Luận văn ThS: Bê tông thủy công chống mài mòn từ tro xỉ nhiệt điện, bảo vệ môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ MAI PHƯƠNG ------------------------- * NGUYỄN THỊ MAI PHƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN CHẾ TẠO BÊ TÔNG THỦY CÔNG CHỐNG MÀI MÒN VÀ * GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Địa chất môi trường LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC * Năm-2023 Hà Nội – năm 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------- NGUYỄN THỊ MAI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN CHẾ TẠO BÊ TÔNG THỦY CÔNG CHỐNG MÀI MÒN VÀ GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Địa chất môi trường Mã số: 8440201.03 Giáo viên hướng dẫn: TS. Dương Thị Toan TS. Nguyễn Quang Bình Hà Nội – năm 2023 LỜI CẢM ƠN Với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc, học viên xin chân thành cảm ơn TS. Dương Thị Toan - Bộ môn Địa kỹ thuật và Phát triển hạ tầng, trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội và TS.

Nguyễn Quang Bình – Viện Thủy công, Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và định hướng khoa học, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn. Học viên xin cảm ơn sự hỗ trợ của đề tài mã số ĐTĐL.CN-37/23 thực hiện các nội dung của luận văn. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô thuộc Bộ môn Địa kỹ thuật, Bộ môn Địa chất môi trường cũng như Lãnh đạo Trường, Lãnh đạo Khoa, Khoa sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu và làm Luận văn. Học viên xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các kỹ sư Phòng Nghiên cứu vật liệu - Viện Thủy công đã tận tình giúp đỡ, phối hợp và tạo điều kiện trong quá trình nghiên cứu.

Cuối cùng, học viên xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, là chỗ dựa vững chắc để tác giả hoàn thành việc nghiên cứu của mình. Với khả năng có hạn luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, học viên rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân tình của các Thầy Cô và các bạn để luận văn hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2023 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Mai Phương 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC CÁC BẢNG .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài.

Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Nội dung nghiên cứu của đề tài. 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG .1 Giới thiệu chung về bê tông.

Tình hình sử dụng tro bay trong xây dựng của các nước trên thế giới. Tình hình sử dụng tro bay trong bê tông ở Việt Nam .1 Bê tông chịu mài mòn .2 Bê tông cacbon thấp .20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Cơ sở số liệu .2 Cơ sở khoa học của việc sử dụng tro bay thay thế xi măng .3 Phương pháp nghiên cứu .1 Phương pháp tổng hợp, xử lý và tính toán số liệu .2 Phương pháp trong phòng thí nghiệm bê tông .3 Phương pháp tính toán phát thải cacbon .3 Lựa chọn vật liệu sử dụng và xây dựng kế hoạch nghiên cứu .1 Lựa chọn vật liệu .2 Xây dựng kế hoạch nghiên cứu .38 CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông. Cốt liệu nhỏ .4 Cốt liệu lớn.

