Một số vấn đề về sử dụng tro bay để xây dựng các đập bê tông đầm lăn của Việt Nam

Share Button
I. Đặt vấn đề

Trên thế giới, việc sử dụng phụ gia khoáng là tro bay và Puzơlan cho sản xuất bê tông là rất phổ biến, trong đó, tro bay thường được sử dụng nhiều hơn do có nhiều ưu điểm: độ mịn cao và hạt hình cầu, hoạt tính cao, giảm được đáng kể lượng dùng xi măng so với Puzơlan mà vẫn đảm bảo các yêu cầu của bê tông.

Tro bay được định nghĩa trong phần thuật ngữ bê tông và xi măng (Uỷ ban ACI 116) nhưu sau: “Tro bay là phần phế thải thu được do việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện và được chuyển từ buồng đốt qua nồi hơi bởi ống khói”. Còn Puzơlan, theo tiêu chuẩn ASTM C618 phân ra ba loại Puzơlan: Loại N, loại F và loại C. Loại N là loại Puzơlan tự nhiên như tuff, tro núi lửa, đất sét nung và đá phiến sét nung… Loại F là tro bay có hoạt tính puzơlanic đồng thời có cả tính dính kết được sản xuất từ việc thiêu hết than lignite. Ở các nước trên thế giới, khi tro bay được thải ra môi trường yêu cầu lượng than chưa cháy không được quá 6% trọng lượng tro bay.
Kinh nghiệm của các nước sử dụng nhiều tro bay cho bê tông đầm lăn cho thấy, hỗn hợp bê tông đầm lăn (RCC) có hàm lượng chất kết dính thấp cần được bổ sung nhiều hơn thành phần phụ gia khoáng để tăng hàm lượng bột mịn và lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu.

Như vậy, vai trò của phụ gia khoáng trong RCC rất quan trọng, là thành phần không thể thiếu khi chế tạo RCC, được sử dụng để giải quyết 4 vấn đề sau:

1- Thay thế mọt phần xi măng để giảm lượng nhiệt thủy hoá và ứng suất nhiệt trong RCC sử dụng các kết cấu bê tông khối lớn
2- Cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, tăng độ đặc chắc của kết cấu be etông từ đó nâng cao cường độ nénm, khả năng chống thấm và các tính chất khác của RCC
3- Cải thiện tính dẻo và hạn chế sự phân tầng của hỗn hợp RCC, tăng khả năng chịu đầm chặt trong quá trình thi công
4- Thay thế một phần xi măng để giảm chi phí xây dựng công trình

II. Tác dụng của tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tông

Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đề cấp thiết luôn được đặt ra là làm thế nào giảm được nhiệt độ trong lòng bê tông. Đối với các cấp phối bê tông thông thường khi đổ thành khối lớn, nhiệt độ trong lòng bê tông đo được rất cao, có thể lớn hơn 400C gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Do lượng dùng xi măng rất thấp nên cần bổ sung mọt lượng chất độn mịn để đảm bảo tính công tác, tính chống thấm và cường độ RCC. Như vậy, việc sử dụng chất độn mịn cho RCC đạt được 3 mục đích:

1- Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lòng bê tông
2- Giảm giá thành bê tông một cách đáng kể
3- Đảm bảo tính dễ thi công và cường độ cho bêtông

Mặt khác, việc sử dụng chất độn mịn cho RCC còn có ý nghĩa khác, đó là tăng độ đặc chắc và chống thấm RCC. Khi giảm bớt lượng dùng xi măng thì độ rỗng của bê tông tăng cao. Điều này có ảnh hưởng tới tính chống thấm của bê tông. Việc thiết kế cấp phối bê tông cần đảm bảo sao cho chất kết dính hoặc vữa phải lấp kín các khe rỗng của cốt liệu. như vậy, vai trò của PGK trong RCC rất quan trọng, là thành phần không thể thiếu khi chế tạo RCC.

III. Hàm lượng tro bay sử dụng cho bê tông đầm lăn ở một số nước trên thế giới.

Theo kết quả nghiên cứu của Dr.Takeshi, F.Lômnd (Mỹ) có thể sử dụng hàm lượng phụ gia tro bay nhiệt điẹn 20-30% thay thế xi măng trong bê tông thường có tỷ lệ N/X = 0.54. Cường độ mẫu bê tông có phụ gia tro bay ở tuổi 3,7,28 và 56 ngày. Nhưng ở tuổi 90 ngày trở đi thì cường độ nén của mẫu bê tông cao hơn.
Theo Hiệp hội kỹ sư quân sự Hoa Kỳ, thì dùng tro bay loại F như là một loại Puzơlan hoặc chất độn mịn cho RCC. Tro bay loại F có tác dụng làm giảm nhiệt thuỷ hoá ở tuổi sớm, có thể dùng thay thế cho xi măng (thường dùng khoảng hơn 50% diện tích), giảm giá thành, làm chất độn mịn cải thiện tính công tác của RCC.
Kết quả nghiên cứu của Takeshi Yamoto và H.Sugita (Nhật Bản) sử dụng tro bay với tỷ lệ 20% thay thế xi măng với các mẫu bêtông thường có tỷ lệ N/X =0,45 -0,5 cho rằng cường độ bê tông thường có tro bay ở các ngày đầu rắn chắc đều thấp hơn; nhưng sau 3 tháng, cường độ rắn chắc của bê tông thường có tro bay cao hơn.

Ở Trung Quốc vào năm 1986 đã xây dựng đạp bê tông trọng lực đầu tiên bằng RCC, qua nhiều năm nghiên cứu và áp dụng RCC, tới năm 1991 họ đưa ra kết luận: Tro bay là một laọi phụ gia hoạt tính. Theo kinh nghiệm của Trung Quốc, tỷ lệ trọng lượng vật liệu trộn chiếm trong vật liệu kết dính trong RCC ở phần bên ngoài không nên vượt quá 55% của tổng vật liệu kết dính, ở phần bên trong không nên quá 65% tổng vật liệu kết dính. Cấp phối RCC nên do thí nghiệm quyết định, song lượng dùng vật liệu kết dính trong RCC không được thấp hơn 130kg/m3, riêng xi măng thấp nhất 45kg/m3. .Quy phạm của Trung Quốc quy định phụ gia khoáng hoạt tính trong nội bộ RCC không được vượt quá 65% tổng vật liệu kết dính.

Ở Ấn Độ, năm 2004, đã hoàn thành việc xây dựng đập đầu tiên sử dụng công nghệ RCC với hàm lượng tro bay cao, được bắt đầu ở gần Nasik, Ghatghar, Maharashtra. (Khoảng 60-70% xi măng đã được thay thế bởi tro bay theo khối lượng).

Ở Nhật Bản, tro bay đã được sử dụng phần lớn cho đạp bê tông từ những năm 1950. Tro bay đã trở thành một loại phụ gia khoáng thông dụng và tỷ lệ thay thế cho xi măng bởi tro bay nằm trong khoảng 20-40% theo khối lượng. Tại công trình đập Tomisato, cao 111m, hoàn thành năm 2000, 4% xi măng trong RCD đã được thay thế bởi tro bay vào mùa hè và 30% vào các mùa khác, đối với bê tông truyền thống (phần bê tông phía ngoài) 35% xi măng được thay thế bởi tro bay vào mùa hè.

Qua thống kê và nghiên cứu gần 200 đập RCC trên thế giới có chiều cao lớn hơn 50m. Qua sự tham khảo kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay trong RCC nên trong phạm vi từ 30-60%.

IV. Một số vấn đề về sử dụng tro bay ở Việt Nam

Qua thống kê ở bảng 1 cho thấy, hiện nay ở Việt Nam mới chỉ có 3 công trình trên tổng số 18 công trình được sử dụng tro bay. Công trình thuỷ điện Sơn La giai đoạn đầu còn phải nhập tro bay từ nước ngoài về. Trong khi đó tro bay ở trong nước rất nhiều, nhưng chưa được đưa vào sử dụng.

Ở Việt Nam, chỉ tính riêng các nhà máy nhiệt điện của miền Bắc mỗi năm đã thải ra khoảng 700.000 tấn tro xỉ, trong đó nhà máy nhiệt điện Phả Lại thải ra khối lượng lớn nhất khoảng 500-550 ngàn tấn/năm. Thực tế, chúng ta chưa tận dụng hết nguồn phế thải công nghiệp này, đồng thời, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Theo phân loại trong tiêu chuẩn ASTM C616-99, tro bay của nước ta thuộc loại F, hàm lượng mất khi nung quá lớn. Hàm lượng mất khi nung của tro bay nếu không qua tuyển từ dây chuyền 1 của nhà máy nhiệt điện Phả Lại từ 25-30%, của dây chuyền 2 từ 12-17%, trong khi đó ở các nước trên thế giới thông thường giới hạn cho phép là 6%.

Theo kết quả thí nghiệm cấp phối bê tông ở Công ty thuỷ điện Sơn La cho thấy, các thông số về hàm lượng mất khi nung của các loại phụ gia khoáng của Việt Nam khi đưa vào thí nghiệm như sau: PL1 (tro sàng tuyển từ hỗn hợp tro xỉ Phả Lại) lượng mất khi nung là 7,3%. PL2R (tro bay lấy trực tiếp từ xilô của tổ máy 5 và 6NM nhiệt điện Phả Lại); lượng mất khi nung là 18,14%. Bột đá Bazan xay lượng mất khi nung là 3,95%. Như vậy, RCC cùng một tỷ lệ trộn trong một loại hỗn hợp bê tông thì loại tro bay PL2R (có chỉ tiêu mất khi nung cao 18,14%) có những ưu điểm sau: Có cường độ kháng nén cao cao hơn loại PL1 đã qua sàng tuyển và bột đá Bazan xay (bảng 2). Luợng dùng xi măng ít hơn nhiều so với bộ đá bazan xay.
Mặt khác, qua thí nghiệm còn cho thấy, chỉ tiêu hoạt tính độ bền ở tuổi 28 ngày của loại PL1 là 78% và của loại PL2R là 98%. Vì vậy, chúng ta cần có những hướng nghiên cứu về độ bền lâu dài của RCC khi sử dụng PL2R. Tức là chúng ta phải đi tìm câu trả lời (tro bay Phả Lại có hàm lượng mất khi nung lò cao có sử dụng được để chế tạo RCC hay không?) nếu được chúng ta sẽ giảm được chi phí công nghệ sàng tuyển, giảm chi phí công nghệ xay puzơlan, giảm được lượng dùng xi măng cho sản xuất RCC. Điều đó sẽ mang lại một lợi ích to lớn cho nền kinh tế quốc dân.

V. Kết luận

Tro bay là một loại phụ gia khoáng rất quan trọng cho chế tạo bê tông đầm lăn, được sử dụng để giảm lượng dùng xi măng, giảm nhiệt thuỷ hoá, cải thiện cấp phối hạt cốt liệu, nâng cao các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông đầm lăn.
Qau kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay trong RCC nên trong phạm vi từ 30-60%.

Cấn có những nghiên cứu về công nghệ tuyển được tro bay Việt Nam với năng suất cao và chi phí thấp để kịp thời sử dụng cho các công trình xây dựng bằng công nghệ RCC.

(Nguồn tin: T/C Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, kỳ 2, tháng 4/2006)
Share Button