Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu các tính chất của bê tông hàm lượng tro bay cao

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật xây dựng nghiên cứu các tính chất của bê tông hàm lượng tro bay cao, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Trần Hoàng Văn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Quang
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu các tính chất của bê tông hàm lượng tro bay cao
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 2.1. Vấn đề về phát thải tro xỉ và tác động của tro xỉ đến môi trường
• 2.2. Tổng quan về nghiên cứu HVFC trên thế giới
• 2.3. Tổng quan về nghiên cứu HVFC tại Việt Nam
• 2.4. Kết luận, đánh giá và định hướng nghiên cứu
• 2.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.6. Nội dung nghiên cứu
• 3. CƠ SỞ KHOA HỌC
• 3.1. Kích hoạt bằng phương pháp cơ học có thể làm tăng mức độ phản ứng
• 3.2. Kích hoạt bằng cách trao đổi/biến đổi một phần thành phần aluminosilicate trong hỗn hợp, tạo nhiều thành phần tham gia phản ứng hơn
• 3.3. Kết luận
• 4. HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.1. Hệ nguyên vật liệu
• 4.2. Thiết kế cấp phối
• 4.3. Phương pháp nghiên cứu
• 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 5.1. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng bổ sung vôi hợp lý
• 5.2. Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng bổ sung phụ gia tăng cường độ tuổi sớm cho vữa
• 5.3. Các tính chất của hỗn hợp bê tông HVFC
• 5.4. Các tính chất của bê tông HVFC đã đóng rắn
• 5.5. Độ bền của bê tông hàm lượng tro bay cao
• 5.6. Cấu trúc của bê tông hàm lượng tro bay cao HVFC
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG BỐ KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• BẰNG SÁNG CHẾ
• PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bê tông và tro bay cao

Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng chủ yếu, nhưng sản xuất bê tông truyền thống gây ra lượng khí thải CO2 lớn do sử dụng xi măng. Việc sử dụng tro bay cao trong bê tông không chỉ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường mà còn cải thiện các tính chất của bê tông. Tro bay được coi là một chất phụ gia hiệu quả, có khả năng thay thế một phần xi măng trong hỗn hợp bê tông, từ đó tạo ra loại bê tông được gọi là bê tông hàm lượng tro bay cao (HVFC). HVFC không chỉ giảm lượng xi măng cần thiết mà còn cải thiện tính năng cơ học và độ bền của bê tông.

1.1. Tính chất của bê tông

Bê tông có nhiều tính chất quan trọng như cường độ nén, độ bền kéo, và khả năng chịu lực. Việc sử dụng tro bay cao có thể làm thay đổi đáng kể các tính chất này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng bê tông HVFC có thể đạt được cường độ nén cao hơn so với bê tông truyền thống. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng xây dựng yêu cầu độ bền và tính ổn định cao.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng tro bay trong bê tông

Việc sử dụng tro bay không chỉ giúp giảm thiểu lượng khí thải trong quá trình sản xuất bê tông mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Tro bay có thể giảm chi phí sản xuất bê tông, đồng thời cải thiện độ bền và tính năng của bê tông, làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các nhà thầu và kỹ sư xây dựng. Hơn nữa, việc sử dụng tro bay cũng giúp giảm thiểu lượng rác thải từ các nhà máy nhiệt điện, góp phần bảo vệ môi trường.

II. Nghiên cứu và ứng dụng của bê tông hàm lượng tro bay cao

Nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay cao (HVFC) đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới. Các nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện cường độ và độ bền của bê tông thông qua việc tối ưu hóa tỷ lệ tro bay trong hỗn hợp bê tông. Các kết quả cho thấy rằng việc sử dụng tro bay với tỷ lệ từ 60% đến 80% có thể tạo ra loại bê tông có tính năng vượt trội, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng.

2.1. Thí nghiệm và kết quả

Các thí nghiệm về bê tông HVFC đã được thực hiện để xác định các tính chất cơ học như cường độ nén, độ bền kéo và độ co ngót. Kết quả cho thấy rằng bê tông với 80% tro bay có thể đạt cường độ nén tối thiểu 40 MPa sau 28 ngày. Điều này cho thấy sự khả thi của việc sử dụng tro bay cao trong các ứng dụng xây dựng thực tế, đặc biệt trong các công trình yêu cầu độ bền cao.

