Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng

có tác dụng làm tăng sản lượng, hạ giá thành sản phẩm. Bản thân phụ gia thuỷ khi nghiền mịn trộn với nước, không có tính chất kết dính, đó là đặc điểm cơ bản khác với xỉ lò cao. Thành phần hoá học chủ yếu của phụ gia thuỷ là SiO2 hoạt tính và một lượng nước liên kết nhất định, ngoài ra còn có Al2O3ht, Al2O3.2SiO2ht, oxit sắt. Hàm lượng oxit silic hoạt tính càng cao thì độ hoạt tính của phụ gia thuỷ càng lớn. Phụ gia thủy hút nước mạnh do một phân tử có thể hút từ vài 100 ÷ 1000 phân tử nước. Vì vậy cần bảo quản trong kho có bao che. Khi phụ gia thủy ẩm sẽ khó đưa lên silô, gây hyđrat hóa xi măng và giảm độ hoạt tính. Phân loại phụ gia Phụ gia thuỷ có 2 loại : + Dạng tự nhiên : tro núi lửa, Puzơlan đá bọt diatomit… + Dạng nhân tạo : Xỉ của các nhà máy luyện kim, nhà máy nhiệt điện , xỉ lò cao, đất sét nung… Phụ gia thuỷ thiên nhiên Phụ gia thuỷ loại phún suất: Là loại đá thiên nhiên do núi lửa tạo thành, thành phần hoá học gồm ôxít Silíc, ôxít Alumin, tạp chất đất sét và một lượng nước hoá học. Độ hoạt tính của nó phụ thuôc chủ yếu vào hàm lượng ôxít Silíc và nước hoá học, ngoài ra còn phụ thuộc vào quá trình làm lạnh khi tạo thành nó. Phụ gia thủy hoạt tính: Do cấu tạo vỏ trái đất là những khoáng nhẹ, dễ nghiền, xốp, khô, dễ hút ẩm, thành phần hoá học chủ yếu là ôxít Silíc vô định hình. Trọng lượng riêng của loại phụ gia thủy này rất nhỏ. Trọng lượng riêng càng nhỏ độ xốp càng lớn, độ hoạt tính càng cao. Phụ gia thủy nhân tạo Silíc hoạt tính phế liệu: là phế liệu của ngành sản xuất phèn nhôm từ đất sét, có hoạt tính cao, sử dụng làm phụ gia thủy rất tốt. Phụ gia thủy đất sét: đất sét nung có thể sử dụng làm phụ gia thủy được, nhưng cần chọn loại đất sét có chứa nhiều khoáng Al2O3.2SiO2.2H2O được gia công nhiệt ở 600 - 8000C. Độ hoạt tính của phụ gia thủy loại đất sét phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nung và loại đất sét sử dụng làm phụ gia thủy. Độ hoạt tính của đất sét nung do khoáng Caolinit ở nhiệt độ 600 - 800 0C chuyển thành mêtacaolinhit và các ôxít riêng biệt dễ dàng tác dụng với vôi nên sử dụng làm phụ gia thủy rất tốt. Tro, xỉ nhiên liệu rắn: tro xỉ nhiên liệu rắn có thể sử dụng làm phụ gia thủy được vì thành phần hoá học của nó gần giống như thành phần hoá học của đất sét nung. Muốn sử dụng làm phụ gia thủy thì nhiên liệu phải đốt ở nhiệt độ thấp, nếu đốt ở nhiệt độ cao thì độ hoạt tính của nó giảm. Ngoài sự phân loại trên người ta còn phân loại phụ gia thủy dựa vào thành phần hoá học. Phụ gia thủy giàu Silíc ngậm nước: Điatômít, Opaka, Silíc hoạt tính Phụ gia nhiều Alumosilicát như: Tup, traxơ, đá bọt. Phụ gia thủy chứa nhiều sét nung: Tro, xỉ nhiên liệu. Phụ gia điều chỉnh Bản thân clinke xi măng Portland được nghiền mịn khi trộn với nước đóng rắn rất nhanh. Để giải quyết vấn đề này, người ta đưa vào nghiền trộn với clanhke một lượng phụ gia từ 3-5% để làm chậm thời gian đóng rắn của xi măng. Loại phụ gia phổ biến nhất đáp ứng được yêu cầu này là Thạch Cao. Thạch cao có cấu tạo hoá học đầy đủ: CaSO4.2H2O, khi nung ở nhiệt độ t0C >100 thì thạch cao chuyển sang dạng khan:CaSO4.0,5H2O. Tác dụng của thạch cao giúp điều chỉnh thời gian đóng rắn của xi măng, tạo bộ khung cấu trúc ban đầu để các khoáng khác kết tinh. Với xi măng Portland thường lượng thạch Cao pha vào từ 3,5 đến 5 %. Phụ gia đầy ( phụ gia lười) Là loại phụ gia đưa vào với mục đích tăng sản lượng xi măng, giảm giá thành sản phẩm. Tỷ lệ phụ gia này pha vào phụ thuộc vào chất lượng clanhke và yêu cầu kỹ thuật của xi măng. Phụ gia đầy: gồm các vật liệu khoáng thiên nhiên hoặc nhân tạo, thực tế không tham gia vào quá trình hydrat hoá xi măng, chúng chủ yếu đóng vai trò cốt liệu mịn, làm tốt thành phần hạt và cấu trúc của đá xi măng. Phụ gia đầy sử dụng trong công nghiệp xi măng gồm: đá vôi, đá vôi silic có mầu đen, đá sét đen, các loại bụi thu hồi ở lọc bụi điện trong dây chuyền sản xuất xi măng cũng được sử dụng như một loại phụ gia đầy nhân tạo. Phụ gia bảo quản Phụ gia này có tác dụng tạo màng ngăn ẩm bao bọc các hạt xi măng, ngăn không cho chúng hút ẩm. Thường dùng TEA, dầu thực vật, dầu lạc có độ phân tán cao. Trong xi măng PCB phụ gia hỗn hợp pha vào không vượt quá 40%. Các phương pháp đánh giá chất lượng phụ gia thuỷ hoạt tính Để đánh giá chất lượng phụ gia thủy hoạt tính người ta dựa vào độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính, độ hấp thu nước và độ bền nén của mẫu vữa hay mẫu bê tông có phối trộn với phụ gia thủy. Độ hấp phụ vôi của phụ gia hoạt tính Thành phần chủ yếu của phụ gia thủy là: oxit Silic và oxit nhôm hoạt tính. Phụ gia thủy khi nghiền mịn trộn với vôi cho ra một chất có khả năng dính kết và đóng rắn với nước, còn khi trộn với xi măng portland thì phụ gia thủy sẽ kết hợp với vôi tự do và vôi thoát ra của các phản ứng hóa học với nước trong quá trình đóng rắn làm tăng tính bền của xi măng. Nguyên nhân là khi kết hợp phụ gia thủy với vôi trong môi trường nước cho ta các hydrosilicatcalci, hydroaluminatcalci có độ bazic thấp, các sản phẩm này có tính chất kết dính và cho cường độ. Độ hoạt tính của phụ gia thủy là số miligam vôi do 1 gam phụ gia thủy hấp phụ trong 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn (TCVN 3735-1982). Lượng vôi bị 1 gam phụ gia thủy hấp phụ càng nhiều thì phụ gia thủy có độ hoạt tính càng cao. Phân loại phụ gia thủy theo độ hoạt tính của chúng như sau: Bảng 2.2 – Phân loại phụ gia thủy theo độ họat tính Đánh giá độ hoạt tính của phụ gia thủy Số mg CaO bị hấp phụ do 1mg phụ gia thủy (mg) Yếu 30 - 60 Trung bình – Yếu 50 - 60 Trung bình 60 - 100 Mạnh 100 - 150 Rất mạnh >150 Cho phụ gia thủy vào nước vôi bão hòa, phụ gia thủy hấp phụ CaO trong nước vôi. Lượng CaO còn dư dùng HCl 0,1N chuẩn. Từ đó tính ra lượng CaO do phụ gia thủy hấp phụ. Có nhiều phương pháp xác định độ hoạt tính của phụ gia thủy: phương pháp chậm 30 ngày đêm với 15 lần chuẩn, phương pháp nhanh khi đun nóng dung dịch, phương pháp nhanh khi kích thích khuấy liên tục, một số phương pháp so sánh khác… Độ hấp thu nước Mục đích của việc đo độ hấp thu nước của phụ gia thủy là để xác định độ mịn và để nhận biết diện tích bề mặt của hạt vật liệu. Khi phụ gia thủy càng hấp thu nhiều nước thì càng chứng tỏ phụ gia đó càng mịn, càng nhẹ và diện tích bề mặt càng lớn. Nếu độ hấp thu