NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY CHẾ TẠO BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG HẦM CHUI NÚT GIAO THÔNG MỸ THỦY – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

(1)

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY

CHẾ TẠO BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG HẦM CHUI NÚT GIAO THÔNG MỸ THỦY – THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGÔ DOÃN HÀO^* HUỲNH KHÁNH THÀNH^**

Research on the application of fly ash to create concrete lining at My Thuy-Ho Chi Minh city traffic intersection

Abstract: My Thuy intersection is the intersection between Nguyen Thi Dinh Street and Ring Road 2- Ho Chi Minh City with total length of 405.32m. The access tunnel on the Ring 2 side with the length is 150.12m, in the Nguyen Thi Dinh side 175.14m. The part of closed tunnel is 80.06m length, which has box-shaped cross section, and the vehicle’s width is 9.5m to ensure the height of tunnel H  5.00m. The structure of the tunnel is reinforced concrete with C30 poured in place. To choose the right concrete mixture, to ensure the technical requirements of the investor the research team used fly ash of Duyen Hai 1 thermal power plant to create test concrete samples. The type F fly ash according to TCVN 10302 standard applied in the research with the contents of the fly ash replacing cement respectively at 0%, 10%, 15%, 20%, 25% and 30%. The research team compared and analyzed sample test results on the compressive strength, elastic modulus of concrete at 3 days, 7 days, and 28 days according to the technical requirements of the investor, with target requirements of concrete design with compressive strength R28 = 37.0MPa. Conventional concrete compared the volume of 1m3, the cost of 1m3 of fly ash concrete with the above contents of fly ash replacing cement. From these compared results and analysis, the research team show that using 20% fly ash to replace cement in concrete mixture proposed for improving the compressive strength, density, and cost of concrete product. From above comments, the research team recommended that using the concrete mix with 20% fly ash for concrete production in tunnelling at My Thuy-Ho Chi Minh city intersection.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ ^*

Việc nghiên cứu sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện đã được thực hiện trên thế giới từ những năm 1930, các nước phát triển đang sử dụng có hiệu quả toàn bộ tro xỉ trong xây dựng, giao thông, công nghiệp phân bón,… chỉ một số

* Trường Đại học Mỏ-Địa Chất

** Viện Khoa học và Công nghệ giao thông vận tải

ít là bị phế bỏ. Ở nước ta hiện nay có gần 30 nhà máy nhiệt điện. Tổng khối lượng than sử dụng trung bình năm là khoảng 34 triệu tấn; khối lượng tro xỉ các NMNĐ phát sinh trung bình trong một năm khoảng 19,5 triệu tấn (trong đó tro bay chiếm từ 80 đến 85%), dự kiến đến năm 2025 lượng tro xỉ thải ra khoảng 29,4 triệu tấn/năm và năm 2030 sẽ là 38,3 triệu tấn/

năm[2]. Với tốc độ phát triển cả các nhà máy

(2)

nhiệt điện như hiện nay dẫn đến những lo ngại về diện tích bể chứa, chi phí xử lý tro xỉ và các vấn đề về ô nhiễm môi trường.

Tro bay là một thành phần đặc biệt có thể thay thế một phần xi măng trong chế tạo bê tông, vì nó không chỉ khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng; “khử vôi tự do CaO” trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ”, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giảm giá thành của bê tông, tro bay có thể thay thế từ 10÷30% xi măng. Bê tông có sử dụng tro bay có tính chống thấm tốt, ngăn ngừa sự ăn mòn cốt thép, chống xâm thực mặn cho bê tông, phù hợp với môi trường ẩm ướt như hầm chui giao thông, các đường hầm tàu điện ngầm, tầng hầm nhà cao tầng; đê kè, cảng biển,... Chính vì vậy việc Nghiên cứu sử dụng tro bay chế tạo bê tông trong thi công hầm chui Nút giao thông Mỹ Thủy – Thành phố Hồ Chí Minh là việc làm cần thiết và cấp bách.

2. THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐƯỜNG HẦM CHUI NÚT GIAO THÔNG MỸ THỦY- THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Hình 2.1: Mặt cắt ngang đại diện hầm kín Theo [3], Nút giao thông Mỹ Thủy là phần giao giữa đường Nguyễn Thị Định và đường Vành đai 2 có tổng chiều dài 405,32m. Phần hầm dẫn hở phía Vành đai 2 dài 150,12m, phía Nguyễn Thị Định dài 175,14m. Phần hầm kín

dài 80,06m được chia làm 4 đoạn mỗi đoạn dài 20m, giữa các đốt bố trí khe hở rộng 2cm; mặt cắt ngang có dạng hộp, bề rộng xe chạy 9,5m đảm bảo tĩnh không đường chui H≥5,00m như trên hình 2.1. Kết cấu hầm kín bằng bê tông cốt thép thường C30 đổ tại chỗ.

3. TRO BAY, ĐẶC ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ PHƯƠNG PHÁP TINH CẤP PHỐI.

3.1. Khái niệm về tro bay

Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần tro gồm các hạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ thống thu gom của các nhà máy nhiệt điện. Thuật ngữ tro bay (Fly Ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện. Tên gọi

"tro bay" vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khi nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trước và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã rất mịn, có cỡ hạt từ 1÷15μm. Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các loại khác nhau.

+ Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng canxi cao [4]. Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp.

+ Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại [1]:

- Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%;

- Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8%

nhưng không lớn hơn 20%;

- Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20%;

(3)

+ Ngoài ra, trên thế giới cũng đang sử dụng phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618.

Theo cách phân loại trên, tro bay được phân loại dựa trên thành phần các hợp chất và được phân làm hai loại gồm loại C và loại F [4]. Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:

- Tro bay loại F nếu tổng hàm lượng (SiO₂ + Al2O3 + Fe2O3) > 70%.

- Tro bay loại C nếu tổng hàm lượng (SiO2 + Al₂O₃ + Fe₂O₃) < 70%.

3.2. Đặc điểm của bê tông có sử dụng tro bay Dùng tro bay chế tạo bê tông sẽ làm tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng; “khử vôi tự do CaO” trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường ẩm nước.

Việc sử dụng hợp lý tro bay trong thành phần cấp phối bê tông làm cho bê tông có nhiều đặc tính vượt trội về cả mặt kỹ thuật, chất lượng và hiểu quả kinh tế cao. Bê tông sử dụng phụ gia tro bay hợp lý, được chế tạo đúng cách sẻ làm cho bề mặt sản phẩm dày đặc hơn vì kích thước của lỗ rỗng được thu nhỏ. Điều này làm tăng độ bền và giảm tính thấm. Vì các hạt tro bay có dạng hình cầu và có cùng kích thước với xi măng Portland, nên có thể giảm được lượng nước cần thiết để trộn; ưu điểm của tro bay thay thế một phần xi măng trong bê tông:

- Giảm nhiệt của hydrat hóa (khử vôi) do đó giảm các vết nứt nhiệt và cải thiện thời gian thi công bê tông khối lớn;

- Cải thiện khả năng làm việc và khả năng bơm của bê tông;

- Chuyển đổi lượng vôi dư thừa thành vật liệu liên kết thông qua quá trình hydrat hóa;

- Cải thiện tính chống thấm nước, giảm trọng lượng bê tông;

- Giảm yêu cầu xi măng cho cùng cường độ và tiết kiệm chi phí bê tông.

3.3. Phương pháp tính toán thiết kế cấp phối bê tông sử dụng tro bay

Thiết kế thành phần bê tông là sự lựa chọn thành phần cấp phối hợp lý của các vật liệu

thành phần nhằm chế tạo được loại bê tông có tính năng tối ưu nhất về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế (đạt cường độ, độ bền thiết kế đối với bê tông và đạt tính công tác đối với hỗn hợp bê tông đồng thời đảm bảo yếu tố giá thành). Trình tự tính toán thiết kế tuân thủ theo quy định, quy chuẩn và tiêu chuẩn hiện hành của TCVN, TCN và các tiêu chuẩn viện dẫn ASTM, AASHTO….

Trình tự các bước tính toán thiết kế cấp phối bê tông:

+ Bước 1: Chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông (SN^yc) – Độ sụt được chọn dựa vào dạng kết cấu và điều kiện thi công (phương pháp đầm).