2.2. Ứng dụng thực tiễn

Bê tông HVFC đã được ứng dụng trong nhiều công trình xây dựng lớn, từ các công trình dân dụng đến công trình hạ tầng. Việc sử dụng tro bay không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các công trình sử dụng bê tông HVFC thường có tuổi thọ cao hơn và ít phải bảo trì hơn, điều này mang lại lợi ích kinh tế lâu dài cho các nhà đầu tư và chủ đầu tư.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay cao đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay không chỉ có lợi cho môi trường mà còn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và kỹ thuật. Để phát triển hơn nữa loại vật liệu này, cần thực hiện thêm nhiều nghiên cứu về các tỷ lệ phối trộn khác nhau và các loại phụ gia hỗ trợ. Việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế trong nghiên cứu và sản xuất bê tông HVFC cũng cần được chú trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả trong xây dựng.

3.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về các loại phụ gia có thể kết hợp với tro bay để cải thiện tính chất của bê tông HVFC. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp sản xuất bê tông hiệu quả hơn cũng cần được tiến hành để tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.2. Khuyến nghị cho ngành xây dựng

Ngành xây dựng nên xem xét việc áp dụng bê tông hàm lượng tro bay cao trong các dự án lớn để tận dụng những lợi ích mà loại vật liệu này mang lại. Cần có các chính sách khuyến khích sử dụng vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường để thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp bê tông đóng góp khoảng 7% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu, chủ yếu do sản xuất xi măng Portland – thành phần chính trong bê tông. Ở Việt Nam, mỗi năm phát sinh hơn 25 triệu tấn tro, xỉ từ các nhà máy nhiệt điện than, dự kiến đến năm 2030 tồn trữ lên đến 422 triệu tấn nếu không được tái chế. Tro bay, chiếm 80-90% lượng tro, xỉ thải ra, được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng để thay thế xi măng, giảm phát thải khí nhà kính và ô nhiễm môi trường. Bê tông hàm lượng tro bay cao (HVFC) là loại bê tông có tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bay trên 50%, được đánh giá là bê tông xanh, thân thiện môi trường.

Tuy nhiên, HVFC gặp hạn chế lớn về phát triển cường độ chậm, đặc biệt ở tuổi sớm, làm giảm tính ứng dụng trong xây dựng kết cấu. Nghiên cứu này tập trung sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland với tỷ lệ 60%, 70%, 80% nhằm chế tạo bê tông kết cấu có cường độ nén tối thiểu 12 MPa ở 3 ngày, 20 MPa ở 7 ngày và 40 MPa ở 28 ngày. Đồng thời, nghiên cứu áp dụng bổ sung vôi Ca(OH)2, silica fume và phụ gia tăng tốc ba thành phần (Natri Thiocyanate, Diethanolamine, Glycerol) để thúc đẩy phát triển cường độ sớm, cải thiện tính công tác và độ bền của bê tông HVFC.

Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2022, với mục tiêu phát triển bê tông HVFC đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thân thiện môi trường, góp phần giảm phát thải CO2 và xử lý hiệu quả tro bay nhiệt điện 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:

• Phản ứng pozzolanic: Tro bay có thành phần chủ yếu là silica và alumina hoạt tính, phản ứng với Ca(OH)2 sinh ra sản phẩm C-S-H giúp tăng cường độ bê tông theo thời gian. Tuy nhiên, phản ứng này diễn ra chậm, đặc biệt ở tuổi sớm, gây hạn chế phát triển cường độ ban đầu của HVFC.

• Hiệu ứng lấp đầy (Filler effect): Tro bay có kích thước hạt nhỏ, hình cầu giúp lấp đầy các lỗ rỗng mao quản trong bê tông, làm tăng độ đặc chắc, giảm độ thấm và cải thiện độ bền lâu dài.

