Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Tái sử dụng phế thải cracking trong bê tông xây dựng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hcmute nghiên cứu tái sử dụng phế thải cracking của công nghệ chế biến dầu khí rfcc dùng để chế tạo, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Lý Huỳnh Nhật Nam
• Người hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu tái sử dụng phế thải cracking trong chế tạo bê tông cho công trình xây dựng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TRANG TỰA
• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Nghiên cứu trong nước
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Quá trình hoạt hóa tạo xúc tác cracking
• 2.2. Cơ sở khoa học của quá trình xử lý ổn định RFCC
• 2.3. Cơ sở khoa học quá trình phản ứng alumina – silicate
• 2.4. Cơ sở khoa học quá trình phản ứng puzolan
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3.1. Nguyên vật liệu
• 3.1.1. Phế thải quá trình cracking dầu khí (RFCC)
• 3.1.2. Cốt liệu lớn
• 3.1.3. Cốt liệu nhỏ
• 3.1.4. Dung dịch polymer hóa
• 3.2. Phương pháp chuẩn bị và thành phần cấp phối
• 3.2.1. Phương pháp chuẩn bị thí nghiệm
• 3.2.2. Thành phần cấp phối thực nghiệm
• 3.3. Phương pháp thực nghiệm các tính chất
• 3.3.1. Phương pháp xác định độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng theo TCVN 6017 – 2015
• 3.3.2. Phương pháp xác định thời gian ninh kết của vữa theo TCVN 8875-2012
• 3.3.3. Phương pháp xác định cường độ nén và cường độ uốn của vữa xi măng theo TCVN 6016 - 2011
• 3.3.4. Phương pháp xác định độ sụt theo TCVN 3106-1993
• 3.3.5. Phương pháp xác định thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông TCVN 9338-2012
• 3.3.6. Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông theo TCVN 3118 – 1993
• 3.3.7. Phương pháp xác định cường độ uốn của bê tông theo TCVN 3119-1993
• 3.3.8. Phương pháp xác định mođun đàn hồi của bê tông theo TCVN 5276 - 1993
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Ảnh hưởng của phế thải RFCC đến khả năng hoạt tính puzơlan trong môi trường ximăng
• 4.2. Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông ximăng
• 4.2.1. Ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông
• 4.2.2. Ảnh hưởng đến tính chất cường độ của bê tông
• 4.3. Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng làm việc của bê tông geopolymer
• 4.4. Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng đóng rắn bê tông geopolymer
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Ảnh hưởng của RFCC khi thay thế ximăng trong vữa
• 5.2. Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông ximăng
• 5.3. Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông geopolymer
• 5.4. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phế thải cracking

Phế thải cracking, đặc biệt là xúc tác thải RFCC, là một trong những loại chất thải rắn phổ biến trong ngành công nghiệp lọc hóa dầu. Chúng chứa nhiều kim loại nặng và các thành phần độc hại, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc tái sử dụng phế thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu giá trị cho ngành xây dựng. Nghiên cứu cho thấy rằng phế thải cracking có thể được sử dụng như một phụ gia khoáng trong chế tạo bê tông, giúp cải thiện tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng. Theo một nghiên cứu, việc thay thế từ 10% đến 50% xi măng bằng RFCC có thể làm tăng độ bền và tính chất vật lý của bê tông.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng phế thải cracking trong bê tông có thể mang lại nhiều lợi ích. Các nghiên cứu này đã chứng minh rằng tái sử dụng phế thải không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện tính chất của bê tông. Tại Việt Nam, mặc dù có tiềm năng lớn, nhưng việc áp dụng công nghệ này vẫn còn hạn chế. Các nhà máy vật liệu xây dựng cần được khuyến khích để áp dụng các phương pháp tái chế này nhằm phát triển bền vững hơn.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá khả năng tái sử dụng phế thải cracking trong chế tạo bê tông. Các mẫu bê tông được chế tạo với tỷ lệ thay thế khác nhau của RFCC và được kiểm tra các tính chất như cường độ nén, độ sụt và thời gian ninh kết. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng phế thải cracking có thể làm giảm cường độ nén từ 30% đến 65%, tùy thuộc vào hàm lượng sử dụng. Tuy nhiên, với tỷ lệ từ 10% đến 30%, bê tông vẫn đảm bảo yêu cầu về cường độ và tính chất vật lý.