+ Bước 2: Xác định lượng nước trộn (N) – Lượng nước trộn được chọn dựa vào độ sụt yêu cầu xác định ở bước 1, cùng các chỉ tiêu của vật liệu sử dụng cho hỗn hợp bê tong.

+ Bước 3: Xác định các thông số của hỗn hợp chất kết dính (CKD).

- Chất kết dính ở đây được xem là hỗn hợp của xi măng với thành phần phụ gia khoáng.

Phụ gia khoáng được sử dụng để thay thế một phần xi măng trong hỗn hợp chất kết dính, ở trong nguyên cứu này tro bay được dùng với liều lượng từ 10 ÷ 30% thay thế lượng dùng xi măng.

- Trộn theo tỷ lệ chọn và thí nghiệm xác định cường độ thực tế của chất kết dính như phương pháp thí nghiệm xác định cường độ của xi măng theo TCVN6016:2011.

- Tính khối lượng riêng của chất kết dính (ρckd)

Px, Ppgk, Pckd : là khối lượng riêng của xi măng, chất phụ gia khoáng và hỗn hợp chất kết dính, g/cm³

X%, PGK%: là tỷ của lượng dùng xi măng và phụ gia khoáng trong chất kết dính.

+ Bước 4: Xác định tỷ lệ chất kết dính/nước (CKD/N).

Tỷ lệ CKD/N xác định từ công thức Bôlômay:

(4)

Trong đó: Rbt - Cường độ nén của bê tông, lấy bằng mác bê tông yêu cầu nhân với hệ số an toàn 1,1 đối với trạm trộn tự động và 1,15 đối với trạm trộn thủ công.

R_ckd - Cường độ thực tế của chất kết dính;

A: Hệ số tra bảng (A hoặc A1);

CKD/N- Tỷ lệ Chất kết dính/Nước theo khối lượng.

+ Bước 5: Tính toán hàm lượng chất kết dính.

Hàm lượng chất kết dính:

+ Bước 6: Xác định lượng phụ gia khoáng và phụ gia hóa cho 1m³ bê tông.

Hàm lượng CKD tính được ở trên bao gồm xi măng và phụ gia khoáng. Hàm lượng xi măng (X) và phụ gia khoáng (PGK) trong 1m³ bê tông sẽ được tính theo công thức sau:

Lượng phụ hóa thường được dùng theo hướng dẫn của nhà cung cấp và tỷ lệ phụ gia hóa được tính theo % so với xi măng. Nếu tỷ lệ trộn phụ gia hóa là PGH% so với xi măng thì hàm lượng phụ gia hóa (PGH) trong 1m³ bê tông sẽ là:

Nếu phụ gia hóa ở dạng lỏng thì lượng nước trong phụ gia phải được tính vào trong thành phần nước trộn hay nói cách khác phải tính giảm bớt nước trộn do đã có 1 phần trong phụ gia hóa. Lượng phụ hóa dẻo thường được dùng theo hướng dẫn của nhà cung cấp và tỷ lệ phụ gia hóa được tính theo % so với xi măng.

+ Bước 7: Xác định thể tích vữa hồ.

Xác định thể tích hồ.

Trong đó: Pckd - Là khối lượng riêng của chất kết dính

+ Bước 8: Xác định hệ số dư vữa hợp lý Kd

– Tra bảng phụ thuộc vào V_h, mô đun độ lớn của cát Mdl và loại đá.

+ Bước 9: Xác định lượng cốt liệu lớn (Đ):

Xác định khối lượng cốt liệu lớn đá cần dùng cho 1m³ bê tông sẽ là:

Trong đó: Đ - Hàm lượng đá dăm trong 1m³ bê tông kg;

rd -Độ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn tính theo công thức:

od-Khối lượng thể tích xốp (khối lượng đổ đống) của cốt liệu lớn kg/m3;

Pd - Khối lượng thể tích hạt của cốt liệu lớn g/cm³. Kd- hệ số vữa dư hợp lý. Hệ số Kd được lấy theo bảng 3.1.