• Tác động của phụ gia tăng tốc: Các hóa chất như Natri Thiocyanate (NaSCN), Diethanolamine (DEA), Glycerol (Gly) được sử dụng để kích hoạt phản ứng hydrat hóa xi măng, thúc đẩy phát triển cường độ sớm, rút ngắn thời gian đông kết.

• Bổ sung vôi Ca(OH)2: Do lượng Ca(OH)2 sinh ra từ xi măng giảm khi thay thế nhiều tro bay, việc bổ sung vôi giúp cung cấp đủ kiềm cho phản ứng pozzolanic, tăng cường độ và cải thiện tính bền của bê tông.

Các khái niệm chính bao gồm: tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD), cường độ nén, cường độ uốn, mô đun đàn hồi, độ co ngót khô, tính thấm, khả năng chống ăn mòn sulfate và clorua, phản ứng kiềm-silic.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng tro bay loại F từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1, xi măng Portland OPC có hàm lượng C3A cao, silica fume, vôi Ca(OH)2 và phụ gia hóa học tăng tốc (NaSCN, DEA, Gly).

• Thiết kế cấp phối: Chế tạo các mẫu bê tông HVFC với tỷ lệ tro bay thay thế xi măng lần lượt là 60%, 70%, 80%. Bổ sung vôi Ca(OH)2 từ 5% đến 30% tổng lượng chất kết dính, silica fume từ 2% đến 10%, và phụ gia tăng tốc với liều lượng 0.05% theo khối lượng chất kết dính.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu đại diện theo tiêu chuẩn ASTM, đảm bảo tính đồng nhất và khả năng tái lập kết quả.

• Phương pháp phân tích: Thực hiện các thí nghiệm cơ lý như đo cường độ nén, uốn, nén chẻ, mô đun đàn hồi, độ co ngót khô; thí nghiệm độ bền cacbonat hóa, chống xâm thực sulfate và clorua; phân tích cấu trúc vi mô bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ nhiễu xạ tia X (XRD).

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm giai đoạn chuẩn bị vật liệu, thiết kế cấp phối, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng vôi Ca(OH)2: Bổ sung vôi từ 10% đến 20% giúp tăng cường độ nén ở tuổi sớm rõ rệt. Cường độ nén mẫu HVFC thay thế 80% tro bay với 15% vôi đạt khoảng 12 MPa ở 3 ngày, 20 MPa ở 7 ngày và 40 MPa ở 28 ngày, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho bê tông kết cấu.

2. Tác động của silica fume: Thêm silica fume từ 4% đến 6% cải thiện tính công tác và tăng cường độ nén, uốn. Cường độ uốn đạt tối thiểu 4 MPa và cường độ chẻ bửa đạt 3 MPa ở 28 ngày, cao hơn 10-15% so với mẫu không có silica fume.

3. Hiệu quả của phụ gia tăng tốc ba thành phần: Sử dụng hỗn hợp NaSCN, DEA, Gly với liều lượng 0.05% giúp rút ngắn thời gian đông kết khoảng 2 giờ và tăng cường độ nén ở tuổi sớm lên 15-20%, đặc biệt hiệu quả với mẫu có tỷ lệ tro bay 80%.

4. Tính bền và cấu trúc: HVFC có khả năng chống cacbonat hóa, xâm thực sulfate và thấm ion clorua tốt hơn bê tông sử dụng 100% xi măng OPC. Độ sâu xâm nhập CO2 thấp hơn 30%, độ dài thay đổi do sulfate giảm 25%, độ thấm ion clorua giảm 40%. Cấu trúc vi mô SEM cho thấy bê tông HVFC đặc chắc, ít lỗ rỗng hơn, sản phẩm C-S-H phát triển đồng đều.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện cường độ và độ bền là do sự kết hợp giữa phản ứng pozzolanic của tro bay với Ca(OH)2 bổ sung và tác dụng lấp đầy của silica fume. Phụ gia tăng tốc thúc đẩy phản ứng hydrat hóa xi măng, giúp khắc phục nhược điểm phát triển cường độ chậm của HVFC. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo về HVFC có hàm lượng tro bay cao, cho thấy khả năng ứng dụng thực tế trong điều kiện Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phát triển cường độ nén theo thời gian với các tỷ lệ vôi và silica fume khác nhau, bảng so sánh độ bền cacbonat hóa, chống sulfate và thấm clorua giữa HVFC và bê tông thường, cùng hình ảnh SEM minh họa cấu trúc vi mô.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng bổ sung vôi Ca(OH)2 từ 10-20% trong công thức bê tông HVFC để tăng cường độ sớm, đảm bảo tiến độ thi công và chất lượng kết cấu. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn thiết kế cấp phối; chủ thể: các nhà sản xuất bê tông và kỹ sư thiết kế.

