các kim loại nặng trong đó và không gây nguy hiểm đối với môi trƣờng. Xỉ đáy lò này còn đƣợc nghiên cứu sử dụng trong sản xuất gạch vỉa hè không nung [10]. Tuy nhiên các nghiên cứu về tái sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác còn ít và phạm vi nghiên cứu còn hạn chế. Trong nghiên cứu này, xỉ đáy của lò đốt rác đƣợc sử dụng để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát trong thành phần vữa xây dựng.
Mục tiêu đề tài Đánh giá ảnh hƣởng của hàm lƣợng xỉ đáy của lò đốt rác đến các đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Vữa xây dựng, xỉ đáy của lò đốt rác. - Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác thay thế 0%, 25%, 50%, 75%, và 100% cát. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế thành phần vữa sử dụng xỉ đáy của của lò đốt rác thay thế cát với các hàm lƣợng 0%, 25%, 50%, 75%, và 100%.
- Đúc mẫu, tiến hành các thí nghiệm: Xác định độ lƣu động, khối lƣợng thể tích ƣớt, cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu uốn, độ hút nƣớc, độ co khô, vận tốc truyền xung siêu âm và vi cấu trúc. - Tổng hợp kết quả thí nghiệm, phân tích, xử lý số liệu và viết luận văn. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu phƣơng pháp thiết kế thành phần cấp phối vữa xây dựng, các nghiên cứu trƣớc liên quan đến việc sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác trong sản xuất vữa xây dựng; các tiêu chuẩn Việt Nam liên quan đến vữa xây dựng. - Phƣơng pháp thực nghiệm: Chế tạo các mẫu vữa với các hàm lƣợng xỉ đáy lò khác nhau, thí nghiệm xác định các đặc tính kỹ thuật của vữa.
- Phƣơng pháp thống kê toán học: Tổng hợp và xử lý số liệu. - Phƣơng pháp so sánh: So sánh kết quả các mẫu vữa sử dụng xỉ đáy lò với mẫu chuẩn và Mác vữa theo TCVN 4314-2003, từ đó đề xuất hàm lƣợng sử dụng xỉ đáy lò hợp lý trong thành phần vữa. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: Tìm ra mối quan hệ và ảnh hƣởng của việc thay thế một phần hoặc toàn bộ cát bằng xỉ đáy của lò đốt rác đến các đặc tính kỹ thuật của vữa xây dựng, từ đó sử dụng hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên trong thiết kế thành phần cấp phối vữa. * Ý nghĩa thực tiễn: Giúp xử lý một phần rác thải của nhà máy đốt rác, tận dụng các phế thải trong sản xuất vật liệu xây dựng, sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên.
Nội dung của luận văn Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng chính: - Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu, tổng hợp các nghiên cứu trƣớc liên quan đến vữa xây dựng và việc sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác trong thành phần vữa xây dựng. - Chƣơng 2: Vật liệu và phƣơng pháp thí nghiệm, trình bày các tính chất vật lý và thành phần hóa học của chất kết dính nhƣ xi măng, xỉ lò cao nghiền mịn, tro bay; các tính chất cơ học và vật lý của cát và xỉ đáy của 3 lò đốt rác; các phƣơng pháp thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật của vữa xây dựng. - Chƣơng 3: Kết quả thí nghiệm và thảo luận, trình bày các kết quả thu đƣợc, so sánh các đặc tính kỹ thuật của vữa trong nghiên cứu này với các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành để đánh giá khả năng sử dụng xỉ đáy của lò đốt rác vào sản xuất vữa xây dựng trong thực tiễn. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
Tổng quan về vữa xây dựng Vữa là loại vật liệu xây dựng phổ biến, đƣợc sử dụng ở hầu hết các công trình xây dựng làm chất kết dính trong công tác xây hoặc đƣợc sử dụng để trát bề mặt trong giai đoạn hoàn thiện. Trong thực tế vữa thƣờng đƣợc tạo thành khi trộn hỗn hợp xi măng, cát và nƣớc. Vữa vừa có tác dụng hoàn thiện bề mặt, vừa có tác dụng chống thấm và bảo vệ kết cấu khỏi các tác nhân xâm thực từ môi trƣờng bên ngoài. Do vậy chất lƣợng vữa có vai trò quan trọng trong công tác thi công và xây dựng công trình bê tông.