2.1. Các chỉ tiêu đánh giá

Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm cường độ nén, cường độ uốn, độ sụt và thời gian ninh kết. Việc xác định các chỉ tiêu này giúp đánh giá chính xác khả năng hoạt động của bê tông khi sử dụng phế thải cracking. Kết quả cho thấy rằng bê tông sử dụng RFCC có độ sụt thấp hơn 40% so với bê tông thông thường, điều này cho thấy sự thay đổi trong tính chất làm việc của hỗn hợp. Thời gian ninh kết cũng kéo dài hơn từ 20 đến 50%, cho thấy sự cần thiết phải điều chỉnh quy trình sản xuất khi sử dụng phế thải cracking.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phế thải cracking trong chế tạo bê tông có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Việc tái chế phế thải này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra sản phẩm bê tông xanh với tính chất cơ lý tốt. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng bê tông geopolymer sử dụng RFCC cần có hàm lượng dung dịch hoạt hóa cao hơn so với khi sử dụng tro bay, điều này cho thấy sự khác biệt trong quy trình sản xuất và yêu cầu kỹ thuật.

3.1. Tác động môi trường

Việc tái sử dụng phế thải cracking không chỉ giúp giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành xây dựng. Sử dụng bê tông xanh từ phế thải cracking có thể giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời cải thiện chất lượng công trình. Các nhà nghiên cứu khuyến nghị rằng cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích việc áp dụng công nghệ này trong thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia có trữ lượng dầu mỏ lớn trong khu vực châu Á, với các nhà máy lọc dầu như Nghi Sơn, Dung Quất và Phú Mỹ đóng vai trò quan trọng trong cung cấp năng lượng cho phát triển kinh tế. Tuy nhiên, quá trình chế biến dầu khí tạo ra lượng lớn phế thải xúc tác cracking, đặc biệt là Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC), chứa các kim loại nặng như vanadi (V) và niken (Ni), gây nguy hiểm cho môi trường và sức khỏe con người. Theo báo cáo, Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng hơn 500 tấn xúc tác các loại, trong đó xúc tác FCC chiếm gần 80% khối lượng xúc tác rắn và hơn 50% giá trị. Hiện nay, phần lớn xúc tác thải được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, chưa tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên này.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng tái sử dụng phế thải RFCC trong sản xuất bê tông, bao gồm bê tông xi măng và bê tông geopolymer, nhằm giảm thiểu tác động môi trường, tiết kiệm nguyên liệu tự nhiên và giảm chi phí sản xuất vật liệu xây dựng. Nghiên cứu tập trung vào phân tích thành phần hóa học, tính chất cơ lý của RFCC, ảnh hưởng của RFCC đến quá trình thủy hóa xi măng, khả năng làm việc và tính chất cơ học của bê tông sử dụng RFCC thay thế tro bay hoặc xi măng. Thời gian nghiên cứu từ tháng 10/2016 đến tháng 5/2018 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và các phòng thí nghiệm liên quan.

Việc ứng dụng RFCC trong bê tông không chỉ góp phần xử lý chất thải nguy hại mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu xây dựng, giảm phát thải CO2 và chi phí sản xuất. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong phát triển bền vững ngành xây dựng và công nghiệp dầu khí tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Quá trình hoạt hóa xúc tác cracking (RFCC): Xúc tác FCC trong quá trình cracking dầu mỏ bị giảm hoạt tính do tích tụ cặn carbon (cốc), tác động của kim loại nặng và nhiệt độ cao. Quá trình tái sinh xúc tác nhằm loại bỏ cặn carbon và duy trì hoạt tính xúc tác. RFCC thải chứa thành phần aluminosilicat (Al2O3, SiO2) có khả năng phản ứng puzơlan trong môi trường xi măng.

