CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ DẦM BTCT 1. Tổng quan về tro bay 1. Tổng quan về tro bay. Tro bay là sản phẩm được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện.
Các hạt bụi tro được đưa ra qua các đường ống khói sau đó được thu hồi từ phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy. Tro bay là những tinh cầu tròn siêu mịn được cấu thành từ các hạt silic có kích thước hạt là 0,05 micromet, tức là 50 nanomet (1 nanomet = 10-9 centimet). Nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng 1.4000C) nên nó có tính puzzolan là tính hút vôi rất cao. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt.
Ngoài ra, nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể. Trong hơn 5 thập niên qua, tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của ngành xây dựng một cách rộng rãi và đã có những công trình lớn trên thế giới sử dụng sản phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu. Tính đến cuối năm 2020, tổng lượng tro, xỉ lưu giữ tại bãi chứa của các nhà máy nhiệt điện than vẫn còn khoảng 47,65 triệu tấn. Báo cáo của Sở Xây dựng tỉnh Bình Thuận cho thấy, tính đến tháng 6/2020, tại Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, lượng tro, xỉ phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện Vĩnh Tân 4 và nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng khoảng trên 10,9 triệu tấn nhưng lượng tro xỉ đã được xử lý, tiêu thụ chỉ đạt con số rất khiêm tốn, hơn 1,049 triệu tấn, chiếm 9,62%.
6 Các công trình tiêu biểu đã sự dụng tro bay làm phụ gia là: Đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng từ những năm 1950 đã sử dụng 60% tro bay thay thế xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào công trình xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980; Công trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được đúc kết: Các công trình có sử dụng tro bay sẽ đem đến 3 lợi ích to lớn và rất thiết thực cho ngành công nghiệp xây dựng là: Chất lượng sản phẩm ưu việt hơn. Giá thành rẻ hơn. Góp phần bảo vệ môi trường.
Hình dạng hạt tro bay [1]. Phân loại [3] Phân loại theo Tiêu chuẩn TCVN 10302-2014 – Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây mà xi măng: - Theo thành phần hóa học, tro bay được phân làm 02 loại: + Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10 %, ký hiệu: F + Tro bazơ: tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %, ký hiệu: C - Phân loại theo mục đích sử dụng: tro bay được phân thành 02 loại: 7 + Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây, bao gồm 4 nhóm lĩnh vực sử dụng, Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép từ bê tông nặng và bê tông nhẹ, ký hiệu: a; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép từ bê tông nặng, bê tông nhẹ và vữa xây, ký hiệu: b; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông tổ ong, ký hiệu: c; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép làm việc trong điều kiện đặc biệt, ký hiệu: d. - Ví dụ: + Fa - tro axit dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép; + Cb - tro bazơ dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép; + Tro bay dùng cho xi măng, ký hiệu: Xm; + FXm - tro axit dùng cho chế tạo xi măng; + CXm - tro bazơ dùng cho chế tạo xi măng. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông Trộn cốt liệu lớn với cốt liệu nhỏ trong máy trộn, sau đó xi măng được thêm vào trong quá trình nhào trộn.
Sợi được cho vào trong quá trình trộn với hàm lượng tính toán trước. Hỗn hợp nước và phụ gia dẻo được nhào trộn và cho vào hỗn hợp bê tông. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông [3] Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay 1. Tổng hàm lượng ôxit F 70 SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn C 45 8 Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay 2.
Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra F 3 5 3 3 SO3, % khối lượng, không lớn hơn C 5 5 6 3 3. Hàm lượng canxi ôxit tự do F - - - - CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn C 2 4 4 2 4. Hàm lượng mất khi nung F 12 15 8* 5* MKN, % khối lượng, không lớn hơn C 5 9 7 5 5. Hàm lượng kiềm có hại F (kiềm hòa tan), % khối lượng, 1,5 không lớn hơn C 6.