Bảng 3.1: Hệ số dư vữa hợp lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bêtông dẻo (ĐS = 2 ÷12cm);

cốt liệu lớn là đá dăm (nếu dùng sỏi, K_d tra bảng cộng thêm 0,06) K_d ứng với giá trị V_h = X/ , + N(lít/m³) Mô đun lớn nhất

của cát 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 3,0 1,33 1,38 1,43 1,48 1,52 1,56 1,59 1,62 1,64 1,66 2,75 1,30 1,35 1,40 1,45 1,49 1,53 1,56 1,59 1,61 1,63 2,5 1,26 1,31 1,36 1,41 1,45 1,49 1,52 1,55 1,57 1,59 2,25 1,24 1,29 1,34 1,39 1,43 1,47 1,50 1,53 1,55 1,57

(5)

Kd ứng với giá trị Vh = X/ , + N(lít/m³) Mô đun lớn nhất

của cát 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 2,0 1,22 1,27 1,32 1,37 1,41 1,45 1,48 1,51 1,53 1,55 1,75 1,14 1,19 1,24 1,29 1,33 1,37 1,40 1,43 1,45 1,47 1,5 1,07 1,12 1,17 1,22 1,26 1,30 1,33 1,36 1,38 1,40 + Bước 10: Xác định lượng cát cần thiết (C)

qua công thức:

Trong đó:

CKD, PGK, PGH, N, C, Đ - Là hàm lượng chất kết dính (gồm xi măng và phụ gia khoáng), phụ gia hóa, nước, cát, đá trong 1m³ hỗn hợp bê tông, kg ;

ρckd, ρpgh, ρn, ρc, ρđ -Là khối lượng riêng của chất kết dính, phụ gia hóa, nước, cát và khối lượng thể tích hạt của đá, g/cm³.

- Sau khi tính toán thiết kế cấp phối ta tiến hành thử nghiệm theo lượng tăng giảm 5% tro bay thay thế xi măng để điều chỉnh thành phần cấp phối đảm bảo đạt yêu cầu .

3.4. Gia công chế tạo và Thí nghiệm mẫu thử Mẫu bê tông được gia công và thí nghiệm theo các tiêu chuẩn TCVN, TCN

- TCVN3105:1993 Gia công chế tạo, và bảo dưỡng mẫu thử

- TCVN 3118:1993 Bê tông – Xác định cường độ nén.

- TCVN 3106:1993 Bê tông – PP Xác định độ sụt.

- TCVN 5726:1993 Bê tông- PP xác định cường độ lăng trụ và modunle đàn hồi.

- TCVN 3119:1993 Bê tông – PP xác định cường độ kéo, uốn.

4. ĐỀ XUẤT CẤP PHỐI SỬ DỤNG TRO BAY CHẾ TẠO BÊ TÔNG TRONG THI CÔNG HẦM CHUI NÚT GIAO THÔNG MỸ THỦY-THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

4.1. Yêu cầu đối với vật liệu và bê tông

- Theo yêu cầu của chủ đầu tư thì bê tông sử dụng để thi công hầm chui nút giao thông Mỹ Thủy- Thành phố Hồ Chí Minh là bê tông C30 Mpa.

- Vật liệu chế tạo bê tông đảm bảo đạt yêu cầu theo các TCVN và TCN

+ Xi măng TCVN 6260:2009 xi măng pooc lăng hổn hợp, TCVN6067:2018 xi măng pooc lăng bền sun phát, TCVN2682:2009 xi măng pooc lăng.

+ Cát, Đá đảm bảo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 vật liệu cho bê tông và vữa-phương pháp thử. TCVN7570:2006 vật liệu cho bê tông và vữa, yêu cầu kỹ thuật.

+ Phụ gia đạt yêu cầu theo TCVN 8826-2011 Phụ gia hóa học cho bê tông, tiêu chuẩn theo ASTM C494 và ASTM C1017.

+ Nước dùng cho bê tông đảm bảo TCVN 4506:2012 Nước cho bê tông và vữa.

– Yêu cầu kỹ thuật.

+ Tiêu chuẩn áp dụng cho thiết kế và thí nghiệm (TCVN4453:1995- kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối).