Theo TCVN 4314-2003 [3], vữa xây dựng đƣợc định nghĩa là hỗn hợp của một hoặc nhiều chất kết dính vô cơ, cốt liệu nhỏ và nƣớc, có thể hoặc không có phụ gia. Tùy theo điều kiện sản xuất và thi công mà có vữa tƣơi hoặc vữa khô trộn sẵn, hoặc vữa đã đóng rắn. Các chất kết dính vô cơ thƣờng dùng là xi măng, vôi, đất sét, tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, muội si líc, tro trấu, …. Cốt liệu nhỏ thƣờng là cát tự nhiên, đá nghiền, cốt liệu tái chế từ thủy tinh hoặc vật liệu xây dựng, xỉ đáy lò của các nhà máy công nghiệp nhƣ nhiệt điện, thép, … Để phân loại vữa, TCVN 4313-2003 dựa theo chất kết dính, khối lƣợng thể tích, mục đích sử dụng và cƣờng độ chịu nén.
Theo chất kết dính thƣờng có các loại sau: - Vữa xi măng cát; - Vữa vôi cát; - Vữa xi măng, vôi, cát; - Vữa đất sét, xi măng, cát; - Ngoài ra còn một số loại chất kết dính khác chƣa đƣợc liệt kê trong TCVN 4313-2003, tuy nhiên chúng đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng nhiều trên thế giới nhƣ: tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, muội si líc, tro trấu, … 5 Theo khối lƣợng thể tích vữa đƣợc chia làm 2 loại: vữa thƣờng (có khối lƣợng thể tích lớn hơn 1500 kg/m3); vữa nhẹ (có khối lƣợng thể tích không lớn hơn 1500 kg/m3). Theo mục đích sử dụng, phân thành 2 loại: vữa xây và vữa hoàn thiện. Theo cƣờng độ chịu nén, vữa đƣợc phân loại theo mác: M1,0; M2,5; M5,0; M7,5; M10; M15; M20; và M30 tƣơng ứng với cƣờng độ chịu nén của vữa tại 28 ngày tuổi là 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 10; 15; 20; và 30 MPa (N/mm2). Thông thƣờng trong thực tế sử dụng vữa mác từ M15 đến M30.
Một số các yêu cầu về chỉ tiêu chất lƣợng và mác vữa đƣợc trình bày trong Bảng 1. Các chỉ tiêu chất lƣợng của vữa tƣơi Tên chỉ tiêu Loại vữa Xây hoàn thiện thô mịn 1. Kích thƣớc hạt cốt liệu lớn nhất (Dmax), 5 2,5 1,25 không lớn hơn 2. Độ lƣu động (phƣơng pháp bàn dằn), mm, - Vữa thƣờng 165 - 195 175 - 175 - - Vữa nhẹ 145 - 175 205 205 155 - 155 - 185 185 3.
Khả năng giữ độ lƣu động, % không nhỏ hơn 65 65 65 - Vữa không có vôi và đất sét 75 75 75 - Vữa có vôi hoặc đất sét 4. Thời gian bắt đầu đông kết, phút, không 150 150 150 nhỏ hơn 5. Hàm lƣợng ion clo trong vữa, %, không 0,1 0,1 0,1 lớn hơn 6 Bảng 1. Mác vữa và cƣờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày đêm dƣỡng hộ ở điều kiện chuẩn M 1,0 M 2,5 M 5,0 M 7,5 M 10 M 15 M 20 M 30 2 Cƣờng độ chịu nén trung bình, tính bằng MPa (N/mm ), không nhỏ hơn 1,0 2,5 5,0 7,5 10 15 20 30 1.
Các nghiên cứu trong nƣớc về vữa xây dựng Với mục đích chế tạo vữa mác cao, Tác giả Ngô Kim Tân và Vũ Đình Tấu [9] đã nghiên cứu chế tạo vữa khô cƣờng độ cao, đóng rắn nhanh sử dụng trong các mối nối và sửa chữa các kết cấu bê tông cốt thép.