2. Sử dụng silica fume với tỷ lệ 4-6% nhằm cải thiện tính công tác và độ bền lâu dài của bê tông HVFC. Thời gian thực hiện: áp dụng trong sản xuất; chủ thể: nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng.

3. Áp dụng phụ gia tăng tốc ba thành phần (NaSCN, DEA, Gly) với liều lượng chuẩn 0.05% để rút ngắn thời gian đông kết và tăng cường độ sớm, phù hợp với điều kiện thi công thực tế. Thời gian thực hiện: trong quá trình trộn bê tông; chủ thể: nhà thầu thi công và nhà sản xuất bê tông.

4. Khuyến khích sử dụng HVFC thay thế xi măng Portland từ 60-80% trong các công trình kết cấu nhằm giảm phát thải CO2 và xử lý hiệu quả tro bay nhiệt điện, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng. Thời gian thực hiện: dài hạn; chủ thể: các cơ quan quản lý, nhà thầu và chủ đầu tư.

5. Tăng cường nghiên cứu và đào tạo kỹ thuật về HVFC cho cán bộ kỹ thuật và công nhân xây dựng để đảm bảo thi công và bảo dưỡng đúng quy trình, nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm về bê tông HVFC, hỗ trợ phát triển các đề tài liên quan đến vật liệu xây dựng bền vững.

2. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình: Tham khảo để áp dụng công nghệ HVFC trong thiết kế kết cấu bê tông, tối ưu hóa vật liệu, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả thi công.

3. Nhà sản xuất vật liệu xây dựng và bê tông thương phẩm: Hướng dẫn thiết kế cấp phối, lựa chọn nguyên liệu và phụ gia phù hợp để sản xuất bê tông HVFC đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và thân thiện môi trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách xây dựng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn về sử dụng tro bay trong bê tông, thúc đẩy phát triển bê tông xanh và giảm phát thải khí nhà kính.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông hàm lượng tro bay cao (HVFC) là gì?
   HVFC là loại bê tông trong đó tro bay thay thế trên 50% khối lượng xi măng Portland, giúp giảm phát thải CO2 và tăng tính bền vững cho công trình.

2. Nhược điểm lớn nhất của HVFC là gì?
   HVFC phát triển cường độ chậm, đặc biệt ở tuổi sớm, làm giảm tiến độ thi công và ứng dụng trong các công trình yêu cầu cường độ nhanh.

3. Làm thế nào để cải thiện cường độ sớm của HVFC?
   Có thể bổ sung vôi Ca(OH)2, silica fume và sử dụng phụ gia tăng tốc như Natri Thiocyanate, Diethanolamine, Glycerol để thúc đẩy phản ứng hydrat hóa và pozzolanic.

4. HVFC có bền hơn bê tông thường không?
   Có, HVFC có khả năng chống cacbonat hóa, xâm thực sulfate và thấm ion clorua tốt hơn nhờ cấu trúc vi mô đặc chắc và sản phẩm hydrat hóa ổn định.

5. Ứng dụng thực tế của HVFC ở Việt Nam như thế nào?
   Hiện chủ yếu ứng dụng trong bê tông đầm lăn cho đập thủy điện và mặt đường, nghiên cứu mở rộng cho bê tông trộn sẵn kết cấu với tỷ lệ tro bay lên đến 80% đang được phát triển.