nước của phụ gia quá nhiều thì có thể sẽ làm ảnh hưởng đến cường độ nén của mẫu vữa cũng như mẫu bê tông. Độ bền nén của mẫu vữa Dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995. Phương pháp bao gồm cách xác định độ bền nén và độ bền uốn tương ứng của các mẫu thử hình lăng trụ có kích thước 40mm x 40mm x160mm. Các mẫu này được đúc từ một mẻ vừa dẻo, chứa một phần xi măng và ba phần cát tiêu chuẩn theo khối lượng với tỷ lệ nước/xi măng là 0,5. Cát tiêu chuẩn từ những nguồn khác nhau đều có thể được sử dụng miễn là kết quả độ bền uốn của xi măng đó khi sử dụng cát tiêu chuẩn theo ISO. Vữa được trộn bằng máy và lèn chặt trong một khuôn nhờ sử dụng máy dằn. Thiết bị và kỹ thuật lèn chặt khác cũng có thể dung nhưng kết quả không được sai khác so với việc dung thiết bị dằn chuẩn. Các mẫu trong khuôn được bảo dưỡng nơi không khí ẩm 24 giờ và sau đó các mẫu được tháo khuôn rồi ngâm ngập trong nước cho đến khi đem ra thử độ bền. Đến độ tuổi yêu cầu, mẫu được vớt ra khỏi nơi bảo dưỡng, sau khi thử uốn mẫu bị bẻ gãy thành hai nửa và mỗi nửa mẫu gãy được dùng để thử độ bền nén. Công dụng của một số loại phụ gia Phụ gia điều chỉnh sự đóng rắn của bê tông và vữa Chúng thường là các phụ gia hoá học có thể tan trong nước và cải biến độ hoà tan của các thành phần khác nhau của xi măng và trước hết là tốc độ hoà tan của chúng. Ngoài các phụ gia ký hiệu C và E nêu trong 14TCN 103-109 và ASTM C494-92, các chất sau đây có tác dụng tăng nhanh đông cứng bê tông hoặc vữa: Triethanolamin và canxi fomat; Canxi clorua (CaCl2) là phụ gia có tác dụng mạnh nhất trong các loại phụ gia đông cứng nhanh. Tuy nhiên, loại phụ gia này chứa ion clo (Cl-) ăn mòn cốt thép. Do vậy nó được yêu cầu không sử dụng trong bê tông cốt thép ứng suất trước, trong bê tông có chứa các kim loại không cùng loại được trôn vào, hoặc bê tông cốt thép trong môi trường ẩm ướt bởi vì môi trường này có khuynh hướng làm tăng sự ăn mòn cốt thép. Liều lượng pha trộn của phụ gia này thường không quá 1% trọng lượng xi măng; Một số sunfat như natri và kali sunfat, manhê cacbonat nghiền mịn. Phụ gia làm chậm đông cứng, giảm tốc độ phản ứng của xi măng với nước và do đó làm chậm sự đông kết của bê tông ít nhất là 1 giờ. Cũng có thể làm giảm cường độ 28 ngày một chút, làm chậm sự phát triển nhiệt thủy hoá trong bê tông khối lớn, nên sử dụng thích hợp trong bê tông khối lớn. Ngoài các phụ gia ký hiệu B,D,G nêu trong 14TCN103-1999, các phụ gia gốc kiềm cũng có tác dụng làm đông cứng chậm như sút, potat, amoniac, các muối natri và kali aluminat, borat, các muối canxi nitrit, nitrat và fomiat. Cần chú ý rằng có một số loại phụ gia đông cứng nhanh có thể làm chậm đông cứng khi liều lượng dùng vượt quá qui định; vì vậy khi sử dụng, cần xác định liều lượng thích hợp và xem kỹ hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất để đạt được hiệu quả mong muốn. Phụ gia giảm nước thường Phụ gia này có tác dụng tăng dẻo giảm nước. Cường độ ban đầu của bê tông tăng lên do giảm nước sẽ bù lại sự giảm cường độ do ảnh hưởng của phụ gia làm đông cứng chậm và cường độ 28 ngày cao hơn bê tông đối chứng có cùng độ sụt. Phụ gia giảm nước còn cải thiện tính chất của bê tông khi cốt liệu có cấp phối không tốt, cốt liệu có nhiều cạnh góc và cát nhỏ. Trong các trường hợp đó, nếu không dùng phụ gia tăng dẻo giảm nước, thì bê tông sẽ khô, khó thi công; mà nếu thêm nước, thì cường độ bê tông lại giảm. Phụ gia này cũng làm chậm sự mất độ sụt theo thời gian. Các phụ gia tăng dẻo giảm nước thường như lignosunfonat và cacbuaxylic hydroxyl. Chúng có thể giảm được khoảng 10% lượng nước trộn, khi đó cường độ nén có thể tăng 15 đến 25%, độ co ngót và từ biến của bê tông giảm đi. Nếu không giảm nước, thì độ sụt tăng 2 đến 3 lần, dễ thi công hơn. Thời gian đông kết của bê tông có thể giảm từ 1 đến 3 giờ ở nhiệt độ 18 đến 300C, nhiệt thủy hoá của bê tông cũng giảm đi. Phụ gia giảm nước bậc cao (siêu dẻo) Hiện nay được sử dụng rất phổ biến. Loại phụ gia này có thể giảm được 25 đến 30% lượng nước trộn, do đó tăng cường độ 28 ngày của bê tông khoảng 30 đến 40 %, cường độ ban đầu cũng cao hơn bê tông không pha phụ gia. Nếu không giảm nước, độ sụt có thể tăng trên 4 lần và chậm mất độ sụt. Có loại siêu dẻo kéo dài thời gian đông kết (loại G) rất thích hợp đối với bê tông thương phẩm vận chuyển đường dài, bê tông bơm, bê tông cần đông cứng chậm và nhiệt thủy hoá thấp, rất thích hợp cho thi công vào mùa hè nắng nóng và bê tông khối lớn. Có loại không kéo dài thời gian đông kết (loại F) thích hợp với bê tông cốt thép ứng suất trước. Cần chú ý rằng, nếu giảm nước và giữ nguyên độ sụt, cùng cường độ 28 ngày, thì có thể giảm lượng dùng xi măng, do đó Tiết kiệm được một lượng xi măng khá lớn, qui ra tiền có thể cao hơn chi phí cho phụ gia, như vậy đạt hiệu quả kinh tế nhất định. Có loại phụ gia giảm nước bậc cao mà không kéo dài thời gian đông kết. Phụ gia cuốn khí Phụ gia cuốn khí có tác dụng lôi cuốn một phần không khí vào trong bê tông thông qua quá trình trộn, tạo ra các bọt khí cực nhỏ đường kính từ 10 đến 1000 m m. Các bọt khí này được phân tán đều khắp trong bê tông, làm tăng độ lưu động, giảm phân tầng tiết nước của hỗn hợp bê tông, đồng thời cũng tăng tính chống thấm của bê tông lên một chút nhờ các bọt khí cực nhỏ nằm trong các lỗ rỗng mao quản của bê tông sau khi cứng hoá, ngăn không cho nước thấm vào. Tác dụng quan trong nhất của phụ gia cuốn khí là tăng độ bền do sự đóng băng và tan băng của bê tông ở những nước có băng tuyết vào mùa đông. Tuy vậy hàm lượng bọt khí trong bê tông cũng ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông (hàm lượng khí trong bê tông càng nhiều thì cường độ càng giảm). Do đó, khi sử dụng phụ gia cuốn khí, cần phải khống chế chặt chẽ liều lượng pha trộn của phụ gia để đạt được hiệu quả mong muốn. Nhiều tài liệu đã đưa ra hàm lượng khí trong bê tông từ 4 đến 6% là thích hợp. Hiện tại phụ gia cuốn khí đã được sử dụng tại một số công trình lớn của nước ta như công trình thuỷ điện Hàm Thuận - Đa Mi, cầu đường sắt Đà Rằng. Phụ gia hoạt tính Pouzzolan Phụ gia hoạt tính Portland thiên nhiên theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN3735-82 ở dạng nguyên khai hoặc đã gia nhiệt để tăng hoạt tính; được pha trước vào xi măng để được xi măng portland Pouzzolan theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4033 - 95, hoặc pha vào bê tông và vữa trước khi trộn. Pouzzolan thiên nhiên bao gồm đất diatomit, đá phiến sét, tuyp và tro núi lửa, đá bọt, đá bazan... Pouzzolan chứa nhiều oxit silic vô định hình có hoạt tính, tức là có tác dụng ở nhiệt độ thường với Ca(OH)2 sinh ra khi xi măng thủy hoá để tạo thành CaO.SiO2.nH2O bền vững ngay cả khi ẩm ướt và ở trong nước. Đó là phản ứng Pouzzolan. Hoạt tính của Pouzzolan được xác định thông qua thí nghiệm vữa trong đó một phần xi măng được thay thế bằng Pouzzolan (theo ASTM C311- 94a) hoặc thí nghiệm độ hút vôi (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3735 - 82). Pouzzolan có những tác dụng tốt như sau : Giảm độ phân tầng, tiết nước, giảm nhiệt thuỷ hoá và tác hại của cốt liệu có phản ứng kiềm; Tăng độ đặc chắc, tính chống thấm, tính bền của bê tông ở trong nước và trong đất có tính chất ăn mòn. Tuy nhiên Pouzzolan có thể kéo dài thời gian đông kết, làm chậm sự phát triển cường độ bê tông ở tuổi ban đầu (3 đến 7 ngày), nhưng cuờng độ 28 ngày vẫn đạt như bê tông không pha Pouzzolan; Đá Bazan vùng mỏ Nghệ An, Thanh Hoá là một loại Pouzzolan có tiêu chuẩn riêng của ngành xây dựng TCXD -1997, khi sử dụng cần tham khảo tiêu chuẩn này. Phụ gia xỉ lò cao Phụ gia xỉ lò cao được qui định trong TCVN 4315-1986, là loại xỉ thu được khi luyện gang và được làm nguội nhanh để tạo thành dạng hạt pha thủy tinh. Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử xỉ lò cao được nêu trong tiêu chuẩn nhà nước nói trên. Xỉ bao gồm chủ yếu các canxi silicat, aluminat và một số oxít khác như MgO, TiO2. Xỉ hạt lò cao được nghiền chung với clanhke để sản xuất xi măng portland xỉ hạt lò cao, xi măng portland hỗn hợp hoặc có thể được nghiền riêng thành bột mịn để pha vào bê tông và vữa trước khi trộn. Xỉ hạt lò cao thường được nghiền nhỏ hơn xi măng, tỉ diện của nó lớn hơn 3500 cm2/g, có khi tới 5000 cm2/g. Xỉ càng mịn, hoạt tính càng tăng. Khi trộn xi măng xỉ với nước, đầu tiên xỉ tác dụng với kiềm hyđroxit, sau đó với canxi hyđroxit, đó là phản ứng mang tính chất Pouzzolan. Xỉ hạt lò cao có tác dụng tốt sau đây:tăng tính dễ đổ của hỗn hợp bê tông; giảm độ tiết nước, nếu xỉ được nghiền mịn hơn xi măng và ngược lại; giảm nhiệt thủy hoá, do đó giảm nguy cơ nứt nẻ do nhiệt trong bê tông khối lớn; tăng độ đặc chắc, nên giảm độ hút nước và thấm nước;tăng độ bền trong nước, nước có sunfat, nước biển; giảm độ nở kiềm do cốt liệu có phản ứng kiềm gây nên. Tuy nhiên cần lưu ý: Hỗn hợp bê tông pha xỉ có thể chậm đông kết hơn, nhất là khi ở nhiệt độ thấp; Cường độ ban đầu phát triển chậm, sau 7 ngày tăng nhanh hơn; Tăng độ co ngót ban đầu, nên cần chú ý bảo dưỡng tốt và kéo dài hơn; Tổng tỷ lệ xỉ hạt lò cao pha vào bê tông không vượt quá tỉ lệ xỉ trong xi măng portland xỉ theo TCVN 4316 - 1986. Tro bay Đó là phế thải mịn thu được do việc đốt than ở nhà máy nhiệt điện và được chuyển từ buồng đốt qua nồi hơi bởi ống khói. Tro bay là một loại Pouzzolan nhân tạo có các silic oxít, nhôm oxít, canxi oxit, manhê oxít và lưu huỳnh oxít. Ngoài ra, có thể chứa một lượng than chưa cháy, yêu cầu không được quá 6% trọng lượng tro bay. Nếu trong trường hợp hàm lượng chất chưa cháy vượt quá 6% thì phải căn cứ vào các kết quả thí nghiệm để quyết định sử dụng. Nói chung hàm lượng than nhiều sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chất của bê tông, do đó phải dùng biện pháp tuyển lọc thích hợp để loại bỏ than chưa cháy. Tro bay càng mịn càng tốt. Đường kính của phần lớn các hạt nằm trong khoảng nhỏ hơn 1m m tới 100 m m, tỷ diện khoảng 250 đến 600 m2/kg. Phụ gia tro bay có các tác dụng tốt sau đây đối với bê tông:giảm nhiệt thủy hoá, nên thích hợp với bê tông khối lớn;giảm lượng nước trộn hoặc tăng tính dễ đổ;giảm phân tầng, tiết nước;có khả năng chống được phản ứng kiềm - silic;giảm độ thấm nước về sau. Tăng tính bền trong môi trường nước, môi trường nước ăn mòn. Tuy nhiên tro bay cũng có thể làm chậm sự đông kết, cứng hoá của bê tông, nên việc hoàn thiện bề mặt bê tông có thể làm chậm hơn. Nếu làm sớm quá, có thể sinh tiết nước. Khi trời nắng nóng, bê tông dễ bốc hơi nước mạnh, sinh co ngót nhiều, dễ xẩy ra nứt nẻ. Bê tông pha tro có cường độ ban đầu thấp hơn, nhưng về sau có thể cao hơn cường độ bê tông toàn xi măng. Mô đun đàn hồi cũng có tình trạng như vậy. Cần chú ý là do phản ứng của tro bay chậm, nên ban đầu bê tông thấm nước nhiều hơn bê tông toàn xi măng khi có tỷ lệ N/X ngang nhau (X ở đây hiểu rộng là chất kết dính có trong bê tông, đó là xi măng và tro bay, nếu có); Nhưng về sau mức độ thấm lại nhỏ. Vì vậy bê tông pha tro cần được bảo dưỡng dài ngày hơn. Ảnh hưởng xấu của việc kém bảo dưỡng đối với độ hút nước của lớp bê tông bên ngoài càng lớn khi pha tro bay càng nhiều. Tác dụng này rõ ràng hơn tác dụng đối với cường độ của bê tông pha tro bay, vì vậy không thể tin tưởng hoàn toàn vào cường độ mà còn phải quan tâm đến độ bền lâu của bê tông pha tro bay, khi bê tông ở môi trường có tính chất xâm thực. Tỷ lệ pha tro bay có thể từ 25 đến 40% tổng trọng lượng chất kết dính (xi măng + tro bay) tuỳ thuộc loại xi măng và các yêu cầu cụ thể đối với bê tông. Tỷ lệ pha trộn thích hợp cần thông qua thí nghiệm. Độ co khô của bê tông pha tro bay về lý thuyết tăng lên, nhưng do giảm được lượng nước trộn, nên độ co có thể tương tự như đối với bê tông không có tro bay. Tro bay được dùng để pha vào bê tông thông thường và đặc biệt được đưa vào bê tông đầm cán với tỷ lệ khá lớn, tới 50% trọng lượng chất kết dính. Muội silic (Silica fume, SF) Đó là sản phẩm phụ của sản xuất silic hoặc hợp kim sắt - silic. Cho đến nay ở nước ta chưa sản xuất được muội silic, chỉ có sản phẩm của nước ngoài đưa vào (xem phụ lục ở phần cuối). Muội silic gồm các hạt rất nhỏ có đường kính từ 0,01 đến 10 m m (hạt muội silic có thể nhỏ hơn 100 lần hạt xi măng), hàm lượng Si02 chiếm từ 85 đến 98% theo trọng lượng. Phụ gia muội silic có hai tác dụng chính: Hiệu ứng puzơlan rất mạnh thông qua phản ứng với vôi tách ra khi xi măng thủy hoá để tạo thành canxi silicat thủy hoá (C-S-H) bền vững. Hiệu ứng này mạnh hơn so với các phụ gia khoáng hoạt tính khác do muội silic có độ mịn cao hơn nhiều. Có tác dụng nhét kẽ rất tốt các lỗ rỗng nhỏ tới micrông do các hạt xi măng để lại và ở chỗ tiếp giáp với xi măng và cốt liệu, do đó tăng độ đặc chắc, tăng cường độ, kể cả