+ Bê tông được sử dụng phải có các đặc tính cơ lý và đạt các yêu cầu cường độ được Quy định trong mục sau và theo tiêu chuẩn TCVN 5726:1993 Bê tông nặng, phương pháp xác định cường độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh.

4.2. Các loại vật liệu sử dụng trong thiết kế cấp phối bê tông

Vật liệu và nguồn góc vật liệu dùng trong nghiên cứu chế tạo bê tông bao gồm:

- Xi măng ChinFon PCB 40. Các yêu cầu kỹ thuật của xi măng poóclăng được qui định trong tiêu chuẩn (TCVN 2682:2009) và các yêu cầu kỹ thuật của xi măng poóclăng hỗn hợp được qui định trong tiêu chuẩn (TCVN 6260:2009).

(6)

Xi măng sử dụng trong thiết kế cấp phối bê tông là xi măng ChinFon PCB 40. Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng ChinFon PCB40 thoả mãn TCVN 6260:2009.

- Cát: Cát dùng cho bê tông là Cát An giang đảm bảo yêu cầu của thiết kế và thỏa mãn theo TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật. TCVN 7572:2006

- Đá dăm: Đá dăm sử dụng trong nghiên cứu này là đá dăm Tân Cang Đồng Nai, đá có kích

thước Cỡ đá 5÷20mm. Đá có chỉ tiêu cơ lý thỏa mãn theo TCVN 7570 : 2006, TCVN7072 :2006

- Nước: Nước sử dụng trong thí nghiệm trộn bê tông là nước sinh hoạt có tại phòng thí nghiệm đã được kiểm tra có các chỉ tiêu đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông (TCVN 4506:2012).

- Tro bay: Tro bay dùng trong thiết kế cấp phối là tro bay nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 loại F theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 có các chỉ tiêu chất lượng như Bảng 4.1

Bảng 4.1: Tính chất cơ lý của tro bay loại F NMNĐ Duyên Hải 1

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn

vị Giá trị

TCVN 10302:2014

(%)

1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 (%) 82,9 ≥70

2 Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO₃ (%) 1,65 ≤3

3 Hàm lượng mất khi nung MKN (%) 7,3 ≤12

4 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan) (%) <0,01 ≤1,5

5 Độ ẩm không lớn hơn % 2,4 ≤3

6 Khối lượng trên sàng 45µm % 21,4 ≤ 25

7 Hàm lượng ion Cl^-, % khối lượng, không lớn hơn % 0,08 ≤0,1

8 Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn % 97,5 ≤105 - Phụ gia: Phụ gia được sử dụng trong cấp

phối là phụ gia siêu dẻo giảm nước Sky 8712.

4.3. Chế tạo mẫu thử và kết quả thí nghiệm Các mẫu thử có hình trụ kích thức (150×300)mm được chế tạo và tiến hành thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Công ty cổ phần Viện cơ học ứng dụng như trên hình 4.1. Thí nghiệm cường độ nén theo tiêu chuẩn TCVN 3118-1993. Thành phần cấp phối bê tông cho ở bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm mẫu thử được

tổng hợp ở bảng 4.3, bảng 4.4.

Hình 4.1: Mẫu thí nghiệm 150×300mm

Bảng 4.2: Thành phần cấp phối bê tông theo hàm lượng tro bay Thành phần cấp phối mẫu bê tông thường không sử dụng tro bay để đối chứng

Tỷ lệ CKD % Chất kết dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg)

Cỡ đá 5÷20mm

(kg)

Cát (kg) Nước (lít) Phụ gia hóa SKY

8712 (lít) Ghi chú

CP1-BTT 372 372 0 1188 681 181 3,54 Đối chứng

Chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử

(7)

Tên cấp phối Ngày đúc Ngày thí nghiệm Số lượng mẫu xác định cường độ nén

Tuổi mẫu (ngày) Ghi chú

29/10/2021 03 3 R3

01/11/2021 03 7 R7

CP1-BTT 26/10/2021

23/11/2029 03 28 R28

Chế tạo mẫu thí nghiệm module đàn hồi

CP1-BTT 26/10/2021 23/11/2021 03 28 R28

Thành phần cấp phối mẫu bê tông sử dụng 10% tro bay thay thế xi măng Tỷ lệ CKD % Chất kết

dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg)