• Quá trình ổn định và hóa rắn chất thải: Phương pháp này làm tăng tính chất vật lý của chất thải, giảm khả năng phát tán các chất độc hại ra môi trường. Các chất kết dính như xi măng, puzơlan, đất sét biến tính và polime được sử dụng để đóng rắn và ổn định RFCC thải.

• Phản ứng alumina-silicate trong geopolymer: Quá trình trùng hợp polymer vô cơ gồm ba giai đoạn hòa tan, tạo monome và polymer hóa, tạo thành cấu trúc poly(sialate) bền vững. Ion kiềm (Na+, K+) đóng vai trò xúc tác và tham gia cấu trúc polymer.

• Phản ứng puzơlan trong xi măng: Phụ gia khoáng hoạt tính chứa SiO2 và Al2O3 phản ứng với Ca(OH)2 tạo thành các khoáng chất C-S-H giúp tăng cường độ bền và độ đặc chắc của bê tông.

Các khái niệm chính bao gồm: hoạt tính puzơlan, thời gian ninh kết, cường độ nén và uốn, độ sụt, modun đàn hồi, và tỷ lệ thay thế RFCC trong hỗn hợp bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Phế thải RFCC lấy từ nhà máy lọc dầu Dung Quất, xi măng PC40, tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện, cốt liệu lớn và nhỏ chuẩn theo TCVN.

• Phương pháp chọn mẫu: Mẫu RFCC được xử lý và phân tích thành phần hóa học, kích thước hạt, tính chất cơ lý. Các mẫu bê tông được phối trộn với tỷ lệ RFCC thay thế xi măng hoặc tro bay từ 10% đến 50% theo khối lượng.

• Phương pháp phân tích: Thực nghiệm xác định độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian ninh kết, cường độ nén và uốn của vữa xi măng theo TCVN 6017-2015, TCVN 8875-2012, TCVN 6016-2011. Độ sụt bê tông theo TCVN 3106-1993, thời gian ninh kết bê tông theo TCVN 9338-2012, cường độ nén và uốn bê tông theo TCVN 3118-1993 và TCVN 3119-1993, modun đàn hồi theo TCVN 5276-1993.

• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 10/2016 đến tháng 5/2018, gồm giai đoạn thu thập nguyên liệu, chuẩn bị mẫu, thực nghiệm và phân tích kết quả.

• Cỡ mẫu: Mỗi tỷ lệ phối trộn được thử nghiệm ít nhất 3 mẫu để đảm bảo độ tin cậy số liệu.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm nhằm đánh giá toàn diện ảnh hưởng của RFCC đến tính chất vật liệu xây dựng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của RFCC đến vữa xi măng:

   • Khi thay thế xi măng bằng RFCC từ 10% đến 50%, lượng nước tiêu chuẩn tăng, thời gian bắt đầu ninh kết tăng khoảng 20%, thời gian ninh kết kéo dài khoảng 13%.
   • Cường độ uốn giảm 40%, cường độ nén giảm 30% so với mẫu chuẩn không có RFCC.

2. Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông xi măng:

   • Độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm rõ rệt, thời gian bắt đầu ninh kết kéo dài thêm từ 20 đến 35 phút, thời gian ninh kết kéo dài từ 20% đến 50%.
   • Cường độ nén giảm từ 50% đến 65%, cường độ uốn giảm từ 45% đến 67%, modun đàn hồi giảm khoảng 30% đến 40% tùy theo tỷ lệ RFCC và tỷ lệ nước-xi măng.
   • Sử dụng RFCC trong khoảng 10% đến 30% đảm bảo yêu cầu về cường độ và tận dụng được đặc tính xúc tác còn lại.

3. Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông geopolymer:

   • Thay thế tro bay bằng RFCC làm giảm hàm lượng alumino-silicate, giảm tỷ lệ SiO2/Al2O3 và Na2O/(SiO2 + Al2O3).
   • Cần sử dụng nhiệt độ hoạt hóa cao hơn để đảm bảo thời gian đóng rắn.
   • Độ sụt của hỗn hợp giảm khoảng 40%, độ nhớt dẻo tăng hơn 60%, thời gian bắt đầu hoạt hóa geopolymer tăng 15% so với hỗn hợp tro bay.
   • Cần tăng hàm lượng dung dịch hoạt hóa để đạt tính nhớt – dẻo và cường độ mong muốn.