Kết luận

• Bê tông HVFC với tỷ lệ tro bay thay thế xi măng từ 60-80% có thể đạt cường độ nén tối thiểu 12 MPa (3 ngày), 20 MPa (7 ngày) và 40 MPa (28 ngày), phù hợp cho kết cấu công trình.
• Bổ sung vôi Ca(OH)2, silica fume và phụ gia tăng tốc ba thành phần là giải pháp hiệu quả để cải thiện cường độ sớm và tính công tác của HVFC.
• HVFC có tính bền vượt trội so với bê tông sử dụng 100% xi măng OPC, góp phần giảm phát thải CO2 và xử lý tro bay nhiệt điện hiệu quả.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực nghiệm cho việc ứng dụng rộng rãi HVFC trong ngành xây dựng Việt Nam, hướng tới phát triển bê tông xanh, bền vững.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng về các phụ gia và công nghệ kích hoạt tro bay để nâng cao hơn nữa hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của HVFC.

Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và sản xuất bê tông thương phẩm, đồng thời triển khai đào tạo kỹ thuật cho cán bộ và công nhân xây dựng. Đẩy mạnh hợp tác nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ HVFC phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Vấn đề về phát thải tro xỉ và tác động của tro xỉ đến môi trường Thực trạng phát thải tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện đốt than Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước hiện nay, các ngành công nghiệp của nước ta đang được đầu tư, phát triển một cách mạnh mẽ. Cùng với việc sản xuất ngày càng nhiều sản phẩm, năng lượng, nhiên liệu phục vụ sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp cũng làm tăng ngày càng nhiều các chất thải. Ngành nhiệt điện là một trong những ngành phát sinh chất thải lớn.

Tính trung bình, cứ sản xuất ra 1kw.h điện sử dụng nhiên liệu than cám, sẽ thải ra khoảng từ 0,5-1,75 kg tro, xỉ. Theo tài liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường, các nhà máy nhiệt điện đang vận hành tại Việt Nam tính đến năm 2018 là 28 nhà máy, ước tính năm 2020 tiêu thụ khoảng 60 triệu tấn than/ năm và phát sinh khoảng 20,5 triệu tấn tro, xỉ, thạch cao. Theo quy hoạch phát triển ngành điện thì từ nay đến năm 2030, sản lượng điện sản xuất bằng nhiệt điện sử dụng than còn tiếp tục tăng. Nghĩa là, lượng chất thải tro, xỉ nhiệt điện sẽ còn tiếp tục tăng thêm.

Các chất thải này đang tạo sức ép ngày càng lớn lên môi trường và chiếm diện tích đất để tồn chứa ngày càng lớn. Quá trình đốt than để vận hành các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) thải ra các sản phẩm cháy bao gồm: Tro đáy (xỉ đáy lò) hay còn gọi là xỉ, là các hạt thô, to thu được ở đáy lò đốt; Tro bay, là các hạt tro mịn bay lên được thu lại tại lọc bụi. Thông thường lượng tro bay chiếm khoảng 80 - 90%, còn xỉ chỉ chiếm khoảng 10 - 20%. Quy hoạch ngành điện đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII) đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt năm 2011.

Theo Quy hoạch này thì số lượng, công suất sản xuất điện của các NMNĐ than ở nước ta trong thời gian sắp tới là rất lớn.1 dưới đây tổng hợp công suất điện của các NMNĐ ở Việt Nam theo Quy hoạch điện VII [5]. Công suất nguồn điện theo Quy hoạch điện VII Trong đó Tổng công Nhiệt điện đốt Tiêu thụ TT Năm suất điện, Nhiệt điện đốt than tầng sôi, than, tấn/năm MW than phun, MW MW 1 2020 35.000 HVTH: Trần Hoàng Văn - MSHV: 2070672 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. LÊ VĂN QUANG - TS. BÙI ĐỨC VINH Ghi chú: Lượng than tiêu thụ dự kiến trong Bảng trên được tính trên cơ sở: - Các dự án theo Quy hoạch điện VII được đầu tư, vận hành đúng tiến độ, công suất; - Số giờ chạy trong năm: 6000 giờ.