cường độ ban đầu, độ bền mài mòn, độ lâu bền và tăng khả năng chống thấm của bê tông. Như vậy, tăng chất lượng bê tông rõ rệt. Dùng muội silic kết hợp với phụ gia siêu dẻo và xi măng mác cao có thể chế tạo được bê tông mác cao, mác rất cao tới trên 100 MPa. Tỷ lệ pha muội silic từ 5 đến 15% của tổng trọng lượng chất kết dính trong bê tông. Phụ gia tro trấu Là sản phẩm thu được khi nung trấu ở nhiệt độ 600 đến 8000C. Cũng như muội silic, phụ gia tro trấu có hàm lượng SiO2 tới hơn 90%, trong đó có chứa nhiều oxit silic vô định hình có hiệu ứng rất mạnh, hơn cả muội silic. Tuy nhiên, phụ gia tro trấu có độ xốp lớn, nên lượng nước trộn thường tăng lên khá nhiều tuỳ thuộc vào tỷ lệ pha trộn trong xi măng; Để khắc phục được vấn đề này, người ta thường sử dụng phụ gia tro trấu cùng với phụ gia giảm nước để không phải tăng lượng nước trộn. Tro trấu thường được dùng để thay thế 5 đến 30% trọng lượng xi măng tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. Hiện nay phụ gia tro trấu đã bắt đầu được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở nước ta thay thế cho phụ gia muội silic phải nhập khẩu. Trong tiêu chuẩn ngành về phụ gia khoáng hoạt tính, các chỉ tiêu cơ lý cần được xác định như: lượng sót trên sàng 0,08 (4900 lỗ/cm2), độ ẩm, chỉ số hoạt tính đối với xi măng, thời gian đông kết, độ nở thể tích, độ bề sunfat của hỗn hợp phụ gia với xi măng. Các đặc tính về hoá như lượng mất khi nung, hàm lượng S03, các thành phần hoạt tính chính ( Si02, Al203 ) và lượng kiềm được tính theo Na20 cũng được xác định. Ngoài ra, còn thí nghiệm độ đồng nhất như sai khác về độ mịn (%), sai khác về tỉ trọng (%) so với thông báo của nhà sản xuất. Các thí nghiệm được tiến hành theo 14 TCN 108-1999. Phụ gia khoáng hoạt tính có thể được nghiền chung với clanhke và một tỉ lệ thạch cao để sản xuất xi măng Portland hỗn hợp theo TCVN 6260-1997, hoặc có thể được nghiền mịn, rồi pha vào mẻ trộn bê tông với một tỷ lệ qui định trước khi trộn bê tông. Hai cách pha trộn đó có tác dụng như nhau, nếu được trộn đều và cùng một liều lượng phụ gia. Ngoài phụ gia khoáng hoạt tính, còn dùng bột đá nghiền mịn làm phụ gia cho xi măng và bê tông. Nói chung phụ gia bột đá thường có rất ít hoặc không có hoạt tính nên đôi khi còn gọi là phụ gia trơ. Việc pha phụ gia bột đá vào trong xi măng và bê tông có lợi đối với một số tính chất của bê tông như tăng tính dễ đổ, giảm tính thấm nước, hút nước mao quản, tách nước và nứt nẻ. Do tác dụng của phụ gia trơ chủ yếu là về mặt vật lý, nên chúng phải phù hợp về mặt vật lý với loại xi măng pha nó. Ví dụ phụ gia trơ càng nhiều, thì độ mịn càng phải cao hơn độ mịn thông thường. Phụ gia nở Loại phụ gia này tự dãn nở khi ngậm nước hoặc tác dụng với thành phần nào đó của xi măng và nở ra để bù lại độ co khô hoặc vẫn còn thêm một mức nào đó. Các phụ gia nở có thể chứa các chất sau đây : Hỗn hợp của bột sắt với các hoá chất để oxít hoá sắt và tăng thể tích; Canxi sunfoaluminat kết hợp với 31 phân tử nước. Chất này nở nhiều nên phải khống chế tỉ lệ pha thích hợp. Phụ gia chống thấm nước Các loại phụ gia khoáng hoạt tính nêu trên được nghiền rất mịn, sẽ làm tăng tính chống thấm của bê tông, do tác dụng nhét kẽ của chúng và một phần do phản ứng Pouzzolan tạo ra canxi silicat bền vững. Các phụ gia giảm nước loại thường và bậc cao (siêu dẻo) cũng giảm một phần độ rỗng do giảm nước thừa bay hơi. Các nhũ tương polyme cũng có tác dụng giảm thấm do các hạt polyme kết hợp thành màng liên tục và bít các lỗ rỗng, mao quản và các vết nứt nhỏ. Phụ gia BENIT do Viện khoa học Thuỷ lợi sản xuất là một loại phụ gia chống thấm đặc chủng cho các công trình bê tông thủy công. Phụ gia BENIT có chứa khoáng sét bentonit được nghiền rất mịn, khi tiếp xúc với nước bentonit trương nở mạnh, sẽ bịt kín các lỗ rỗng mao quản ngăn ngừa sự thấm mao quản của bê tông. Đối với công trình bê tông thuỷ công, yêu cầu chống thấm luôn là một trong những vấn đề được đặt lên hàng đầu nhằm đảm bảo chất lượng và độ lâu bền của công trình. Do vậy, việc sử dụng phụ gia chống thấm cho bê tông thủy công là vấn đề cần thiết để đạt được độ chống thấm yêu cầu, thay cho việc tăng lượng dùng xi măng mà đôi khi còn gây những ảnh hưởng không tốt lên bê tông như làm tăng nhiệt thủy hoá trong bê tông khối lớn. Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép Nguyên nhân của sự ăn mòn cốt thép trong bê tông là sự có mặt của clorua (ion Cl-) trong bê tông khi tiếp xúc với nước mặn (nước biển) và đất mặn. Clorua có thể xâm nhập và tiếp cận với cốt thép bằng cách khuyếch tán qua bê tông. Mặt khác cũng do độ kiềm của môi trường xung quanh bê tông giảm, nên mất tính ức chế ăn mòn thép. Do đó việc làm tăng tính chống thấm của bê tông cũng góp phần hạn chế sự ăn mòn cốt thép. Tuy nhiên để hạn chế ăn mòn cốt thép có hiệu quả có thể dùng Natri benzoat với liều lượng 2% trọng lượng của nước trộn bê tông. Nhưng phổ biến hơn cả là Natri nitrit (NaN02) hoặc canxi nitrit (Ca(N02)2 ) với tỷ lệ pha trộn 2 đến 3% trọng lượng xi măng. Các loại muối có độ hoà tan thấp như phôtphat hoặc flluosilicat và fluoaluminat cũng có tác dụng ; Liều lượng pha trộn chúng tới 1% trọng lượng xi măng. Việc ức chế ăn mòn cốt thép đặc biệt quan trọng, khi bê tông tiếp xúc với môi trường chứa clorua hoặc khi dùng phụ gia khoáng hoạt tính có phản ứng puzơlan do tác dụng với vôi, làm giảm độ kiềm ở môi trường bê tông xung quanh cốt thép. VỮA XÂY DỰNG Khái niệm chung Vữa xây dựng là một loại vật liệu đá nhân tạo thành phần bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu nhỏ và phụ gia. Các thành phần này được nhào trộn theo tỷ lệ thích hợp, khi mới nhào trộn hỗn hợp có tính dẻo gọi là hỗn hợp vữa, sau khi cứng rắn có khả năng chịu lực gọi là vữa. Phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của hỗn hợp vữa. Đặc điểm của vữa là chỉ có cốt liệu nhỏ, khi xây và trát phải trải thành lớp mỏng, diện tích tiếp xúc với nền xây, với mặt trát và với không khí khá lớn, nước dễ bị mất đi do đó lượng nước nhào trộn vữa cần lớn hơn so với bê tông. Do không có cốt liệu lớn nên cường độ chịu lực của vữa thấp hơn so với bê tông khi sử dụng cùng lượng và cùng loại chất kết dính. Vữa xây dựng thường được phân loại theo loại chất kết dính, theo khối lượng thể tích và theo công dụng của vữa. Theo chất kết dính: chia ra vữa xi măng, vữa vôi, vữa