Độ ẩm, % khối lượng, F 3 không lớn hơn C 7. Lượng sót sàng 45mm, % F 25 34 40 18 khối lượng, không lớn hơn 9 Loại Lĩnh vực sử dụng - Mức Chỉ tiêu tro a b c d bay C 8. Lượng nước yêu cầu so với F mẫu đối chứng, %, không lớn 105 105 100 105 hơn C 9. Hàm lượng ion Cl-, % khối F 0,1 - - 0,1 lượng, không lớn hơn C 10.
Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng: - Đối với công trình nhà ở và 370 công cộng, không lớn hơn - Đối với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu 740 dân cư, không lớn hơn * Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: - lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận. Thành phần chính trong mẫu tro bay 1. Silic dioxit ở dạng kết tủa silisic Hàm lượng silic dioxit (SiO2) tính bằng phần trăm, theo công thức: m1 − m2 % SiO2 = 100 m 10 - Trong đó: + m1 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa trước khi xử lý bằng axit flohydric, tính bằng gam; + m2 là khối lượng chén bạch kim và kết tủa sau khi xử lý bằng axit flohydric, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,40 %.
Silic dioxit ở dạng hòa tan trong dung dịch Hàm lượng silic dioxit (SiO2) hòa tan tính bằng phần trăm theo công thức: m1 % SiO2 ( Ha tan) = 100 m2 - Trong đó: + m1 là lượng silic dioxit tìm được trên đường chuẩn, tính bằng gam; + m2 là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,04 %. Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3) bằng phương pháp chuẩn độ oxihóa - khử Hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3), tính bằng phần trăm, theo công thức: 0,0039925×V % Fe2O3 = ×100 m - Trong đó: + 0,0039925 là số gam Fe2O3 ứng với 1 ml dung dịch K2Cr2O7 0,05 N; + V là thể tích dung dịch K2Cr2O7 0,05 N tiêu thụ, tính bằng mililit; + m là khối lượng mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch cho phép giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,30% 11 1.
Hàm lượng hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) tính bằng phần trăm theo công thức: 0,0010196 VZn K % Al 2O3 = 100 m - Trong đó: + VZn là thể tích dung dịch tiêu chuẩn kẽm axetat 0,02 M tiêu thụ khi chuẩn độ, tính bằng mililit; + 0,0010196 là khối lượng nhôm oxit tương ứng với 1 ml dung dịch kẽm axetat 0,02 M, tính bằng gam; + K là hệ số nồng độ giữa dung dịch kẽm axetat 0,02 M và dung dịch EDTA tiêu chuẩn 0,01 M; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để phân tích, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,26 %. Hàm lượng canxi oxit (CaO) Hàm lượng canxi oxit (CaO) tính bằng phần trăm, theo công thức: 0,00056 (V1 − V0 ) % CaO = 100 m - Trong đó + V0 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ mẫu trắng, tính bằng mililit; + V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ mẫu thử, tính bằng mililit; + 0,00056 là khối lượng canxi oxit tương ứng với 1 ml dung dịch EDTA 0,01 M, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định canxi oxit, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,30 %.
Hàm lượng magiê oxit (MgO) Hàm lượng magiê oxit (MgO) tính bằng phần trăm, theo công thức: 0,000403 [(V2 − V02 ) − (V1 − V01)] % MgO = 100 m - Trong đó + V01 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ riêng lượng canxi trong mẫu trắng, tính bằng mililit; + V1 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn riêng lượng canxi trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit; + V02 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ tổng lượng canxi và magiê trong mẫu trắng, tính bằng mililit; + V2 là thể tích dung dịch tiêu chuẩn EDTA 0,01 M tiêu thụ khi chuẩn độ tổng lượng canxi và magiê trong dung dịch mẫu thử, tính bằng mililit: + 0,000403: là khối lượng magiê oxit MgO tương ứng với 1 ml dung dịch EDTA 0,01 M, tính bằng gam; + m là khối lượng mẫu tương ứng với thể tích mẫu lấy để xác định magiê oxit, tính bằng gam. Chênh lệch giữa hai kết quả xác định song song không lớn hơn 0,25 %. Thành phần hóa học của tro bay Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như sau: 13 Bảng 1.