1. Tổng quan nghiên cứu sử dụng tro tuyển trong bê tông

Tro xỉ than nhà máy nhiệt điện qua dây chuyền xử lý có thể được tách thành:

• Than cám: được tái sử dụng;
• Tro xỉ: dùng làm cốt liệu cho bê tông nhẹ, gạch không nung;
• Tro tuyển: được sử dụng trong bê tông với vai trò phụ gia khoáng.

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng kết hợp với phụ gia hóa học nói chung và nghiên cứu sử dụng tro tuyển nhà máy nhiệt điện nói riêng cũng được các nhà khoa học quan tâm và đã đạt được những thành công đáng kể như sau:

• Tro nhiệt điện có thể xử lý than chưa cháy còn 5 – 6 % bằng phương pháp tuyển nổi;
• Tro tuyển có thể thay thế 10 – 15% xi măng, giữ nguyên độ sụt hỗn hợp bê tông và cường độ bê tông ở tuổi 28 – 60 ngày;
• Tro tuyển có thể dùng tới 35 – 50 % tổng lượng 70 – 110 kg/m3 chất kết dính xi măng – tro để chế tạo bê tông đầm lăn cho các đập thủy điện có yêu cầu lượng nhiệt thủy hóa thấp, cường độ 15 – 25 MPa ở tuổi 180 – 360 ngày, hệ số thấm thỏa mãn yêu cầu.

2. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Tro tuyển sử dụng trong thí nghiệm được tách thủ công bằng cách đốt tiếp hỗn hợp tro để làm giảm tối đa hàm lượng mất khi nung (than chưa cháy). Mẫu tro thu được có khối lượng thể tích 0,758 g/cm³, khối lượng riêng 2,02 g/cm³, thành phần hóa học được cho ở bảng 1.

Ngoài ra vật liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm có xi măng Chifon Hải Phòng, cát sông Lô, đá Kiện Khê, và phụ gia siêu dẻo. Nghiên cứu trên 3 loại cấp phối M200, M250, M300 và cấp phối đối chứng. Thành phần cấp phối bê tông sử dụng được cho trong bảng 2. Hỗn hợp bê tông của tất cả các cấp phối có độ sụt 8 cm.

3. Kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên 2 tính chất đặc trưng cho bê tông các công trình thủy lợi là cường độ chịu nén và khả năng chống thấm.

3.1. Ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và tro tuyển tới cường độ và tính chống thấm

Khả năng chống thấm được thí nghiệm trên các mẫu bê tông đủ 28 ngày tuổi, cường độ bê tông được thí nghiệm ở tuổi 3, 7 và 28 ngày. Kết quả thí nghiệm được cho ở bảng 3.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, với cùng hàm lượng xi măng và độ lưu động của hỗn hợp bê tông, những mẫu có sử dụng tro tuyển+siêu dẻo có cường độ cao hơn từ 16-25 %, khả năng chống thấm cao hơn 0,5 MPa. Nguyên nhân do sử dụng chất siêu dẻo làm giảm lượng nước cần của hỗn hợp bê tông làm giảm lượng lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông đồng nghĩa với việc tăng độ chặt của bê tông đóng rắn. Trong khi đó, tro tuyển ngoài vai trò là chất độn nghiền mịn lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu còn tham gia vào quá trình thủy hóa của xi măng nên cường độ và khả năng chống thấm của bê tông được nâng cao rõ rệt.

Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, ở độ tuổi ngắn ngày tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng ít có tác dụng trong việc cải thiện cường độ bê tông. Sự gia tăng cường độ bê tông chủ yếu do chất siêu dẻo giảm nước. Tác dụng của tro tuyển sẽ càng thấy rõ ở các tuổi 28, 60, 90 và 120 ngày.

Việc sử dụng tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng giúp cải thiện đáng kể độ chống thấm của bê tông do cấu trúc của tro tuyển là các hạt hình cầu nằm giữa không gian giữa các hạt cốt liệu cũng như lỗ rỗng trong cấu trúc của tinh thể hydro silicat, hydro aluminat,… Có thể thấy rõ tác dụng của tro tuyển trong cấu trúc bê tông ở hình 1:

Hình 1a cho thấy tro tuyển có cấu trúc hình cầu.

Hình 1b cho thấy cấu trúc của bê tông không có tro tuyển có cấu trúc rỗng rõ ràng, không đặc chắc.

Hình 1c cho thấy cấu trúc của bê tông có tro tuyển đặc chắc hơn nên có khả năng chống thấm tốt hơn.

3.2. Ảnh hưởng của điều kiện khí hậu nóng ẩm đến cường độ và độ chống thấm

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu nóng ẩm đến cường độ và độ chống thấm của bê tông, tác giả nghiên cứu trong 3 điều kiện.

A: Điều kiện tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

B: Ngoài trời vào mùa nắng nóng đặc trưng không có bảo dưỡng.

C: Ngoài trời vào mùa nắng nóng có bảo dưỡng phủ vải ẩm 7 ngày.

Với điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam vào mùa hè có cường độ ánh sáng mặt trời từ 550-800 Kcal/m².h, nhiệt độ 26-38⁰C, độ ẩm tương đối 55-85% và tốc độ gió 0,5-2,5m/s. Kết quả thí nghiệm được cho trong bảng 4.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện không có bảo dưỡng, cường độ mẫu bê tông giảm 14-20 %, tính chống thấm nước giảm 40-43 % so với mẫu được dưỡng hộ trong điều kiện phòng thí nghiệm, chứng tỏ trong mùa hè hỗn hợp bê tông bị mất nước, co ngót và rạn nứt nhanh làm suy giảm tính chất của bê tông khi đóng rắn. Các mẫu dưỡng hộ trong điều kiện A và C có cường độ và khả năng chống thấm tương đương nhau chứng tỏ vai trò của việc bảo dưỡng trong bê tông là cần thiết trong mọi điều kiện thi công.

4. Kết luận

Có thể rút ra một số kết luận sau:

• Sử dụng tro tuyển với hàm lượng 10% xi măng ít cải thiện cường độ bê tông ở tuổi trước 28 ngày;
• Độ chống thấm của bê tông khi sử dụng tro tuyển thay thế 10% xi măng kết hợp chất siêu dẻo được nâng cao đáng kể, trung bình 5at khi cùng tỷ lệ N/X;
• Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, việc bảo dưỡng bê tông dùng chất kết dính có tro tuyển là cần thiết và quan trọng;
• Việc sử dụng tro tuyển cho bê tông các công trình xây dựng có yêu cầu về độ chống thấm nước, đặc biệt là công trình thủy lợi dự báo sẽ có hiệu quả.