thạch cao và vữa hỗn hợp (xi măng - vôi; xi măng - đất sét). Theo khối lượng thể tích: chia ra vữa nặng ρv > 1500 kg/m3, vữa nhẹ ρv ≤ 1500 kg/m3. Theo công dụng: chia ra vữa xây, vữa trát, vữa láng, lát, ốp, vữa trang trí v.v… để hoàn thiện công trình, vữa đặc biệt như vữa giếng khoan, vữa chèn mối nối, vữa chống thấm v.v… Vật liệu chế tạo vữa Chất kết dính Để chế tạo vữa thường dùng chất kết dính vô cơ như xi măng portland, xi măng portland hỗn hợp, vôi không khí, vôi thủy, thạch cao xây dựng v.v… Việc lựa chọn sử dụng loại chất kết dính phải đảm bảo cho vữa có cường độ và độ ổn định trong điều kiện cụ thể. Trong môi trường khô nên dùng vữa vôi mác 4. Để đảm bảo cường độ và độ dẻo nếu không có yêu cầu gì đặc biệt nên dùng vữa hỗn hợp mác 70-75. Trong môi trường ẩm ướt nên dùng vữa xi măng mác 100-150. Vôi rắn trong không khí thường được dùng ở dạng vôi nhuyễn phải lọc sạch các hạt sạn. Thạch cao thường được sử dụng để chế tạo vữa trang trí vì có độ mịn và bóng cao. Cốt liệu Cốt liệu cát là bộ xương chịu lực cho vữa đồng thời cát còn có tác dụng chống co ngót cho vữa và làm tăng sản lượng vữa. Để chế tạo vữa có thể sử dụng cát thiên nhiên hoặc cát nhân tạo nghiền từ các loại đá hoặc đá rỗng. Chất lượng cát có ảnh hưởng nhiều đến cường độ của vữa. Khi thí nghiệm để kiểm tra mác xi măng bằng việc đúc mẫu vữa thì chọn cát tiêu chuẩn vì cát tiêu chuẩn có những đặc điểm sau: hàm lượng ẩm nhỏ hơn 0,2%, cát thiên nhiên giàu silic gồm tốt nhất là các hạt tròn cạnh và có hàm lượng SiO2 không ít hơn 98%, cấp phối của hạt của cát mẫu ISO nằm trong giới hạn quy định sau: Bảng 2.4- Quy định cấp phối các hạt cát mẫu ISO Kích thước lỗ vuông,mm Phần còn lại trên sàng, % 2 1.6 1 0.5 0.16 0.08 0 7 ± 5 33 ± 5 67 ± 5 87 ± 5 99 ± 1 Phụ gia Khi chế tạo vữa có thể dùng các phụ gia vô cơ như đất sét dẻo, cát nghiền nhỏ, bột đá pouzzolan hoặc phụ gia hoạt tính tăng dẻo. Việc sử dụng phụ gia loại nào hàm lượng bao nhiêu đều phải kiểm tra bằng thực nghiệm. Nước Nước dùng để chế tạo vữa là nước sạch, không chứa váng dầu mỡ, lượng hợp chất hữu cơ không vượt quá 15mg/l, độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12.5 Tùy theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thỏa mãn TCVN 4506-1987. CHƯƠNG 3 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu về việc dùng vỏ trấu và xơ dừa để tạo thành vật liệu xây dựng thì cần làm những nội dung sau: Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, sơ chế và xử lý mẫu Vỏ trấu và xơ dừa sau khi đem về nhặt hết những tạp chất . Mẫu vỏ trấu và xơ dừa sau khi sơ chế đem đi sấy ở nhiệt độ 1050C cho đến khi trọng lượng không thay đổi rồi đem vào hút ẩm và cho vào lò nung. Với vỏ trấu thì sẽ nung ở nhiệt độ 9500C còn xơ dừa thì nung ở nhiệt độ 5500C. Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu Xác định độ ẩm của mẫu. Xác định độ thấm nước của mẫu. Đo độ hấp phụ vôi để từ đó xác định hoạt tính của mẫu theo TCVN 3735-1982 Thí nghiệm 3: Đúc mẫu Phối trộn mẫu với xi măng, cát và nước theo tỷ lệ 10% và 20% dựa vào TCVN 6016-1995 để tạo thành mẫu vữa. Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị để đúc mẫu. Thí nghiệm 4: Kiểm tra tính chất cơ lý Đo độ bền nén và độ bền uốn của vật liệu xây dựng dựa vào các tiêu chuẩn TCVN 6016-1995. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thí nghiệm 1: Tạo mẫu, xử lý và sơ chế mẫu Vỏ trấu được lấy về từ huyện Đức Hoà tỉnh Long An sau khi thu hoạch lúa và xay xát từ các nhà máy xát lúa. Vỏ trấu sau khi lấy về trong tình trạng khô,xốp, nhẹ và lẫn nhiều tạp chất như cọng rơm, sạn, đất, sỏi… Xơ dừa lấy từ huyện Hóc Môn, thành phố Hồ Chí Minh. Ở đây người dân dùng xơ dừa để trộn chung với đất dùng trồng cây kiểng do đó xơ dừa có lẫn các tạp chất như các mảnh bao ny lông, các loại cỏ dại… Từ vỏ trấu và xơ dừa ban đầu phải nhặt hết các tạp chất rồi từ đó đem vỏ trấu và xơ dừa vào các cốc sứ để sấy chúng ở nhiệt độ 1050C cho đến khi trọng lượng không đổi. Hình 3.1- Vỏ trấu trước khi sấy Hình 3.2-Cốc đựng vỏ trấu trong tủ sấy Hình 3.3- Xơ dừa trước khi sấy Hình 3.4- Cốc đựng xơ dừa trong tủ sấy Hình 3.5- Vỏ trấu và xơ dừa sau khi sấy được đặt trong bình hút ẩm - Sau đó mang vỏ trấu, xơ dừa ra khỏi tủ sấy đem vào bình hút ẩm khoảng 30 phút. Lấy vỏ trấu, xơ dừa ra khỏi bình hút ẩm rồi đem vỏ trấu, xơ dừa đặt vào lò nung rồi điều chỉnh nhiệt độ thích hợp. Đối với vỏ trấu thì nung ở nhiệt độ 9500C. Nung vỏ trấu cho đến khi tro vỏ trấu chuyển sang màu trắng tinh thì dừng lại. Lấy tro trấu ra và dùng rây 0,25mm rây qua để tạo độ mịn cho tro trấu để thích hợp khi phối trộn với xi măng. Hình 3.6- Tủ sấy và điều chỉnh nhiệt độ là 9500C Hình 3.7- Vỏ trấu sau khi sấy Hình 3.8- Vỏ trấu sau khi nung - Đối với xơ dừa thì nung ở nhiệt độ 5500C cho đến khi tro xơ dừa có màu vàng nhạt khác. Tro xơ dừa trong lúc nung thì bị vón cục lại vì thế sau khi nung đem tro xơ dừa ra dùng chày giã nhẹ để cho các hạt tách rời nhau . Hình 3.9- Tủ sấy được điều chỉnh ở nhiệt độ 5500C để nung xơ dừa Hình 3.10- Xơ dừa sau khi sấy Hình 3.11- Xơ dừa sau khi nung Hình 3.12- Vỏ trấu sau khi sấy Hình 3.13- Xơ dừa sau khi sấy Thí nghiệm 2: Kiểm tra hoạt tính của vật liệu Muốn biết khả năng thay thế của tro trấu, xơ dừa có hiệu quả cao hay thấp thì việc cần thiết là kiểm tra vật liệu. Đầu tiên là kiểm tra độ ẩm của vỏ trấu, xơ dừa. Thí nghiệm đo độ ẩm đối với vỏ trấu, xơ dừa Sấy hai cốc sứ ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng m0 của cốc bằng cân phân tích. Cho vào mỗi cốc 10g vỏ trấu và 10g xơ dừa, cân chính xác khối lượng cốc và vỏ trấu hoặc xơ dừa ghi kết quả m1. Sấy khô ở 1050C cho đến khối lượng không đổi rồi cân khối lượng cốc và mẫu m2. Từ đó dùng công thức Độ ẩm (%) = Thí nghiệm đo độ hấp thu nước Sấy hai cốc sứ ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cho hai cốc vào bình hút ẩm, cân chính xác khối lượng m0 của cốc bằng cân phân tích. Cho vào mỗi cốc 5g vỏ trấu và 5g xơ dừa, cân chính xác khối lượng cốc và vỏ trấu hoặc xơ dừa ghi kết quả m1. Hình 3.14- Dùng cân phân tích cân mẫu tro trấu và mẫu xơ dừa Sau đó dùng buret định mức sao cho lượng tro trấu và xơ dừa vừa đủ độ ẩm và không có lượng nước dư nhỏ ra được. Để hai cốc đó ở trong phòng thí nghiệm trong vòng 24 giờ để ngâm mẫu. Sau đó cân lại cả hai cốc và ghi lại kết quả m2. Tính kết quả đo độ hấp thu nước bằng công