LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng làm phụ
gia bê tông, áp dụng cho bê tông công trình cảng Lạch Huyện - Hải
phòng” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.
Phạm Toàn Đức - Trưởng khoa Xây dựng - Đại học Hải phòng. Luận văn
hoàn thành với hy vọng đóng góp một phần nhỏ trong việc ứng dụng phương
trình toán học để thiết kế thành phần bê tông, thúc đẩy việc tái sử dụng phế
phẩm của ngành công nghiệp nhiệt điện trong các lĩnh vực xây dựng, góp
phần giải quyết các vấn đề môi trường, an sinh xã hội. Tác giả xin bày tỏ lòng
cảm ơn sâu sắc tới Thầy Phạm Toàn Đức về sự giúp đỡ to lớn này.
Cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại trường Đại học Thủy lợi đã hết
sức tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn
bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng
góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện
hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của
mình./.
Hà Nội, ngày 15 tháng 2 năm 2016
TÁC GIẢ

Ngô Thị Hồng


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Ngô Thị Hồng, Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu
của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Những nội dung tham khảo đều được chú thích rõ nguồn gốc.

Tỷ lệ nước/chất kết dính

TB/CKD

:

Tro bay/chất kết dính

N/XM

:

Nước/ximăng

N/CKD

:

Nước/chất kết dính

TB, TT

:

Tro bay, Tro tuyển

SD

:


Phụ gia hóa học

BTĐL

:

Bê tông đầm lăn

TCVN

:

Tiêu chuẩn Việt Nam


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..........................................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...............................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG
TRO BAY TRONG BÊ TÔNG ...................................................................... 6
1.1. Khái niệm và tính chất của tro bay. ......................................................... 6
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế giới và
Việt Nam. ...................................................................................................... 12
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế
giới ................................................................................................. 12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông tại Việt
Nam ........................................................................................................................ 18
1.3. Kết quả nghiên cứu đã đạt được. ........................................................... 22

điện Hải Phòng ............................................................................................. 63
3.4.1 Giới thiệu về Công trình Cảng Lạch Huyện ........................... 63
3.4.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế do việc sử dụng tro tuyển của nhà
máy nhiệt điện Hải Phòng ............................................................... 65
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ........................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 75


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay. ....... 16
Bảng 1.2. Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới .. 23
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của xi măng .................................................... 31
Bảng 2.2 Thành phần khoáng của Xi măng .................................................... 32
Bảng 2.3: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của xi măng ..................... 32
Bảng 2.4 Tính chất cơ lý của xi măng ............................................................ 32
Bảng 2.5: Các tiêu chuẩn xác định tính chất cơ lý của cát ............................. 33
Bảng 2.6 Thành phần cỡ hạt của cát. .............................................................. 34
Bảng 2.7 Tính chất cơ bản của cát sông Lô .................................................... 34
Bảng 2.8 Tính chất cơ bản của Đá Kiện Khê.................................................. 36
Bảng 2.9 . Thành phần hóa học của Tro tuyển nhiệt điện Hải phòng. ........... 36
Bảng 2.10 Đặc tính kỹ thuật của phụ gia hóa học Sikament R4..................... 37
Bảng 2.11 Ma trận y của thực nghiệm bậc 2 .................................................. 43
Bảng 2.12. Ma trận y của phương án trực giao có tâm bậc 2. ........................ 45
Bảng 3.1. Mức yếu tố và khoảng biến thiên ................................................... 49
Bảng 3.2. Tương quan ma trận X và Z ........................................................... 50
Bảng 3.3 Thành phần bê tông và kết quả nghiên cứu ..................................... 51
Bảng 3.4 Ma trận trực giao bậc 2 n=4, n0=1 và kết quả thí nghiệm ............... 52
Bảng 3.5 Hệ số bm ........................................................................................... 53
Bảng 3.6 Cường độ chịu nén tính toán và thực tế của bê tông ....................... 55