Cỡ đá 5÷20mm

(kg)

Cát (kg) Nước (lít) Phụ gia hóa SKY 8712 (lít)

Ghi chú

CP2-10% 375 338 37 1184 669 181 3,58

29/10/2021 03 3 R3

01/11/2021 03 7 R7

CP2-10% 26/10/2021

23/11/2029 03 28 R28

CP2-10% 26/10/2021 23/11/2021 03 28 R28

dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg)

Cỡ đá 5÷20mm

(kg)

Ghi chú

CP3-15% 379 322 57 1183 666 181 3,61

29/10/2021 03 3 R3

01/11/2021 03 7 R7

CP3-15% 26/10/2021

23/11/2029 03 28 R28

CP3-15% 26/10/2021 23/11/2021 03 28 R28

dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg)

Cỡ đá 5÷20mm

(kg)

Cát (kg) Nước (lít) Phụ gia hóa

SKY 8712 (lít) Ghi chú

CP4-20% 382 306 76 1178 655 181 3,64

Tuổi mẫu (ngày)

Ghi chú

30/10/2021 03 3 R3

02/11/2021 03 7 R7

CP4-20% 27/10/2021

24/11/2029 03 28 R28

CP4-20% 27/10/2021 24/11/2021 03 28 R28

(8)

dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg)

Cỡ đá 5÷20mm (kg)

Ghi chú

CP5-25% 390 292 98 1177 650 181 3,71

Tuổi mẫu (ngày)

Ghi chú

30/10/2021 03 3 R3

02/11/2021 03 7 R7

CP5-25% 27/10/2021

24/11/2029 03 28 R28

CP5-25% 27/10/2021 24/11/2021 03 28 R28

dính (Kg)

Xi măng (kg)

Tro bay (kg) Cỡ đá 5÷20mm

(kg)

Ghi chú

CP6-30% 395 277 118 1172 637 181 3,76

30/10/2021 03 3 R3

02/11/2021 03 7 R7

CP6-30% 27/10/2021

24/11/2029 03 28 R28

CP6-30% 27/10/2021 24/11/2021 03 28 R28

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm cường độ lăng trụ và module đàn hồi

Cấp phối Hàm lượng TB

(%)

Cường độ lăng trụ ở tuổi R28 ngày (Mpa)

Module đàn hồi ở tuổi R28 ngày (10^3 Mpa)

CP1-BTT 0

38,66 33,173

CP2-10% 10 38,34 33,228

CP3-15% 15 37,45 33,025

CP4-20% 20 37,04 32,700

CP5-25% 20 34,15 31,289

CP6-30% 30 32,55 29,424

Bảng 4.4: Yêu cầu cường độ mục tiêu R28 >37,0 Mpa của bê tông sử dụng tro bay khác nhau Đơn giá vật liệu: XM=1,800đ/kg; Đ=350,000đ/m³; C=430,000đ/m³; TB=0,100đ/kg; PGH=20,000đ/lít

Khối lượng vật liệu cho 1m³ bê tông Tên cấp phối

XM kg Tro kg Đá 1x2

kg/m³ Cát kg/m³ PGH lít

Tổng trọng lượng (kg)

Yêu cầu cường độ mục tiêu R28 >37,0

Mpa

Đơn giá (đồng)

CP1-BTT 372 0 1188/0,831 681/0,477 3,54 2,244 38,66 1,237,000

CP2-10% 338 37 1184/0,828 669/0,469 3,58 2,229 38,34 1,180,000

CP3-15% 322 57 1183/0,828 666/0,467 3,61 2,228 37,45 1,147,000

(9)

Đơn giá vật liệu: XM=1,800đ/kg; Đ=350,000đ/m³; C=430,000đ/m³; TB=0,100đ/kg; PGH=20,000đ/lít Khối lượng vật liệu cho 1m³ bê tông

Tên cấp phối

XM kg Tro kg Đá 1x2

kg/m³ Cát kg/m³ PGH lít

Tổng trọng lượng (kg)

Yêu cầu cường độ mục tiêu R28 >37,0

Mpa

Đơn giá (đồng)