4. So sánh tính chất cơ học giữa bê tông xi măng – RFCC và bê tông geopolymer – RFCC:

   • Bê tông xi măng – RFCC có cường độ nén và uốn cao hơn bê tông geopolymer – RFCC khi cùng tỷ lệ RFCC.
   • Tuy nhiên, bê tông geopolymer – RFCC có ưu điểm về khả năng chống ăn mòn và môi trường kiềm cao hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân giảm cường độ bê tông khi tăng tỷ lệ RFCC là do thành phần RFCC chứa các tạp chất và kim loại nặng làm giảm khả năng phản ứng puzơlan và ảnh hưởng đến cấu trúc mạng tinh thể của xi măng. Thời gian ninh kết kéo dài do RFCC làm giảm tốc độ thủy hóa xi măng. Độ sụt giảm phản ánh tính làm việc kém hơn của hỗn hợp bê tông chứa RFCC, do kích thước hạt và tính chất bề mặt của RFCC khác biệt so với tro bay.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với việc RFCC có thể thay thế một phần xi măng hoặc tro bay mà không làm giảm đáng kể tính chất cơ học, đồng thời giảm chi phí và tác động môi trường. Việc sử dụng RFCC trong bê tông geopolymer đòi hỏi điều kiện hoạt hóa nghiêm ngặt hơn, phù hợp với các ứng dụng đặc thù.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ nén, uốn và modun đàn hồi theo tỷ lệ RFCC, bảng tổng hợp thời gian ninh kết và độ sụt hỗn hợp bê tông để minh họa rõ ràng ảnh hưởng của RFCC.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Khuyến khích sử dụng RFCC thay thế tro bay hoặc xi măng trong bê tông với tỷ lệ từ 10% đến 30% nhằm đảm bảo cường độ và tính làm việc của bê tông, đồng thời tận dụng hiệu quả phế thải RFCC. Thời gian áp dụng: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng và nhà thầu xây dựng.

2. Nâng cao công nghệ xử lý và nghiền RFCC để cải thiện kích thước hạt và loại bỏ tạp chất, giúp tăng tính hoạt tính puzơlan và giảm ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất bê tông. Thời gian: 2-3 năm. Chủ thể: các nhà máy lọc dầu phối hợp với viện nghiên cứu.

3. Phát triển quy trình sản xuất bê tông geopolymer sử dụng RFCC với điều kiện hoạt hóa nhiệt độ cao và tăng hàm lượng dung dịch kiềm, phù hợp cho các công trình yêu cầu đặc biệt về môi trường và độ bền hóa học. Thời gian: 3-5 năm. Chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ vật liệu.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn môi trường cho việc sử dụng RFCC trong vật liệu xây dựng nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe và môi trường, đồng thời tạo điều kiện pháp lý cho việc ứng dụng rộng rãi. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Bộ Xây dựng, Bộ Tài nguyên và Môi trường.

5. Tuyên truyền, đào tạo và nâng cao nhận thức cho các bên liên quan về lợi ích và phương pháp sử dụng RFCC trong xây dựng để thúc đẩy áp dụng công nghệ xanh, tiết kiệm tài nguyên. Thời gian: liên tục. Chủ thể: các trường đại học, tổ chức đào tạo và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng và vật liệu xây dựng: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm về tái sử dụng phế thải RFCC trong bê tông, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và bê tông: Tham khảo để áp dụng công nghệ phối trộn RFCC nhằm giảm chi phí nguyên liệu, nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường.

3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong lĩnh vực môi trường và xây dựng: Cung cấp thông tin khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về xử lý và tái sử dụng chất thải công nghiệp, thúc đẩy phát triển bền vững.