thức sau: Độ hấp thu nước (%) = Đo độ hấp phụ vôi của tro trấu và xơ dừa dựa vào tiêu chuẩn TCVN 3735-1982 Cân chính xác 2g mẫu tro trấu và 2g mẫu xơ dừa để thí nghiệm. Cân khoảng 5kg vôi sống đem tôi với khoảng 5 ngày và mỗi ngày khuấy đều để cho vôi tôi hết và đạt trạng thái bão hòa (1,1-1,2g/l). Để vôi sau khi tôi vào một chỗ kín để tránh va cham cho vôi được lắng sau 24 giờ. Sau đó lọc lấy nước vôi trong đem cho vào bình định mức có nút đậy kín. Hình 3.15-Nước vôi để lắng sau 24 giờ Nước vôi trước khi thí nghiệm phải đem xác định hàm lượng CaO hòa tan trong dung dịch với axit HCl 0,1N. Rửa sạch và lau khô cốc thủy tinh, bình tam giác, tráng buret bằng nước cất và bằng dung dịch HCl 0,1 N. Sau đó lấy 50ml nước vôi trong cho vào bình tam giác, nhỏ vào đó vài giọt phnolphetanin rồi dùng buret để chuẩn độ nước vôi trong bằng dung dịch HCl 0,1N rồi ghi lại kết quả. Hình 3.16- Dung dịch HCl 0,1 N Hình 3.17-Dung dịch phenolphtalein Tiến hành thí nghiệm Cân 2g tro trấu và 2g xơ dừa sau khi nung và nghiền mịn cho vào hai bình định mức dung tích 100ml có chia vạch sau khi bình đã rửa sạch và sấy khô Hình 3.18- Tro trấu, xơ dừa sau khi nung Hình3.19- Bình định mức chứa mẫu Dùng pipet hút 100ml dung dịch nước vôi đã bão hòa cho vào mỗi bình định mức và lắc đều cho tro trấu, xơ dừa hòa đều trong thời gian 15 phút. Cho ngay bình vào tủ sấy đã giữ ở nhiệt độ 95oC và lưu mẫu trong tủ sấy 15 phút. Sau 15 phút lưu mẫu trong tủ sấy, lấy mẫu ra lắc liên tục trong 1 phút, lại cho bình vào tủ sấy lưu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Sau lần lưu mẫu thứ 2, lấy bình ra thật cẩn thận tránh bị vẩn đục, dùng pipet hút 51ml dung dịch trong bình định mức ra cho vào bình tam giác đã được rửa sạch và sấy khô. Nhỏ vào dung dịch vài giọt chất chỉ thị màu lắc đều cho dung dịch chuyển qua màu hồng và chuẩn bằng axit HCl 0,1N. Dùng buret nhỏ từ từ dung dịch axit HCl 0,1N cho đến khi dung dịch từ màu hồng chuyển sang không màu thì dừng lại. Trong lúc chuẩn độ bằng axit HCl 0,1N vào nước vôi trong thì phải liên tục lắc đều dung dịch nước vôi trong. Sau đó ghi lượng axit tiêu tốn vừa chuẩn để tính kết quả. Hình 3.20- Trước khi chuẩn độ tro trấu Hình 3.21- Sau khi chuẩn độ tro trấu Hình 3.22-Trước khi chuẩn độ tro xơ dừa Hình 3.23-Sau khi chuẩn độ tro xơ dừa Cho thêm 50ml nước vôi bão hòa và lắc lại trong 1 phút nữa. Sau đó lại đặt bình định mức vào tủ sấy lưu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Sau khi lưu mẫu 15 phút lấy bình ra lắc 1 phút và tiếp tục lưu mẫu 15 phút ở nhiệt độ 95oC. Sau lần lưu mẫu thứ 2, lại lấy bình định mức ra hút 51ml dung dịch và chuẩn như lần trước. Quá trình thí nghiệm lặp lại như trên đến khi đủ 15 lần chuẩn. Thí nghiệm 3: Đúc mẫu Từ các quá trình kiểm tra vật liệu thì sẽ đến quy trình đúc mẫu. Đầu tiên cần chuẩn bị đầy đủ dụng cụ và thiết bị. Các dụng cụ và thiết bị phải sạch sẽ và khô ráo. Thiết bị trộn Máy trộn vữa xi măng, bàn giằng, khuôn 40x40x160mm, cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,1g, đồng hồ bấm giây Hình 3.24- Máy trộn vữa xi măng Hình3.25- Bàn giằng Hình 3.26- Khuôn đúc mẫu 40x40x160mm Hình 3.27-Cân kỹ thuật Nguyên liệu cần có là cát tiêu chuẩn ISO ( cát thiên nhiên giàu silic gồm tốt nhất là các hạt tròn cạnh có hàm lượng SiO2 không ít hơn 98%, hàm lượng ẩm nhỏ hơn 0,2%). Ở đây cát tiêu chuẩn ISO được đóng gói vào từng túi plastic riêng biệt với khối lượng 1350 ± 5g, loại vật liệu dùng làm bao bì không được gây ảnh hưởng đến kết quả thử cường độ. Hình 3.28- Mặt trước và mặt sau của bao cát tiêu chuẩn ISO Xi măng là loại xi măng đạt tiêu chuẩnvà không được để quá 24 giờ ngoài không khí kể từ lúc lấy mẫu đến lúc đúc mẫu. Xi măng dùng trong thí nghiệm là xi măng Holcim loại hỗn hợp PCB40 ( từ 40 đến dưới 50 MPa). Hình 3.29- Xi măng để thử nghiệm Nước cất được sử dụng cho các phép thử công nhận. Còn đối với các thử nghiệm khác thì sử dụng nước uống. Ở đây dùng nước sinh hoạt. Hình 3.30- Nước dùng để đúc mẫu Từ các thiết bị, nguyên liệu trên có thể tiến hành đúc mẫu vữa. Khi chế tạo vữa cần thì tỷ lệ khối lượng bao gồm một phần xi măng 3 phần cát tiêu chuẩn và một nửa phần là nước ( tỷ lệ nước/xi măng =0,5). Một mẻ cho ba mẫu thử sẽ gồm: 450g± 2g xi măng, 1350g±5g cát và 225g±1g nước. Ở đây cần thí nghiệm để cho chất phụ gia là tro trấu thay thế một phần xi măng và lấy tỷ lệ thí nghiệm là 10% và 20%. Với các tỉ lệ như vậy thì các tỉ lệ khác nhau khi phối trộn giữa chất phụ gia và xi măng như sau: Bảng 3.1- Tỷ lệ phối trộn giữa chất phụ gia và xi măng Thành phần Đối với tro trấu Đối với tro xơ dừa Mẫu 10% Mẫu 20% Mẫu 10% Mẫu 20% Xi măng và tro 405g+45g tro±2g 360g+90g tro±2g 405g+45g tro±2g 360g+90g tro±2g Cát 1350g±1g 1350g±1g 1350g±1g 1350g±1g Nước 225g±1g 225g±1g 225g±1g 225g±1g Hình 3.31- Tro trấu sau khi nung Hình 3.32- Tro trấu được trộn với xi măng Hình 3.33- Tro xơ dừa sau khi nung Hình 3.34- Tro xơ dừa được trộn với xi măng Dùng máy trộn để trộn mỗi mẻ vữa. Máy trộn khi đã ở vị trí thao tác, cần tiến hành như sau: + Đổ nước vào cối và thêm xi măng. Khởi động máy trộn ngay và cho chạy ở tốc độ thấp trong vòng 30 giây, sau 30 giây thêm cát từ từ trong suốt 30 giây. Dùng đồng hồ bấm giờ để có thể kiểm tra chính xác. Bật máy trộn và cho máy chạy ở tốc độ cao, tiếp tục trộn thêm 30 giây. + Dừng máy trộn 90 giây. Trong vòng 15 giây đầu dùng bay cao su cào vữa bám ở thành cối, ở đáy cối và vun vào giữa cối. Tiếp tục trộn ở tốc độ cao trong 60 giây nữa. + Sau khi trộn mẫu thử tiếp đó sẽ chế tạo mẫu thử bằng khuôn có hình lăng trụ có kích thước 40mm x 40mm x 160mm. Muốn chế tạo mẫu thử bằng khuôn thì việc đầu tiên cần kiểm tra lại khuôn và cho các thanh khuôn khít lại với nhau. Sau đó dùng một ít dầu nhớt bôi xung quanh toàn bộ diện tích tiếp xúc giữa khuôn và vữa. Lưu ý là chỉ nên bôi một lớp mỏng dầu nhớt vào không nên bôi qúa nhiều sẽ làm ảnh hưởng đến độ kết dính ở đáy khuôn của các vật liệu. Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi chuẩn bị xong vữa. Dùng một xẻng nhỏ thích hợp, xúc một hoặc hai lần để rải lớp vữa đầu tiên cho mỗi ngăn khuôn sao cho mỗi ngăn trải thành hai lớp thì đầy (mỗi lần xúc khoảng 300g) và lấy trực tiếp từ máy trộn, dùng bay lớn để rải đồng đều. Sau đó lèn lớp vữa đầu bằng cách đem khuôn lên bàn dằn và dằn 60 cái. Đổ thêm lớp vữa thứ hai dùng bay nhỏ dàn đều mặt vữa rồi lèn lớp vữa này bằng cách dằn thêm 60 cái. Gạt bỏ vữa thừa bằng bay nhỏ. Ngoài ra cũng cần phải miết mạnh bay và chuyển động bay liên tục lên bề mặt vữa trên khuôn để tạo độ láng mịn và tạo độ chắc đặc cho mẫu. Cũng dùng cái bay để gạt bằng mặt vữa và gạt bỏ vữa thừa trên rìa khuôn. Sau đó ghi nhãn hoặc đánh dấu các khuôn để nhận biết mẫu. Hình 3.36- Hai mẫu vữa có tỷ lệ 10% và 20% sau khi đúc khoảng 24 giờ Hình 3.37-Mẫu vữa 10% xơ dừa vừa đúc Hình 3.38- Mẫu 10% xơ dừa đúc sau 24 giờ + Khi đã đúc mẫu xong việc quan trọng tiếp theo là bảo quản mẫu. Khi đúc xong mẫu thì để mẫu ở một vị trí có nhiệt độ ổn định trong phòng mát mẻ và không được chồng chất khuôn lên nhau. + Để khuôn và mẫu sau 24 giờ thì lấy mẫu ra khỏi khuôn. Việc tháo dỡ khuôn phải rất thận trọng. Khi tháo dỡ khuôn sử dụng búa bằng cao su. Tháo dỡ khuôn cũng cần phải tiến hành nhanh chóng không nên vượt quá 20 phút trước khi ngâm mẫu vào trong nước để lưu mẫu. Sau khi tháo mẫu thì đánh dấu mẫu để ngâm trong nước và tiện phân biệt mẫu sau này, đánh dấu bằng bút lông. Hình 3.39- Hai mẫu vữa 10% và 20% tro trấu sau khi đã tháo khỏi khuôn Hình 3.40- Mẫu vữa xơ dừa 10% sau khi đã tháo khuôn Hình 3.41- Mẫu vữa xơ dừa 20% sau khi đã tháo khuôn Thí nghiệm 4: Kiểm tra tính chất cơ lý Sau khi tháo mẫu ra khỏi khuôn việc đầu tiên là phải bảo quản mẫu. Bảo quản mẫu hết sức quan trọng để giúp cho việc kiểm tra độ bền nén có được kết quả chính xác nhất + Khi đã đánh dấu xong mẫu thì nhận chìm mẫu ngay trong nước. Lưu ý khi đặt mẫu không nên chồng mẫu lên nhau để nước có thể tiếp xúc được hết cả 6 mặt của mẫu. Trong quá trình ngâm mẫu, không để mực nước trong hồ bị cạn. Hình 3.42- Ngâm hai mẫu tro trấu Hình3.43- Ngâm mẫu xơ dừa 10% + Sau 28 ngày ngâm mẫu thì lấy mẫu ra khỏi hồ để tiến hành kiểm tra độ bền nén của mẫu. Trước khi đo độ bền nén nên lau khô mẫu để tránh tình trạng nước có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Hình 3.44- Máy đo độ bền nén Hình 3.45- Thiết bị nén Hình 3.46- Đồng hồ đo độ bền nén (kN) + Đặt mẫu nằm ngang và đặt làm sao cho mẫu sao khi nén sẽ bị gẫy làm đôi vì một mẫu phải làm thí nghiệm hai lần mỗi lần đo thì đo trên một nửa lăng trụ. Chính vì thế cho một nửa mẫu này vào chính giữa các tấm ép rồi điều chỉnh tải trọng từ từ để cho ra kết quả chính xác nhất. Do máy của phòng thí nghiệm không phải là máy tự động vì thế cần điều chỉnh tải trọng bằng tay. Khi điều chỉnh cần điều chỉnh tốc độ tăng tải từ từ và lưu ý khi kim tải trọng đạt đến mức tối đa thì ghi kết quả. Sau khi xong thí nghiệm thì cần phải chỉnh cây kim thứ 2 trở lại vị trí ban đầu để tiếp tục thí nghiệm tiếp theo. CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA HOẠT TÍNH VẬT LIỆU Mẫu tro trấu và tro xơ dừa sau khi nung Hình4.1 - Mẫu tro trấu sau khi nung Hình 4.2- Mẫu tro xơ dừa sau khi nung Sau khi nung mẫu thì ở thí nghiệm hai này là kiểm tra hoạt tính của vật liệu. Đây là bước cơ sở quan trọng để quyết định đến hiệu quả của việc ứng dụng phế phẩm nông nghiệp là vỏ trấu và xơ dừa trong việc thay thế một phần xi măng. Trong thí nghiệm 2 này thì có 3 thí nghiệm nhỏ và kết quả của chúng như sau: Thông số Đơn vị Mẫu Mẫu tro trấu Mẫu tro xơ dừa Độ ẩm % 7.8 15 Độ hấp thu nước % 87.2 27.8 Độ hấp phụ vôi mg 156.24 99.17 Bảng 4.1- Kết quả thí nghiểm kiểm tra hoạt tính của vật liệu Nhận xét: Qua bảng kết quả trên thì thấy các mẫu tro trấu có độ hoạt tính rất mạnh ( do số mg CaO bị hấp phụ do 1mg mẫu lớn hơn 150(mg) mà mẫu hấp phụ lượng vôi càng nhiều thì chất phụ gia có hoạt tính càng cao). Còn xơ dừa thì thành phần chủ yếu của nó là cellulose nên khả năng hấp phụ vôi của nó chỉ ở mức độ trung bình ( do độ hấp phụ vôi chỉ nằm trong khoảng 60 ÷ 100 (mg)) là hợp lý. Ngòai ra độ ẩm của xơ dừa nhiều hơn của nước là do trong dừa cũng có chứa một khỏang 5% thành phần là nước vì xơ dừa chứa nhiều cellulose nên khả năng hút ẩm của nó phải cao hơn vỏ trấu. Độ hấp thu nước của tro trấu cao hơn của xơ dừa là do tro trấu có các rất mịn và nhẹ vì thế bề mặt hấp thu nước của tro trấu lớn còn xơ dừa các hạt của nó lớn hơn và cũng nặng hơn tro trấu. Để chứng minh được điều đó thì qua quá trình đúc mẫu nhận thấy ở cùng một khối lượng thì tro trấu chiếm nhiều thể tích hơn xơ dừa. Kết quả thí nghiệm kiểm tra tính chất cơ lý Hình 4.3: Mẫu vữa tro trấu 10% và 20 % sau khi ngâm 28 ngày Hình 4.4: Mẫu vữa tro xơ dừa 10% và 20% sau khi ngâm 28 ngày Thí nghiệm nén trên 6 nửa mẫu (từ 3 mẫu dài, sau khi uốn gãy). Mỗi giá trị không được vượt quá giá trị trung bình ±10% và chia cho mỗi giá trị là 160mm (đơn vị là MPa=1N/mm2). Tính trung bình 6 kết quả. Theo tiêu chuẩn nếu có giá trị nào lệch quá 10% giá trị trung bình thì bỏ giá trị đó và tính trung bình 5 mẫu còn lại. Nếu 1 trong 5 mẫu còn lại có giá trị lệch quá trung bình 10% thì bỏ toàn bộ. Bảng 4.2- Kết quả đo độ bền nén của mẫu Số lần Mẫu vữa phối trộn với tro trấu Mẫu vữa phối trộn với tro xơ dừa Tro trấu 10% Tro trấu 20% Tro xơ dừa 10% Tro xơ dừa 20% N N/mm2 N N/mm2 N N/mm2 N N/mm2 1 5765 36.0 3777 23.6 3489 21.8 2720 17.0 2 5921 37.0 4139 25.9 3605 22.5 2740 17.1 3 5874 36.7 3812 23.8 4238 26.5 2680 16.8 4 6018 37.6 3710 23.2 3721 23.3 2760 17.3 5 6049 37.8 3817 23.9 3352 20.9 2720 17.0 6 6767 42.3 4317 27.0 3936 24.6 2600 16.3 TB 6065.7 37.9 3928.7 24.6 6065.7 37.9 2703.3 16.9 Nhận xét: Qua 4 kết quả đo độ bền nén thì thấy khả năng đúc mẫu và kết quả kết quả đo độ bền nén có thể tin cậy được. Do sự sai số giữa các mẫu với giá trị trung bình vẫn thỏa so với yêu cầu của TCVN 6016-1995. Độ bền nén trung bình của các mẫu vữa Bảng 4.3- Kết quả đo độ bền nén trung bình của mẫu Đơn vị Giá trị trung bình của mẫu vữa Tro trấu 10% Tro trấu 20% Tro xơ dừa 10% Tro xơ dừa 20% N 6065.7 3928.7 3723.5 2703.3 N/mm2 37.9 24.6 23.27 16.9 Hình 4.5- Biểu đồ so sánh độ bền nén giữa mẫu vữa của tro trấu với tro xơ dừa Hình 4.6- Biểu đồ so sánh 4 mẫu vữa của tro trấu và tro xơ dừa Nhận xét: Qua hai biểu đồ nhận thấy mẫu tro trấu có độ bền nén cao hơn tro xơ dừa và khi tỷ lệ tro trấu hoặc tro xơ dừa càng phối trộn với xi măng càng cao thì độ bền nén càng giảm. Điều đó sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu. Ngoài ra độ bền nén của mẫu xi măng đối chứng trong khoảng 40-43 N/mm2. Chính vì thế nếu độ bền nén quá thấp thì đồng nghĩa với việc khả năng chịu lực cũng