1

MỞ ĐẦU
1. Mục đích của đề tài:
Trước nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của Việt Nam, bên cạnh
việc nâng cao hiệu quả khai thác của các nhà máy thủy điện, nhiệt điện đốt
than đang hoạt động thì trong giai đoạn sắp tới sẽ có thêm nhiều nhà máy
nhiệt điện đốt than khác đi vào hoạt động.
Theo số liệu thống kê, mỗi năm các nhà máy nhiệt điện chạy than ở
phía Bắc thải ra hàng trăm triệu tấn tro xỉ than. Phần lớn lượng tro xỉ than này
được thải ra các hồ chứa nằm sát khu công nghiệp và khu dân cư, tiềm ẩn
nguy cơ gây ô nhiễm môi trường đất và nước bởi chúng có chứa một lượng
kim loại nặng. Điều này sẽ ảnh hưởng tới môi trường sống của con người và
sinh thái trong khu vực.
Bên cạnh đó, tro xỉ than của nhà máy nhiệt điện có thể sử dụng trong
các lĩnh vực khác như sản xuất gạch không nung, gạch nhẹ, bê tông….
Hiện nay, nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng đang hoạt động với công suất
1200 MW. Lượng phế thải thải ra hàng năm là rất lớn tuy nhiên vẫn chưa có
nhà máy xử lý để đưa vào tái sử dụng. Chúng được thải ra hồ chứa trên diện
tích 65 ha cách nhà máy nhiệt điện 3 km.
Việc tận dụng tro tuyển làm phụ gia cho bê tông vừa giảm thải ô nhiễm
môi trường, tiết kiệm diện tích chôn lấp, nâng cao tính chất của bê tông, đặc
biệt bê tông công trình thủy. Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi áp dụng trong bê
tông công trình cảng Lạch Huyện, một cảng quốc tế nước sâu có quy mô lớn
đang được xây dựng tại Hải Phòng là rất lớn.
Một số hình ảnh nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng:




4

2.1.2 Cát
Thí nghiệm thành phần cỡ hạt, các tính chất cơ bản khác của cát như:
khối lượng thể tích, độ rỗng.
2.1.3 Đá
Thí nghiệm xác định các tính chất cơ bản của đá như: khối lượng thể
tích, độ rỗng, kích thước hạt nhỏ nhất, lớn nhất.
2.1.4 Nước
2.1.5 Phụ gia
- Thí nghiệm phân tích thành phần hóa học của tro tuyển nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng
- Phân tích đặc tính kỹ thuật của phụ gia hóa học (siêu dẻo).
2.2 Phương pháp nghiên cứu
- Các phương pháp lý thuyết xác định thành phần tối ưu sử dụng tro
tuyển dùng trong bê tông. Lựa chọn phương pháp quy hoạch toán học thực
nghiệm để xác định thành phần tối ưu tro tuyển nhà máy nhiệt điện Hải Phòng
sử dụng trong bê tông thi công công trình cảng Lạch Huyện - Hải Phòng.
Kết luận chương 2
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO
TUYỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG, ÁP DỤNG CHO BÊ
TÔNG CÔNG TRÌNH CẢNG LẠCH HUYỆN - HẢI PHÒNG
3.1. Thiết kế thành phần bê tông sử dụng tro tuyển dựa trên nền tảng
phương pháp quy hoạch toán học thực nghiệm.
3.2. Lựa chọn thành phần tối ưu của bê tông sử dụng tro tuyển của nhà
máy Nhiệt điện Hải Phòng.