4. Các nhà máy lọc dầu và công nghiệp dầu khí: Tham khảo giải pháp xử lý và tái sử dụng phế thải RFCC, giảm thiểu tác động môi trường và chi phí xử lý chất thải.

Câu hỏi thường gặp

1. RFCC là gì và tại sao cần tái sử dụng?
   RFCC là phế thải xúc tác cracking trong công nghệ chế biến dầu khí, chứa các kim loại nặng và có thể gây ô nhiễm môi trường. Tái sử dụng RFCC giúp giảm lượng chất thải, tiết kiệm nguyên liệu và giảm chi phí sản xuất vật liệu xây dựng.

2. RFCC có ảnh hưởng đến tính chất bê tông như thế nào?
   RFCC làm tăng lượng nước tiêu chuẩn, kéo dài thời gian ninh kết và giảm cường độ nén, uốn và modun đàn hồi của bê tông. Tuy nhiên, khi sử dụng với tỷ lệ hợp lý (10-30%), bê tông vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

3. Bê tông geopolymer sử dụng RFCC có ưu điểm gì?
   Bê tông geopolymer dùng RFCC có khả năng chống ăn mòn tốt, thân thiện môi trường và tận dụng được đặc tính puzơlan của RFCC. Tuy nhiên, cần điều kiện hoạt hóa nhiệt độ cao và tăng hàm lượng dung dịch kiềm.

4. Có tiêu chuẩn nào quy định việc sử dụng RFCC trong xây dựng không?
   Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn riêng cho RFCC trong vật liệu xây dựng, nhưng các nghiên cứu đang đề xuất xây dựng quy chuẩn kỹ thuật và môi trường để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

5. Làm thế nào để xử lý RFCC trước khi sử dụng trong bê tông?
   RFCC cần được xử lý nghiền mịn, loại bỏ tạp chất và kiểm soát hàm lượng kim loại nặng để đảm bảo tính hoạt tính puzơlan và an toàn môi trường trước khi phối trộn vào bê tông.

Kết luận

• RFCC là phế thải có tiềm năng tái sử dụng trong sản xuất bê tông xi măng và bê tông geopolymer, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm nguyên liệu.
• Thay thế RFCC từ 10% đến 30% trong hỗn hợp bê tông đảm bảo cường độ và tính làm việc phù hợp với yêu cầu xây dựng.
• Bê tông geopolymer sử dụng RFCC cần điều kiện hoạt hóa nghiêm ngặt hơn nhưng có ưu điểm về độ bền hóa học và môi trường.
• Cần phát triển công nghệ xử lý RFCC, xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn môi trường để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi.
• Khuyến nghị các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, nhà quản lý và viện nghiên cứu phối hợp triển khai nghiên cứu và ứng dụng trong 1-5 năm tới.

Các bên liên quan nên phối hợp xây dựng dự án thí điểm ứng dụng RFCC trong bê tông, đồng thời hoàn thiện khung pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật để thúc đẩy phát triển bền vững ngành xây dựng và công nghiệp dầu khí tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ HUỲNH NHẬT NAM NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG PHẾ THẢI CRACKING CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ (RFCC) DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208 S K C0 0 5 9 4 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ HUỲNH NHẬT NAM NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG PHẾ THẢI CRACKING CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ (RFCC) DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ HUỲNH NHẬT NAM NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG PHẾ THẢI CRACKING CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ (RFCC) DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ANH TUẤN Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 4/2018 Luan van Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lý Huỳnh Nhật Nam Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/09/1980 Nơi sinh: Long Xuyên, An Giang. Quê quán: TP. Long Xuyên, An Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 374 Hà Hoàng Hổ, khóm Đông An 4, phường Mỹ Xuyên, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.

Điện thoại cơ quan: 0763.841273 Điện thoại riêng: 0989.671831 Fax: E-mail: nhatnamlyhuynh@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: không chính quy Thời gian đào tạo: từ năm 1999 đến năm 2005. Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Bách Khoa TPHCM.

Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Chung cư Ngô Tất Tố, Quận Bình Thạnh, TPHCM. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: năm 2004, tại Trường ĐH Bách Khoa TPHCM. Người hướng dẫn: Ths.

