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 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 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 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 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 .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 .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 .1 Ảnh hưởng của phế thải rfcc đến khả năng hoạt tính puzơlan trong môi trường ximăng .2 Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông ximăng .1 Ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông .2 Ảnh hưởng đến tính chất cường độ của bê tông .3 Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng làm việc của bê tông geopolymer .4 Ảnh hưởng phế thải RFCC đến khả năng đóng rắn bê tông geopolymer. 74 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .1 Ảnh hưởng của RFCC khi thay thế ximăng trong vữa .2 Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông ximăng .3 Ảnh hưởng của RFCC trong bê tông geopolymer .2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.
82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……….………………………………………………83 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ C Cát XM Xi măng TB Tro bay BT Bê tông FCC Cracking xúc tác tầng xôi – Fluid Catalytic Cracking RFCC Cracking xúc tác pha lưu thể dầu cặn CKD Chất kết dính VLXD Vật liệu xây dựng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Chi phí sử dụng xúc tác FCC [1] .2: Hình ảnh nhà máy lọc dầu Dung Quốc.3: Quá trình tạo xúc tác thải FCC [2] .4: Công nghệ chiết tách RFCC trong sản xuất dầu khí [2] .1: Phản ứng hoạt hóa RFCC [25] .2: Cấu trúc thành phần của RFCC [26] .3: Phản ứng puzơlan với chất kết dính xi măng [31] .1: Phế thải RFCC sau khi xử lý .2: Xi măng PC 40 .4: Cốt liệu lớn .5: Cốt liệu nhỏ .6: Dung dịch Polymer hóa .7: Qui trình tạo mẫu vữa xi măng - RFCC .8: Qui trình chế tạo hỗn hợp bê tông xi măng dùng RFCC .9: Qui trình chế tạo hỗn hợp bê tông geopolymer dùng RFCC và tro bay .10: Xác định thời gian ninh kế vữa xi măng bằng dụng cụ Vicát cải tiến .11: Xác định cường độ nén của bê tông .12: Dụng cụ kiểm tra độ sụt Côn Abrams .13: Phương pháp đo độ sụt bê tông TCVN 6016 - 2011.14: Thực nghiệm độ sụt bê tông bằng côn Abrams.15: Xác định thời gian ninh kết bê tông .16: Khuôn hình trụ 150x300mm dùng để xác định cường độ .17: Khuôn hình vuông 100x100mm, chiều dài dầm 400mm .18: Xác định mođun đàn hồi của bê tông .1: Ảnh hưởng của RFCC đến độ bẹt của ximăng .2: Ảnh hưởng của RFCC đến thời gian ninh kết của vữa ximăng .3: Ảnh hưởng của RFCC đến cường độ của vữa ximăng .4: Đánh giá độ hoạt tính của RFCC trong xi măng.5: Ảnh hưởng của RFCC đến độ sụt của hỗn hợp bê tông .6: Ảnh hưởng của RFCC đến thời gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp bê tông .7: Ảnh hưởng của RFCC đến thời gian kết thúc ninh kết của hỗn hợp bê tông .8: Ảnh hưởng của RFCC đến thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông .9: Ảnh hưởng của RFCC đến cường độ uốn của bê tông .10: Ảnh hưởng của RFCC đến cường độ nén của bê tông .11: Ảnh hưởng của RFCC đến mođun đàn hồi của bê tông.12: Tính chất cơ học của bê tông ximăng - RFCC.13: Mối quan hệ giữa RFCC sử dụng và thành phần hoạt tính .14: Mối quan hệ giữa thành phần RFCC và tỷ lệ SiO2/Al2O3.15: Mối quan hệ giữa thành phần RFCC và độ sụt .