5

măng bị rỗng xốp làm giảm sự bám dính giữa chúng. Cơ chế này có thể giải
thích như sau: trên bề mặt hạt xi măng có độ đậm đặc của các ion cao hơn


7

trên bề mặt cốt liệu, các ion sẽ chuyển dịch từ bề mặt hạt xi măng lên bề mặt
hạt cốt liệu theo cơ chế khuếch tán bởi građien nồng độ. Vì vậy, khi sử dụng
tro bay có thành phần SiO2 hoạt tính chúng sẽ nhanh chóng tác dụng với sản
phẩm thuỷ hóa có trên bề mặt hạt cốt liệu tạo ra các sản phẩm CSH làm tăng
cường độ, tăng độ đặc chắc vùng giao diện chuyển tiếp, làm tăng độ bám dính
giữa đá xi măng và hạt cốt liệu. Chính vì vậy, đối với bê tông chỉ sử dụng xi
măng poóc lăng, thì khả năng chống thấm của bê tông thường thấp hơn so với
bê tông có sử dụng thêm phụ gia khoáng hoạt tính. Điều này có thể giải thích
là do bề mặt tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu là vùng tiếp xúc yếu dễ bị
thấm nước. Khi pha phụ gia khoáng hoạt tính, thì sự liên kết của lớp tiếp xúc
này tăng lên, tăng độ đặc chắc giữa phần đá xi măng và cốt liệu, dẫn đến tăng
tính chống thấm cho bê tông. Ngoài việc tăng cường khả năng chống thấm, do
vùng giao diện chuyển tiếp được làm đặc chắc, cường độ của bê tông cũng
được cải thiện rõ rệt khi bê tông có sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính. Điều
này thể hiện rõ đối với cường độ bê tông ở các tuổi dài lâu.
+ Hiệu ứng ổ bi (Ball Bearing Effect): khi thay thế xi măng bằng tro
bay, do các hạt tro bay có dạng hình cầu nên chúng có tác dụng bôi trơn, làm
tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông hay để đạt được cùng tính công tác thì
hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay sẽ cần lượng nước nhào trộn ít hơn hỗn hợp
bê tông không sử dụng tro bay.
+ Hiệu ứng phân tán (Dispersion Effect): trong hỗn hợp bê tông sử
dụng tro bay, các hạt tro bay sẽ xâm nhập vào trong giữa các hạt xi măng và
tách các hạt xi măng ra làm cho bề mặt các hạt xi măng này tiếp xúc nhiều
hơn với nước tăng nhanh quá trình thủy hóa của các hạt xi măng.


Hình 1.2a. Cấu trúc tro tuyển

Hình 1.2b Cấu trúc bê tông không sử dụng tro tuyển


10

Hình 1.2c Cấu trúc bê tông có sử dụng tro tuyển

Hình 1.2a : cho thấy tro tuyển có cấu trúc hình cầu.
Hình 1.2b: cho thấy cấu trúc của bê tông không có tro tuyển có cấu trúc
rỗng rõ ràng, không đặc chắc.
Hình 1.2c: cho thấy cấu trúc của bê tông có tro tuyển đặc chắc hơn nên
có khả năng chống thấm tốt hơn.
Tro tuyển (TT) đã được nghiên cứu sử dụng từ cuối những năm 80 của
thế kỷ trước. Ứng dụng TT cho bê tông trở nên phổ biến khi bắt đầu sử dụng
bê tông trong xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện. Trong thời gian tới, hàng
loạt các nhà máy nhiệt điện đốt than đi vào hoạt động sẽ cho ra một lượng tro
xỉ lớn, nếu không sử dụng sẽ gây ô nhiễm môi trường. Đặc điểm của hầu hết
các sản phẩm tro xỉ này đều có tính chất tương tự như tro xỉ nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng. Do vậy việc nghiên cứu sử dụng TT sẽ là cơ sở giúp cho việc
sử dụng các sản phẩm tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện khác.