CP4-20% 306 76 1178/0,824 655/0,459 3,64 2,215 37,04 1,117,000

CP5-25% 292 98 1177/0,823 650/0,455 3,71 2,216 34,15 1,094,000

CP6-30% 277 118 1172/0,819 637/0,446 3,76 2,205 32,55 1,065,000

5. SO SÁNH, PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT CẤP PHỐI BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY PHÙ HỢP ĐỂ THI CÔNG HẦM CHUI NÚT GIAO THÔNG MỸ THỦY- THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

5.1. So sánh các thông số cường độ kháng nén, khối lượng và đơn giá 1m³bê tông:

nhóm nghiên cứu đã so sánh cường độ của mẫu thử so với yêu cầu mục tiêu của thiết kế cường độ kháng nén của bê tông R₂₈=37,0Mpa và căn cứ vào kết quả trên bảng 4.3và 4.4 thấy:

- Với cấp phối bê tông thường (CP1-BTT) không sử dụng tro bay cường độ mẫu phát triển đều ở các độ tuổi 3, 7 và 28 ngày tương đối đồng đều ( 30,19; 34,43; 38,66) đạt yêu cầu so với mục tiêu thiết kế tuy nhiên với bê tông thường lượng vật liệu cần cho 1m3 bê tông nhiều hơn, trọng lượng nặng hơn gây khó khăn cho thi công kết cấu chống. Chi phí tương đối cao 1,237,000đ/1m3

- Cấp phối (CP2-10%) sử dụng 10% tro bay thay thế xi măng, kết quả cho thấy về mặt cường độ bê tông ổn định không biến động nhiều so với bê tông thường đạt yêu cầu thiết kế tuy nhiên lượng vật liệu cần cho 1m3 bê tông chưa thay đổi nhiều so với cấp phối bê tông thường, trọng lượng nhẹ hơn bê tông thường (15kg), đơn giá đã có sự thay đổi 1,180,000đ/1m3 thấp hơn đơn giá bê tông thường 57,000đ.

- Cấp phối (CP3-15%) sử dụng 15% tro bay thay thế xi măng. Kết quả cho thấy về mặt cường độ đã có sụy suy giảm ở các độ tuổi 3 ngày, 7 ngày tuy nhiên ở độ tuổi 28 ngày cường độ bê tông phát triển ổn định đạt yêu cầu thiết

kế, trọng lượng đã giảm so với cấp phối bê tông thường và bê tông sử dụng 10% tro bay thay thế xi măng, đơn giá đã giảm so vơi cấp phối bê tông thường không sử dụng tro bay từ 1,237,000đ/m³ xuống 1,147,000đ/1m³ giảm 90,000đ/m³ và giảm 33,000 ngàn so với cấp phối sử dụng 10% tro bay.

- Cấp phối (CP4-20%) sử dụng 20% tro bay thay thế xi măng. Kết quả cho thấy về mặt cường độ tại các tổi mẫu 3, 7 ngày có suy giảm (26,23Mpa; 30,66Mpa) tuy nhiên cường độ bê tông phát triển tốt hơn ở độ tuổi 28 ngày (37,04Mpa), qua đó cho thấy ở độ tuổi 28 gày cường độ bê tông đạt yêu cầu mục tiêu thiết kế, trọng lượng nhẹ hơn, đơn giá đã giảm so với các cấp phối bê tông thường và bê tông có 10%, 15% tro bay.

- Cấp phối (CP5-25%) sử dụng 25% tro bay thay thế xi măng. Kết quả cho thấy khi tăng dần tro bay lên đến 25% thì cường độ bê tông ở các tuổi 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày đã có biến đổi giảm rõ hơn (34,15Mpa). Mặc dù trọng lượng nhẹ hơn, đơn giá thấp tuy nhiên về mặt cường độ mục tiêu thiết kế bê tông 28 ngày đạt R₂₈=37,00Mpa thì mẫu không đạt yêu cầu.

- Cấp phối (CP6-30%) sử dụng 30% tro bay thay thế xi măng. Kết quả cho thấy cường độ ở các độ tuổi 3 ngày, 7 ngày phát triển chậm và tăng cao hơn ở đổ tuổi 28 ngày (32,55Mpa).