Phụ gia hóa học .2 Kết quả nghiên cứu bê tông .1 Tính toán thành phần .2 Kết quả thí nghiệm cơ lý bê tông .3 Lượng phát thải cacbon của bê tông .3 Thảo luận và đề xuất. 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 61 Tài liệu tham khảo .63 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Nội dung 1 ACI Viện Bê tông Mỹ 2 ASTM Tiêu chuẩn Mỹ 3 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 4 BT Bê tông 5 N/CKD Tỷ lệ nước/Chất kết dính 6 T/CKD Tỷ lệ Tro bay/Chất kết dính 7 C/(C+Đ) Tỷ lệ Cát/(Cát + Đá) 8 CKD Chất kết dính 9 C-S-H Hydrosilicat canxi 10 F Tro bay 11 P Phụ gia hóa học 12 HHBT Hỗn hợp bê tông 13 KLTT Khối lượng thể tích 14 MKN Mất khi nung 15 N Nước 16 X Xi măng 17 PC Xi măng pooc lăng 18 PGK Phụ gia khoáng 19 PGSD Phụ gia siêu dẻo 20 Rn Cường độ chịu nén 21 Rbt Cường độ chịu nén bê tông 22 RCKD Cường độ chịu nén chất kết dính 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh tính chất kỹ thuật và hiệu quả kinh tế - môi trường giữa bê tông có hàm lượng tro xỉ với bê tông truyền thống [1] .2 Tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện trong giai đoạn 2015-2030 .1 Tổng hợp khối lượng mẫu thí nghiệm .2 Tiêu chuẩn thí nghiệm.3 Tỷ lệ phụ gia hóa của bê tông khi sử dụng tỷ lệ N/CKD ở các tỷ lệ T/CKD khác nhau .4 Các thành phần cơ bản của cấp phối .1 Một số tính chất của xi măng .2 Thành phần hoá học của tro bay .3 Đánh giá chất lượng tro bay theo TCVN 10302:2014 .4 Một số tính chất cơ lý của cốt liệu nhỏ .5 Thành phần hạt của cát vàng .6 Một số tính chất cơ lý của đá dăm .7 Thành phần hạt của đá dăm Dmax 20 mm .8 Một số tính chất của phụ gia hoá học .9 Thành phần vật liệu cho 1m3 BT và một số tính chất của hỗn hợp bê tông .10 Kết quả thí nghiệm tính công tác và khối lượng TT hỗn hợp bê tông .11 Kết quả thí nghiệm một số tính chất của BT .12 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mài mòn các thành phần bê tông .13 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn trong nước theo thời gian .14 Hệ số phát thải cacbon trong các nguồn tham chiếu .15 Mức phát thải CO2 của 1 đơn vị vật liệu cho nghiên cứu .16 Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tông.17 Phát thải cacbon từ vật liệu .58 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lượng phát thải cacbon của sản xuất xi măng và một số nguyên liệu xây dựng (trái); và nhóm 4 quốc gia có lượng phát thải cacbon từ xi măng đứng sau Trung Quốc (phải) [23].2 Lượng tro xỉ phát thải và tỷ lệ sử dụng ở Trung Quốc [35].3 Các ứng dụng của tro bay xỉ ở Trung Quốc [36] .4 Lượng tro xỉ phát thải và tỷ lệ sử dụng ở Ấn Độ [35].5 Các ứng dụng của tro bay xỉ ở Ấn Độ [38] .6 Lượng tro xỉ phát thải và tỷ lệ sử dụng ở Mỹ [35].7 Lượng phát thải cacbon của ngành xây dựng ở một số nước trên thế giới [25] .1 Đường quan hệ giữa RCKD và T/CKD với xi măng PC40 .2 Thiết bị thử nghiệm xác định cường độ chịu nén .3 Thiết bị thử nghiệm xác định độ chống thấm .4 Thiết bị thử nghiệm xác định độ mài mòn .5 Khung LCA áp dụng cho bê tông .6 Quy trình và cơ chế nguồn phát thải cacbon trong sản xuất xi măng .7 Xi măng Bút Sơn PC40 .8 Phụ gia khoáng Tro bay .1 Biều đồ tương quan giữa %PGSD và tỉ lệ N/CKD .2 Hỗn hợp bê tông và thí nghiệm độ sụt .3 Đúc mẫu thí nghiệm nén và độ mài mòn.4 Thí nghiệm nén mẫu và độ chống thấm bê tông .5 Cường độ bê tông của các tổ mẫu ở các ngày tuổi khác nhau .6 Đồ thị mối quan hệ giữa cường độ nén của BT với tỷ lệ % tro thay thế xi măng ở các tuổi.7 Đồ thị mối quan hệ giữa tỷ lệ T/CKD và N/CKD cho mác bê tông M35 .8 Thí nghiệm độ mài mòn trong nước của bê tông .9 Hình ảnh mẫu sau khi thí nghiệm mài mòn trong nước .10 Độ mài mòn trong nước của bê tông theo thời gian .11 Biểu đồ độ mài mòn của bê tông của các tổ mẫu trong 72h .12 Biểu đồ độ sâu mài mòn của bê tông của các tổ mẫu trong 72h .13 Ảnh hưởng sự thay thế tro bay đến cường độ nén và phát thải cacbon. Tính cấp thiết và lý do lựa chọn đề tài Bê tông đã và đang là loại vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới cũng như tại Việt Nam.

Uớc tính hàng năm có khoảng 35 tỷ tấn bê tông được sản xuất trên toàn cầu, sản lượng bê tông tiếp tục có xu hướng tăng lên trong những năm sắp tới. Bê tông thường có khối lượng thành phần bao gồm 12% xi măng, 80% cốt liệu cát đá và 8% nước. Điều này có nghĩa, khoảng 4,2 tỷ tấn xi măng, 28 tỷ tấn cát đá và 2,8 tỷ tấn nước được sử dụng hàng năm để chế tạo bê tông. Hiện nay số công nghệ và giải pháp phát triển để cải thiện tính chất kỹ thuật của bê tông và giảm tác động của sản xuất bê tông đến việc phát thải cacbon.

Các công nghệ tập trung vào 3 nhóm cơ bản sau: (i) Thứ nhất là cải tiến chất lượng bê tông về các tính chất cơ học và vật lý đảm bảo đạt độ bền cao, sử dụng bê tông cốt liệu nhẹ. Việc sử dụng bê tông độ bền cao có thể thay đổi cấu trúc công trình giảm được tổng lượng bê tông sử dụng, tăng tuổi thọ công trình; (ii) Hướng thứ 2 là nghiên cứu thay thế các nguồn nguyên liệu sản xuất bê tông sử dụng các nguồn phụ phẩm của các ngành công nghiệp (tro, xỉ than của sản xuất công nghiệp) và phế phụ phẩm của ngành xây dựng để thay thế giảm lượng xi măng và đá sỏi thai khác tự nhiên; (iii) Hướng thứ 3 sử dụng các nguồn năng lượng thay thế trong quá trình sản xuất, chế tạo các loại bê tông có các phụ gia tăng khả năng cách nhiệt, theo các đặc tính bức xạ nhiệt kết hợp với các loại kiến trúc để các công trình có các công năng lưu trữ hoặc bức xạ nhiệt theo vùng hoặc mùa. Tại Việt Nam, theo số liệu của Bộ công thương, hiện cả nước có 29 nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động, phát thải khoảng 13 triệu tấn tro, xỉ/ năm (trong đó tro bay chiếm từ 80-85%), lượng phát thải tập trung chủ yếu tại miền Bắc – 65%, miền Trung – 23%, miền Nam – 12%.