Nguyễn Quốc Thông. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 10/2016 đến 05/2018 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. i Luan van Ngành học: Kỹ thuật xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tên luận văn: Nghiên cứu tái sử dụng phế thải cracking của công nghệ chế biến dầu khí (RFCC) dùng để chế tạo bê tông cho các công trình xây dựng.

Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 06/5/2018, tại Trường Đại học An Giang. Người hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn. Trình độ ngoại ngữ: Anh văn B1.

Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Văn phòng HĐND&UBND 2004-2006 Chuyên viên thành phố Long Xuyên Phòng Quản lý đô thị thành 2006-2010 Chuyên viên phố Long Xuyên 10/2010 Phòng Quản lý đô thị thành Phó Trưởng phòng đến nay phố Long Xuyên ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. LÊ ANH TUẤN. Các thông tin tham khảo trong luận văn này được thu thập từ những nguồn đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục tài liệu tham khảo.

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là do chính tôi thực hiện một cách nghiêm túc, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. An Giang, ngày … tháng 04 năm 2018 Ngƣời thực hiện Lý Huỳnh Nhật Nam iii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài ―Nghiên cứu tái sử dụng phế thải cracking của công nghệ chế biến dầu khí (RFCC) dùng để chế tạo bê tông cho các công trình xây dựng‖. Tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và tạo điều kiện giúp đỡ của tập thể lãnh đạo, cán bộ, các nhà khoa học của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vì sự giúp đỡ đó.

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến TS.LÊ ANH TUẤN, người đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng đúng đắn cho tôi trong nghiên cứu khoa học để tôi hoàn thành đề tài này. Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn. An Giang, ngày .năm 2018 Ngƣời thực hiện Lý Huỳnh Nhật Nam iv Luan van TÓM TẮT Xúc tác thải RFCC là thành phần chất thải rắn có lẫn các kim loại nặng trong công nghiệp lọc hóa dầu. Thành phần hoạt tính của Al và Si trong RFCC có thể dùng thay thế như phụ gia khoáng puzơlan trong các ngành vật liệu xây dựng. Nghiên cứu này sử dụng RFCC thay thế tro bay trong thành phần cấp phối bê tông ximăng và bê tông geopolymer.

RFCC thay thế xi măng từ 10 đến 50% theo khối lượng làm cho vữa ximăng có tác dụng làm tăng lượng nước tiêu chuẩn, thời gian bắt đầu ninh kết tăng khoảng 20% và thời gian ninh kết kéo dài khoảng 13% và làm giảm 40% cường độ uốn và 30% cường độ nén. Khi sử dụng ximăng RFCC trong bê tông làm cho hỗn hợp bê tông giảm độ sụt, thời gian bắt đầu ninh kết kéo dài hơn từ 20 đến 35 phút và thời gian ninh kết kéo dài hơn từ 20 đến 50% so với hỗn hợp bê tông. Cường độ nén có xu hướng giảm dần từ 50 đến 65% và cường độ uốn giảm dần từ 45 đến 67% tùy theo hàm lượng chất kết dính và tỷ lệ Nước – xi măng sử dụng. Trong khi đó, mođun đàn hồi giảm dần khoảng 30 đến 40%.

Sử dụng RFCC tuy có sự tương đồng so với các phụ gia khoáng khác nhưng sử dụng hàm lượng từ 10 đến 30% thì đảm bảo yêu cầu về cường độ cũng như tận dụng được đặc tính xúc tác còn lại trong RFCC. Xúc tác thải RFCC khi thay thế tro bay trong bê tông geopolymer làm giảm hàm lượng alumino-silicate, giảm tỷ lệ SiO2 /Al2O3 và Na2O/(SiO2 + Al2O3). Khi dùng RFCC thì cần sử dụng nhiệt độ hoạt hóa cao để đảm bảo thời gian đóng rắn. Hỗn hợp bê tông RFCC có độ sụt thấp hơn 40%, độ nhớt dẻo cao hơn 60% và thời gian bắt đầu hoạt hóa geopolymer cao hơn 15% khi so sánh với cấp phối tro bay.