Mặc dù trọng lượng nhẹ hơn, đơn giá thấp tuy nhiên về mặt cường độ mục tiêu thiết kế bê tông 28 ngày đạt R₂₈=37,00Mpa thì mẫu không đạt yêu cầu.

(10)

+ So sánh cường độ và mô dunle đàn hồi của các thành phần cấp phối:

Từ kết quả xác định modunle đàn hồi ở độ tuổi 28 ngày của các mẫu bê tông với các thành phần tro bay thay thế xi măng khác nhau 10%,15%, 20%, 25%, 30% và mẫu không sử dụng tro bay cho thấy. Khi sử dụng 10% tro bay thay thế xi măng thì modunle đàn hồi là cao nhất và giảm dần khi tăng tỉ lệ tro bay lên 15%,20%,25% và 30% tuy vậy tại cấp phối sử dụng 20% tro bay cho thấy cường độ và modunle đàn hồi của mẫu có độ ổn định cao hơn.

5.2. Đề xuất cấp phối tro bay thay thế xi măng chế tạo bê tông trong thi công hầm chui nút giao thông Mỹ Thủy - Thành phố Hồ Chí Minh

Từ các kết quả phận tích thu thập được ở trên cho thấy với bê tông sử dụng tro bay cường độ phát triển chậm ở độ tuổi thấp và tăng dần ở các độ tuổi cao, trọng lượng của bê tông sử dụng tro bay nhẹ hơn bê tông thường, độ linh động cao, đơn giá thấp giúp tiết kiệm được chi phí, tận dụng được nguồn vật liệu phế thải từ các nhà máy nhiệt điện giảm thiểu ô nhiểm môi trường.

Từ những so sánh và phân tích trên, nhóm nghiên cứu thấy cấp phối bê tông sử dụng 20

tro bay phù hợp hơn cả về cường độ kháng nén, mô đun đàn hồi, khối lượng và giá thành một đơn vị sản phẩm bê tông. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất sử dụng cấp phối bê tông sử dụng 20 tro bay thay thế xi măng đế sản xuất bê tông thi công Nút giao thông Mỹ Thủy - Thành phố Hồ Chí Minh.

6. KẾT LUẬN

Trong những năm tới, lượng tro xỉ từ các nhà

máy nhiệt điện ở Việt Nam không ngừng tăng nhanh do nhu cầu năng lượng gây tăng thể tích bãi thải, gây mất cảnh quan môi trường, tăng chi phí xử lý chất thải, tăng chi phí bảo vệ môi trường. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng trong sản xuất bê tông cốt thép hoặc không cốt thép trong các lĩnh vực giao thông vận tải, thủy điện, thủy lợi, khai thác mỏ,…. sẽ góp phần đưa chất thải của nhà máy nhiệt điện thành chất thải tái sử dụng; góp phần giảm chi phí bảo vệ môi trường. Hơn nữa, việc sử dụng bê tông có sử dụng tro bay thay xi măng với cấp phối hợp lý sẽ làm tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng; “khử vôi tự do CaO” trong xi măng, trong đó khoảng 6% là thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường ẩm nước;

từ đó làm tăng độ ổn định và độ bền công trình;

góp phần giảm giá thành công trình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đàm Hữu Đoán, Kiều Cao Thăng và nnk.

Tái chế và sử dụng tro xỉ của nhà máy nhiệt điện chạy than Việt Nam. Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng toàn quốc lần III, NXB KHCN, Hà Nội. 2010.

[2] Lâm, N. T. Đánh giá tính chất và khả năng sử dụng một số loại tro bay ở Việt Nam.

Báo cáo tổng kết đề tài mã số 67-2019/KHXD, Trường đại học Xây dựng Hà Nôi. 2019.

[3] Công ty TNHH tư vấn thiết kế B.R.

[4] http://nangluongvietnam.vn /news/ vn/

bao-ton-nang-luong/giai-phap-xu-ly-moi- truong-tro-xi-o-cac-nha-may-nhiet-dien- than.html

Người phản biện: TS. ĐẶNG VĂN KIÊN