11

Hình 1.3 giới thiệu về xưởng tách Tro tuyển của công ty cổ phần Sông
Đà Cao Cường được sử dụng để tách Tro xỉ than của nhà máy nhiệt điện Phả
Lại, Tro tuyển đã được sử dụng ở các công trình thủy điện như Sơn La, Sông

vật liệu đầu vào cho ngành xây dựng.
1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế giới
và Việt Nam.
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng Tro bay trong bê tông trên thế
giới
Việc nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được thực hiện từ
đầu những năm 80 của thế kỷ 20. Trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát


13

triển, đã đạt được những kết quả quan trọng như: chế tạo được bê tông có hàm
lượng tro bay cao (High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC), bê tông chất
lượng cao có hàm lượng tro bay cao (High Performance, High Volume Fly
Ash Concrete – HPVFAC).
Trong các nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay có một số nghiên
cứu đáng chú ý sau:
Tro bay có ảnh hưởng đến một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê
tông đã đóng rắn như: cường độ nén và sự phát triển cường độ, môđun đàn
hồi, từ biến, khả năng dính kết của bê tông với cốt thép, khả năng kháng va
đập, khả năng chịu mài mòn, chống thấm và bảo vệ chống ăn mòn, giảm khả
năng nở do phản ứng kiềm- silic, bền sunphát, co khô,v.v…Tro bay có thể
ứng dụng trong hầu hết các loại bê tông như: bê tông thương phẩm, bê tông
làm đường, bê tông khối lớn, bê tông bơm, bê tông ứng lực trước căng trước
và ứng lực trước căng sau, vữa xây, vữa rót,v.v...[20].
N. Bouzoubau và B. Fourier, [23], đã sử dụng tro bay loại F để nghiên
cứu sự phát triển cường độ của bê tông với tỷ lệ thay thế xi măng từ 30-50%
theo khối lượng, hàm lượng chất kết dính từ 300-400 kg/m3, cường độ nén
được xác định ở các tuổi 1, 7, 28, 56 ngày, đã kết luận:
- Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng

L.H. Jiang, V.M. Malhotra, [22], đã nghiên cứu sự thay đổi lượng nước
yêu cầu của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao, trong nghiên cứu tác
giả đã sử dụng 8 loại tro bay. Tỷ lệ TB/CKD = 55% được giữ cố định. Mẫu
đối chứng có tỷ lệ N/XM = 0,43; lượng xi măng bằng 396 kg/m3. Độ sụt của
hỗn hợp bê tông được duy trì bằng 60±10 mm, cường độ nén được xác định ở
các tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày. Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:


15

- Khi sử dụng tro bay trong bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm
8,8-19,4 % lượng dùng nước.
Somnuk Tangtermsirikul, [29], đã nghiên cứu sử dụng tro bay Thái Lan
trong chế tạo bê tông, năm 2004 lượng tro bay sử dụng ở Thái Lan là 2,7 triệu
tấn. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến một số tính chất của chất
kết dính, vữa, bê tông như giảm nhiệt thủy hóa của chất kết dính, giảm độ
tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông, giảm độ co khô, giảm vết nứt do nhiệt,
giảm khả năng thẩm thấu của Ion Cl, giảm phản ứng kiềm silic, bền trong môi
trường sunphát, tăng khả năng chống mài mòn. Trong các nghiên cứu trên thì
nghiên cứu về độ co khô của bê tông khi sử dụng tro bay cho kết quả như trên
hình 1.4.

Hình 1.4. Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng
so với chất kết dính 25%.

Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông khi sử dụng tro bay loại F có tác
dụng giảm sự co ngót khô so với bê tông đối chứng không sử dụng tro bay.


16


42

61

57

37

43

56

65

35

42

53

68

31

40

49

71

- Các tính chất của loại bê tông này đều vượt các yêu cầu của hỗn hợp

bê tông thông thường, dễ bơm, dễ thi công, giảm tổn thất độ sụt, giảm nhiệt
thủy hóa, giảm sự rủi ro do các vết nứt nhiệt gây ra.
- Có thể đạt được cường độ lớn hơn 50 MPa ở tuổi 56 và 91 ngày.