Quy hoạch điện VII triển khai, đến năm 2030, tổng công suất nguồn nhiệt điện than là 74.876 MW sẽ thải ra khối lượng tro, xỉ hàng năm khoảng trên 38 triệu tấn tro xỉ. Căn cứ vào công suất các nhà máy, nguồn than cung cấp dự kiến (than trong nước, hoặc than nhập khẩu hay pha trộn cả hai loại), chất lượng than trong nước, chất lượng than nhập khẩu dự kiến, lượng tro, xỉ thải ra của các nhà máy nhiệt điện than được dự báo như thống kê trong Bảng 1. Khối lượng tro, xỉ phát sinh theo tính toán qua các năm theo lộ trình xây dựng và vận hành các nhà máy nhiệt điện theo Quy hoạch điện VII Khối lượng tro, xỉ thải một số năm theo quy hoạch điện VII, TT Năm tấn/năm Lò hơi đốt tầng sôi Lò hơi đốt than phun Tổng cộng 1 2020 6.500 Ghi chú: Lượng tro, xỉ phát sinh trong Bảng trên được tính trên cơ sở: - Các dự án theo Quy hoạch điện VII được đầu tư, vận hành đúng tiến độ, công suất. - Số giờ chạy trong năm: 6000 giờ.

- Than trong nước có độ tro trung bình 35%, suất tiêu hao than 0,5 kg/kWh - Than trộn có độ tro trung bình 25%, suất tiêu hao than 0,5 kg/kWh - Than nhập khẩu có độ tro trung bình 15%, suất tiêu hao 0,45 kg/kWh. Thống kê và dự tính lượng tro xỉ nhiệt điện qua các năm Tổng lượng tro xỉ NĐ Tổng lượng tro xỉ NĐ tích trữ TT Năm phát sinh hàng năm nếu không được tái sử dụng (tấn/năm) (tấn) 1 2016 15.000 Trong thời gian qua, thực tế cho thấy việc khai thác sử dụng xỉ đáy lò tương đối tốt, xỉ được các đơn vị thu mua trực tiếp từ nhà máy hoặc được vớt, tách dùng để sản xuất vật liệu xây dựng như sản xuất xi măng, vật liệu không nung, san lấp nền móng và một số việc HVTH: Trần Hoàng Văn - MSHV: 2070672 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. LÊ VĂN QUANG - TS. BÙI ĐỨC VINH khác.

Vấn đề cần tập trung giải quyết là xử lý, sử dụng tro bay trong sản xuất vật liệu xây dựng và mở rộng vào các mục đích khác. Theo Quyết định số 1696/QĐ-TTg ngày 23/9/2014 của Thủ tướng Chính phủ về một số giải pháp thực hiện xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, hóa chất phân bón để làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng, các nhà máy nhiệt điện đã triển khai việc tiêu thụ tro, xỉ, thạch cao thải ra với các hình thức khác nhau như: Chủ động xây dựng dây chuyền xử lý tro, xỉ, thạch cao (tuyển ướt), xây dựng dây chuyển sản xuất vật liệu không nung; bán và cho không tro, xỉ, thạch cao cho các cá nhân sử dụng, đơn vị thu mua, các nhà máy xi măng, các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng… Tuy nhiên cũng theo số liệu điều tra thực tế và các đơn vị báo cáo, tổng lượng tro xỉ, thạch cao đã được tiêu thụ không lớn, chỉ vào khoảng 25% - 30% so với tổng lượng được thải ra hàng năm và không phân bố đều đối với từng nhà máy. Có những nhà máy đã bán hầu hết lượng xỉ, tro bay và thạch cao thải ra, trong khi đó có những nhà máy phải thải toàn bộ tro, xỉ, thạch cao ra bãi chứa hoặc tro, xỉ, thạch cao tại bãi chứa không được các đơn vị xử lý, sử dụng thu mua. Lý giải vấn đề này có một số nguyên nhân sau: - Các nhà máy sử dụng công nghệ than phun sẽ tách được thạch cao ra khỏi tro bay, do đó ngoài việc tiêu thụ được tro bay thì nếu thạch cao đủ tiêu chuẩn (hàm lượng thạch cao CaSO4.2H2O lớn) sẽ dễ dàng tiêu thụ vào các mục đích khác nhau như làm phụ gia cho sản xuất xi măng, vật liệu xây không nung… Trong khi đó đối với các nhà máy sử dụng công nghệ CFB (đốt than tầng sôi), đá vôi được đưa vào đốt cùng với than để khử lưu huỳnh (SO2) trong khói, do đó thạch cao được tạo ra sẽ lẫn vào tro bay và không thể tách thạch cao ra khỏi tro bay, đồng thời hàm lượng SO3 và CaOtd tương đối cao (15% - 20%) và mất khi nung (MKN) lớn có màu đỏ, nâu dẫn đến việc sử dụng vào sản xuất vật liệu xây dựng gặp nhiều khó khăn.