rất thấp. Kết quả độ bền nén của mẫu xi măng quá thấp thì việc áp dụng nó vào thực tiễn là điều không nên làm. Ngoài ra qua biểu đồ nhận thấy tro trấu 10% có độ bền nén cao nhất tiếp đó là mẫu tro trấu 20% rồi đến mẫu tro xơ dừa 10% và cuối cùng là mẫu tro xơ dừa 20%. Qua biểu đồ và kết quả thì ở tỷ lệ tro trấu 10% là 37.9 N/mm2 là có thể áp dụng vào thực tế do không chênh lệch nhiều so với mác xi măng chuẩn dao động khoảng 40-43N/mm2. Vậy ở mẫu tro trấu này thì có thể chấp nhận được. Tóm lại từ hai kết quả thí nghiệm trên cũng rút ra được kết luận là do trong xơ dừa không chứa hàm lượng SiO2 nên không tạo ra được độ hoạt tính từ đó không tạo ra được độ kết dính bền vững trong mẫu vữa. Kết quả đó rất hợp lý. Chính vì thế mà mẫu vữa trong tro xơ dừa không thể ứng dụng thực tế được do độ bền nén của chúng quá thấp. Ngoài ra các hạt của chúng lại to và rời rạc cũng là nguyên nhân làm cho độ kết dính giảm đáng kể và không tạo ra được độ láng mịn tạo cho mẫu không được đều trong khi đúc mẫu vì thế nếu áp dụng làm vật liệu xây dựng sẽ gây nguy hiểm cho công trình xây dựng. Vậy hai mẫu tro xơ dừa này không nên áp dụng vào trong thực tế để thay thế một phần xi măng làm vật liệu xây dựng. Mẫu tro trấu 10% đạt yêu cầu do mẫu tro trấu 10% là phụ gia có hàm lượng SiO2 rất lớn đạt trên 90% nên độ hoạt tính của tro trấu rất lớn tương với cận dưới của Silicafume. Ngoài ra hạt tro trấu rất mịn nên cùng với xi măng có tác dụng nhét khe kẽ cốt liệu và cả xi măng làm cho bê tông đặc chắc hơn, có độ chống thấm cao hơn. Các thành phần hoạt tính của nó tương tác với vôi Ca(OH)2 do xi măng thuỷ hoá sinh ra trong bê tông để biến Ca(OH)2 dễ hoà tan, kết tinh yếu, kém bền vững thành CSH (hydro canxi silicat) kết tinh bền vững. Nói chung tro trấu cải thiện cấu trúc, làm cho bê tông đặc chắc hơn có nhiều khả năng áp dụng vào làm công trình xây dựng nhất do mác xi măng của nó đạt được là 37.9N/mm2 có thể thích hợp dùng làm vữa để trát tường hoặc trần nhà do hoặc có thể ứng dụng làm bê tông có mác trung bình khoảng từ 200-300 N/mm2 để xây nhà dân dụng. Không áp dụng tro trấu 20% để thay thế xi măng làm vật liệu xây dựng do tro trấu có độ hấp thu nước cao vì vậy nếu thành phần tro trấu trong xi măng nhiều sẽ dẫn đến việc vữa sẽ giảm độ bền nén do vữa rất khô không tạo nên được độ kết dính vì thế không tạo cho mẫu vữa độ chắc đặc còn nếu cho thêm nước vào để mẫu đạt đủ lượng ẩm và dẻo thì khả năng kết dính và độ hoạt tính của mẫu sẽ giảm đáng kể. Vậy mẫu có tỷ lệ tro trấu 20% loại. CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nước Việt Nam là một nước nông nghiệp chính vì thế việc áp dụng mô hình này là rất hợp lý. Mô hình này không chỉ tận dụng hết nguồn phế thải nông nghiêp do vỏ trấu mang lại giúp làm giảm ô nhiễm môi trường mà còn giúp giá thành vật liệu giảm do giá trấu rất rẻ chỉ từ khoảng 1000-2000 đồng/bao (khảo sát tháng 4 năm 2010 tại tỉnh Long An). Qua kết quả của quá trình nghiên cứu nhận thấy ở mẫu tro trấu 10% có độ bền nén cao nhất. Với hàm lượng tro trấu chiếm 10% trong tổng trọng lượng xi măng cần thiết để đúc mẫu theo TCVN 6016-1995 thì độ bền nén của mẫu đã đạt được đến 37.9N/mm2 có khả năng dùng để trát tường và trần. Ngoài ra cũng có thể ứng dụng mẫu tro trấu 10% này để đúc bê tông có mác trung bình từ 200-300 N/mm2 do mẫu bê tông có mác trung bình thường chỉ dùng xi măng có mác từ 35-40N/mm2. Những mẫu bê tông có mác trung bình thường dùng để xây nhà dân dụng. Để sản phẩm vữa đạt hiệu quả tốt nhất thì việc cần thiết là nên áp dụng kết quả mẫu vữa này ở những nơi có thời tiết ổn định và mát mẻ, tránh những nơi khô và nắng nóng sẽ gây ra hiện tượng nứt bề mặt tường hoặc sàn nhà do mẫu vữa bị khô và co ngót lại. Còn ba mẫu còn lại để đảm bảo tính chắc chắn cho thí nghiệm và áp dụng cho thực tế thì không nên sử dụng làm vật liệu xây dựng vì kết quả độ bền nén của chúng quá nhỏ < 25 so với mác vữa tiêu chuẩn. KIẾN NGHỊ Qua kết quả nghiên cứu nhận thấy được muốn phối trộn tro trấu vào xi măng với tỷ lệ cao mà mẫu vữa tạo ra cũng có hiệu quả thì nên nghiên cứu phối trộn chung với chúng những chất phụ gia khác làm giảm khả năng hấp thu nước của chúng để tránh tình trạng mẫu vữa quá khô và giảm độ bền nén do tính kết dính và độ hoạt tính của chúng giảm. Ngoài ra cũng có thể nghiên cứu thêm trong việc áp dụng tro trấu phối trộn chung với xi măng để tạo ra mẫu bê tông có mác cao hơn dùng để xây dựng những công trình lớn có độ bền nén cao hơn. Qua quá trình thí nghiệm nhận thấy để áp dụng mô hình này rộng rãi thì cần nên xây dựng một lò đốt sơ bộ vỏ trấu trước khi cho vào lò nung thì sẽ tiết kiệm được nhiên liệu hoạt động cho lò nung. Vì lò nung phải nung nhiệt độ rất cao nên việc sử dụng nhiên liệu để làm hoạt động lò nung cũng rất tốn kém. Ngoài ra nếu đưa thẳng vỏ trấu vào thì quá trình nung sẽ tốn rất nhiều thời gian để đạt được độ trắng tinh khiết. Không những thế nếu vận chuyển vỏ trấu tới nơi sản xuất tro trấu sẽ rất cồng kềnh do vỏ trấu rất nhẹ và khi nung sẽ còn lại tro trấu rất ít do đó sẽ làm giảm giá tính hiệu quả vì quá trình vận chuyển tốn nhiều kinh phí. Chính vì thế nếu khuyến khích người nông dân sử dụng vỏ trấu làm chất đốt như chạy máy xát lúa, lò nung gạch hay đun trấu dùng trong sinh hoạt thì khi các nhà doanh nghiệp đến thu mua phế phẩm tro trấu xám đó sẽ có lợi cho cả hai bên. Thứ nhất, người nông dân sẽ có nguồn nhiên liệu dùng sinh hoạt và sản xuất mà không phải tốn tiền mua những thứ nhiên liệu khá như gas, củi, than hay dầu ngoài ra người nông dân còn được trả tiền do doanh nghiệp thu mua số lượng tro trấu đó. Thứ hai, doanh nghiệp cũng đỡ một khoản chi phí khá lớn khi đỡ được nhiên liệu dùng trong khi nung và rút ngắn được thời gian. Thứ ba, cách thức như thế sẽ làm giảm đáng kể việc gây ảnh hưởng môi trường khi người nông dân sử dụng vỏ trấu làm chất đốt thay vì là than tổ ong hay than đá còn doanh nghiệp cũng không phải lãng phí nhiên liệu gây lãng phí tài nguyên môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tổng cục thống kê Việt Nam, năm 2009. TS Phạm Văn Lang , Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006. Bộ Nông nghiệp & PTNT (2007), báo cáo tình hình phế phẩm nông nghiệp, Hà Nội Th.S Huỳnh Thị Hạnh (2008), thí nghiệm chuyên đề xi măng, đại học quốc gia, đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh