Nghiên cứu sử dụng xỉ than của công nghiệp nhiệt điện dùng chế tạo bê tông geopolymer

Bài viết Nghiên cứu sử dụng xỉ than của công nghiệp nhiệt điện dùng chế tạo bê tông geopolymer đánh giá khả năng sử dụng xỉ than thay thế thành phần cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong thành phần cấp phối bê tông geopolymer. Việc thay thế xỉ than trong bê tông tăng khả năng tái sử dụng nguồn phế thải trong công nghiệp nhiệt điện, giảm chi phí xử lý môi trường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sử dụng xỉ than của công nghiệp nhiệt điện dùng chế tạo bê tông geopolymer TẠP CHÍ KINH TẾ - CÔNG NGHIỆP Số 32 – Tháng 6/2022 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THAN CỦA CÔNG NGHIỆP NHIỆT ĐIỆN DÙNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG GEOPOLYMER Study on using slag in Power plant to produce geopolymer concrete 1 2 Võ Minh Nhựt và Đỗ Đại Thắng 1 Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An, Long An, Việt Nam nhuttt.sk@gmail.com 2 Đại học Quốc gia TP.HCM, Việt Nam ddthang@vnuhcm.edu.vn Tóm tắt — Vật liệu geopolymer có khả năng sử dụng các nguyên liệu phế thải chứa alumino-silicate để thay thế cho vật liệu xây dựng truyền thống. Nghiên cứu này sử dụng xỉ than từ các nhà máy nhiệt điện để làm nguyên liệu thay thế cho cốt liệu và chất kết dính để chế tạo bê tông geopolymer. Thành phần xỉ than sử dụng thay thế cát và đá lần lượt là 25, 50, 75 và 100% theo khối lượng. Dung dịch hoạt hóa được sử dụng để hoạt tính và đóng rắn trong bê tông geopolymer dưới tác dụng của nhiệt độ. Kêt quả thực nghiệm cho thấy xỉ than có khả năng thay thế cho các thành phần cốt liệu trong bê tông geopolymer đạt yêu cầu về cường độ. Abstract — Geopolymer material is known that can be activated alumini-silicate in waste to produce building materials. In this research, the slag in power plant is used as aggregate to replace in mix proportion of concrete. Hence, fly ash is also used as binder in mix proportion. Slag in range from 25, 50, 75 to 100% by weight are investigated. The alkaline solution is used to activated in geopolymer processing. Geopolymer concrete is obtained by curing codition. In the results, geopolymer concrete can be obtained strength by replacement of slag in aggregate and mix proportion. Từ khóa — Bê tông geopolymer, xỉ than, tro bay, Geopolymer concrete, coal slag. 1. Đặt vấn đề Việc tái chế các loại nguyên liệu trong xây dựng nhằm giải quyết vấn đề chất thải rắn và nguồn nguyên liệu thay thế cho cốt liệu trong chế tạo vật liệu xây dựng là giải quyết vấn đề xây dựng bền vững và hạn chế khai thác tài nguyên. Các nhà máy nhiệt điện than là nguồn phát thải lớn nhất trong lĩnh vực năng lượng và là nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí. Trong tình trạng vấn đề biến đổi khí hậu được quan tâm nhiều như hiện nay, việc sử dụng các phế thải tro bay và xỉ than của nhà máy nhiệt điện để thay thế hoàn toàn xi măng chế tạo bê tông nhằm bảo vệ môi trường là điều rất cần thiết. Mỗi loại công nghệ đốt đi kèm với mỗi loại than sẽ cho ra tỷ lệ tro xỉ và hàm lượng các chất còn lại trong tro xỉ cũng khác nhau. Tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện than của Việt Nam có thành phần chủ yếu là ôxít kim loại và hàm lượng các bon còn lại trong tro. Về công nghệ thải xỉ, một số nhà máy dùng công nghệ thải xỉ ướt sử dụng nước biển để thải hỗn hợp tro, xỉ ra bãi chứa dẫn tới tro, xỉ bị nhiễm mặn, gây khó khăn trong quá trình xử lý, tiêu thụ. Ngoài ra, một số nhà máy thải xỉ bằng công nghệ ướt nhưng trộn lẫn tro và xỉ vào nước và bơm ra bãi chứa, dẫn tới tro, xỉ lẫn lộn gây khó khăn trong quá trình xử lý, sử dụng làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng (Nguyễn Viết Trung và Nguyễn Ngọc Long, 2004; Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự, 2010; Viện Vật liệu xây dựng, 2016). Davidovits (2001) đã dùng thuật ngữ geopolymer để giới thiệu một loại polymer mới được tổng hợp từ những khoáng vật thuộc nhóm aluminosilicate. Thành phần chủ yếu của geopolymer là các nguyên tố Si2+, Al3+ và O2- có nguồn gốc từ khoáng sản tự nhiên như đất sét, canh lanh hoặc sản phẩm sản xuất từ sản xuất tro bay, xỉ lò cao. Vật liệu geopolymer khác với vật liệu polymer thông thường ở cấu trúc mạng không gian vô định hình. Cấu trúc hóa học vô định hình của geopolymer cơ bản được tạo thành từ mạng lưới cấu trúc của những Alumino – 67 TẠP CHÍ KINH TẾ - CÔNG NGHIỆP Số 32 – Tháng 6/2022 Silicate hay còn gọi là Poly – Sialate. Các nguồn nguyên liệu Alumino-Silicate khác cũng đã được nghiên cứu các thành phần hoạt hóa để chế tạo geopolymer. Trong số các phế phẩm của các nhà máy công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp nhiệt điện sử dụng than, tro bay và xỉ thải là nguồn vật liệu tiềm năng của công nghệ geopolymer. Sự kết hợp giữa potassium hydroxite và sodium silicate được dùng làm dung dịch hoạt hóa geopolymer. Dung dịch hoạt hóa là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến cường độ cơ học và sự kết hợp này đã đem lại cường độ cao nhất cho geopolymer. Các thành phần hoạt hóa, kích thước hạt, hàm lượng calcium, hàm lượng kim loại kiềm, hàm lượng vô định hình, hình thái và nguồn gốc của nguyên liệu chứa alumino-silicate ảnh hưởng đến các đặc tính của geopolymer (Davidovits, 2011; Kim, 2015; Kim và cộng sự, 2016). Nghiên cứu này đánh giá khả năng sử dụng xỉ than thay thế thành phần cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong thành phần cấp phối bê tông geopolymer. Việc thay thế xỉ than trong bê tông tăng khả năng tái sử dụng nguồn phế thải trong công nghiệp nhiệt điện, giảm chi phí xử lý môi trường. 2. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp thực hiện 2.1. Tro bay Tro bay sử dụng loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618, khối lượng riêng 2500 kg/m3, độ mịn 94% lượng lọt qua sàng có cỡ sàng là 0.08 mm. Thành phần hóa học cho trong bảng 1. Bảng 1. Thành phần hóa học của tro bay Thành phần SiO2 Al2O3 ...