- Một số nhà máy ở khu vực gần biển (Nhiệt điện Quảng Ninh, Nhiệt điện Mông Dương 2…) do thiếu nước ngọt đã phải dùng nước mặn hoặc nước nhiễm mặn để vận hành hệ thống bơm thải xỉ ra bãi chứa dẫn tới tro, xỉ, thạch cao bị nhiễm mặn, gây khó khăn cho việc xử lý, sử dụng. - Thông thường tro bay tại nhà máy nhiệt điện có hàm lượng MKN < 12% được tiêu thụ gần hết trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng, tuy nhiên một số nhà máy thải ra tro bay có hàm lượng MKN trên dưới 5% (Nhiệt điện Vũng Áng 1) nhưng ở khu vực cách xa các đơn vị có tiềm năng sử dụng tro, xỉ, thạch cao với khối lượng lớn dẫn đến mặc dù tro HVTH: Trần Hoàng Văn - MSHV: 2070672 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. LÊ VĂN QUANG - TS. BÙI ĐỨC VINH bay, xỉ, thạch cao đạt tiêu chuẩn sử dụng hoặc sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành để sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng nhưng do chi phí vận chuyển cao dẫn tới giá thành cao hơn so với khoáng sản được khai thác tại chỗ.

- Có nhà máy do chất lượng than đốt làm cho tro bay và xỉ có mầu đỏ, nâu dẫn tới việc xử lý, sử dụng khó khăn. - Khi tro, xỉ, thạch cao không được các đơn vị thu mua hoặc có thể xử lý tại chỗ thì tất cả đều được hòa trộn với nước và bơm ra bãi thải dẫn tới sự lẫn lộn giữa tro, xỉ, thạch cao, gây khó khăn trong quá trình xử lý tiếp theo. Hiện nay đối với các nhà máy thuận lợi hơn trong việc tiêu thụ tro, xỉ, thạch cao thì đa số mới chỉ tập trung vào việc tiêu thụ về mặt số lượng đối với lượng tro, xỉ, thạch cao thải ra chứ chưa ý thức đến việc các đơn vị thu mua, xử lý, sử dụng có đảm bảo được các tiêu chuẩn về vệ sinh môi trường, các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành để sản xuất vật liệu xây dựng hay không. Tác động của tro xỉ đến môi trường Phần lớn tro, xỉ than trên thế giới được tồn chứa dẫn đến gánh nặng kinh tế và môi trường, tác động đáng kể đến sinh thái và xã hội nên cần có các ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau để thúc đẩy việc sử dụng tro, xỉ nhiệt điện.

Việc tăng chi phí tồn chứa và thiếu hụt tài nguyên thiên nhiên đã dẫn đến việc phát triển các công nghệ sử dụng tro, xỉ nhiệt điện trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng như: tro bay làm phụ gia cho xi măng, phụ gia cho bê tông, vật liệu san lấp… Tro, xỉ ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện được bơm cùng với nước ra bãi thải. Các kết quả điều tra cho thấy môi trường đất và nước ở quanh bãi thải tro, xỉ bị ảnh hưởng nghiêm trọng với hàm lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao. Bản thân ngành điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro, xỉ, hoặc không có điều kiện khai thác. Người dân quanh khu vực các bãi xỉ thải đang khai thác một cách tự phát, chủ yếu là làm gạch xây nhà hoặc bán lại cho các cơ sở có đầu tư hệ thống tuyển tro.

Việc tự phát, mạnh ai nấy làm dẫn đến lộn xộn trong và quanh khu vực bãi thải cùng với vận chuyển rơi vãi đã khiến không gian cả khu vực luôn mù mịt bụi xỉ than, ô nhiễm môi trường.