Bê tông geopolymer dùng RFCC cần hàm lượng dung dịch hoạt hóa cao hơn so với khi dùng tro bay để đạt tính nhớt – dẻo và hoạt hóa tạo cường độ. v Luan van ABSTRACT Residue Fluid Catalytic Cracking (RFCC) is known, as waste materials, which content heavy metal, is product of petrolium industry. RFCC containing Al and Si ion could be used as pozzolanic activity admixture in building materials. In this research, RFCC is used by replacement of fly ash in cementious concrete and geopolymer concrete.

Cement with RFCC in range of 10 to 50% by weight is tend to increase in water required for normal consistency, initial setting time about 20% and setting time about 13%, also 40% in flexural and 30% in compressive strength, respectively. Concrete with RFCC cement is indicated that the worakability are reduced in slump and increased in 20 -35 minutes and 20-50% of initial setting time and setting time, respectively. The mechanical properties are tend to reduce 50- 60%, 45-67% and 30% in compressive, flexural strength and elastic modulus, respectively, by using 10 – 50% RFCC. Concrete with replacement by 10 – 30% RFCC can obtain the characteristic to similar to normal concrete.

The amount of RFCC in range from 20 to 100% by weight is mixed. The mixed alumino-silicate binder from 12 to 18% by weight are investigated. In the mim proportion, the ratios of alkaline liquid – alumino-silicate binder from 0.65 by weight are used. The results are in dicated that the replacement of RFCC can be an increased in alumino-silicate content.

However, the ratios of SiO2 /Al2O3 and Na2O/(SiO2 + Al2O3) are decreased, respectively. In the case of geopolymerization, RFCC concrete is required high temperature on curing condition. Hence, the slump of RFCC mixing is lower about 40%. The plastic viscosity and initail setting time are higher about 60% and 15% to compare to fly ash mixing, respectively.

RFCC geopolymer concrete is required higher alkaline liquid to replace fly ash in mix proportion. vi Luan van MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC .i LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM ƠN .iv TÓM TẮT .vi MỤC LỤC. vii BẢNG DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT…….x DANH MỤC HÌNH ẢNH .xi DANH MỤC BẢNG BIỂU.

xiv CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .1 Nghiên cứu trên thế giới .2 Nghiên cứu trong nước .3 Mục tiêu của đề tài .4 Phương pháp nghiên cứu .5 Nội dung đề tài. 16 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 17 vii Luan van 2.1 Quá trình hoạt hóa tạo xúc tác cracking [17] .2 Cơ sở khoa học của quá trình xử lý ổn định RFCC [23] .3 Cơ sở khoa học quá trình phản ứng alumina – silicate [27] .4 Cơ sở khoa học quá trình phản ứng puzolan [28, 29]. 26 CHƢƠNG 3 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM28 3.1 Nguyên vật liệu .1 Phế thải quá trình cracking dầu khí (RFCC) .4 Cốt liệu lớn .5 Cốt liệu nhỏ.7 Dung dịch polymer hóa .2 Phương pháp chuẩn bị và thành phần cấp phối .1 Phương pháp chuẩn bị thí nghiệm .2 Thành phần cấp phối thực nghiệm .3 Phương pháp thực nghiệm các tính chất .1 Phương pháp xác định độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng theo TCVN 6017 – 2015 .2 Phương pháp xác định thời gian ninh kết của vữa theo TCVN 8875-2012 .3 Phương pháp xác định cường độ nén và cường độ uốn của vữa xi măng theo TCVN 6016 - 2011.

43 viii Luan van 3.4 Phương pháp xác định độ sụt theo TCVN 3106-1993 .Phương pháp xác định thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông TCVN 9338- 2012 .6 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông theo TCVN 3118 – 1993 .7 Phương pháp xác định cường độ uốn của bê tông theo TCVN 3119-1993 .8 Phương pháp xác định mođun đàn hồi của bê tông theo TCVN 5276 - 1993. 51 CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .