Nhìn chung kết quả ban đầu cho thấy chất
lượng các mẫu nước sau khi ngâm các mẫu
bê tông đều đạt yêu cầu theo QCVN về chất
lượng nước khi phân tích các kim loại nặng
trên ICP. Đồng thời thông qua thử nghiệm cơ
tính thì các mẫu cốt liệu lớn cũng như các mẫu
bê tông đều đạt yêu cầu.
- Với tỉ lệ NGW 60 %, xi măng 35 % và muội
silic 5% thì cho vữa, cốt liệu lớn đạt cường độ
chịu uốn và chịu nén cao sau 90 ngày lần lượt
là 1,60 MPa và 47 MPa đạt vữa mác M400.
- Bước đầu đã tìm được kích thước và hình
dạng của cốt liệu lớn, hình lập phương có kích
thước D
max = 20 mm cho cường độ chịu nén
của bê tông là lớn nhất sau 28 ngày khoảng 35
MPa gần bằng cường độ của bê tông M400.
Như vậy, nếu những công trình xây dựng yêu
cầu về chỉ tiêu cường độ thấp hơn M350 thì có
thể dùng cốt liệu lớn này để thay thế cho đá
dăm truyền thống.
- Muội silic có kích thước siêu mịn nên có khả
năng bao quanh các hạt xi măng, lắp đầy các lỗ
vi rỗng mà các hạt xi măng không lọt vào được
11 trang |
Chia sẻ: yendt2356 | Lượt xem: 476 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu ban đầu về khả năng tái sử dụng hạt NIX thải, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
84 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC
NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT NIX THẢI
INITIAL RESEARCH ON ABILITY TO REUSE NIX GRAIN WASTE
Nguyễn Thắng Xiêm1, Trần Doãn Hùng2, Mai Nguyễn Trần Thành3
Ngày nhận bài: 25/8/2015; Ngày phản biện thông qua: 17/9/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016
TÓM TẮT
Ngày nay, việc tái sử dụng các sản phẩm từ vật liệu thải công nghiệp dùng làm phụ gia cho bê tông có
thể làm tăng tính bền vững cho ngành công nghiệp xây dựng. Trong bài báo này, khả năng sử dụng hạt nix thải
(NGW) như là cốt liệu lớn trong bê tông đã được kiểm tra thông qua thực nghiệm. Tiêu chuẩn pha trộn vữa và
bê tông mác M400 đã được sử dụng để pha trộn hỗn hợp. Nghiên cứu đã đưa ra ảnh hưởng của NGW đến cơ
tính, khả năng thấm nước, đánh giá mức độ độc hại đối với sức khỏe con người và môi trường khi sử dụng sản
phẩm bê tông từ NGW. Bê tông được thử nghiệm cường độ ở 7, 14, 28 và 90 ngày sau khi đúc. Sản phẩm cốt
liệu lớn từ NGW có bổ sung thêm các chất xúc tác và phụ gia tăng dẻo.
Từ khóa: hạt nix thải, xi măng Portland, cốt liệu thô, bê tông, cường độ chịu nén
ABSTRACT
Nowadays, the reuse of waste materials and industrial by-products in concrete could increase the
sustainability of the construction industry. In this paper, the potential of using nix grain waste (NGW) as coarse
aggregate in concrete was experimentally investigated. The grade mortar and concrete M400 was used for
mix design. The research has shown out the effect of NGW on the strength properties, water permeability, and
assesses the risks to human health and environment when using concrete products from NGW. The concrete
was tested strength for 7, 14, 28 and 90 days after casting the moulds. The produced from coarse aggregate
NGW have been used additional catalyst and plasticizers.
Keywords: nix grain waste, Portland cement, coarse aggregate, concrete, compressive strength
1,3TS. Nguyễn Thắng Xiêm, KS. Mai Nguyễn Trần Thành: Khoa Xây dựng - Trường Đại học Nha Trang
2TS. Trần Doãn Hùng, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Như chúng ta đã biết trước năm 2012,
vì lợi ích kinh tế mà công ty TNHH Hyundai
Vinashin (HVS) đã nhập công nghệ phun hạt nix
để đánh bóng bề mặt thân tàu [1]. Mặc dù, hạt
nix có hiệu quả sử dụng và kinh tế cao nhưng
các nước trên thế giới không khuyến khích sử
dụng do chúng gây ô nhiễm môi trường như ô
nhiễm bụi và tiếng ồn rất nghiêm trọng. Trong
thành phần bụi có bụi do lớp sơn bị bong ra từ
vỏ tàu, bụi do gỉ kim loại, dầu mỡ và thành phần
chủ yếu là bụi của hạt nix sau khi phun bị vỡ ra.
Trong hỗn hợp thì có nhiều tạp chất, nhiều kim
loại nặng độc hại làm ảnh hưởng không tốt tới
môi trường đất, nước, không khí do vượt quá
các tiêu chuẩn cho phép và gây nguy hiểm cho
sức khỏe cộng đồng, có thể gây tử vong nếu sử
dụng nước ngầm bị nhiễm nix cao.
Hiện nay, việc quản lý bãi thải này chỉ mang
tính tạm thời đó là xây tường gạch xung quanh
và bên dưới xây 1 lớp bê tông, bên trên chỉ
dùng các tấm tôn xi măng để che phủ (hình 1).
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 85
Tuy sử dụng các biện pháp như trên nhưng
khi trời mưa thì một lượng lớn NGW theo dòng
chảy ngấm vào trong đất và cây cối gây tình
trạng ô nhiễm nguồn nước, môi trường và là
tác nhân gây ngộ độc. Nếu không xử lý kịp thời
thì lượng chất thải này sẽ tồn đọng thành một
bãi chất thải rất lớn và có gió thì bụi chất thải
bay theo gây ảnh hưởng đến sức khoẻ đối với
dân cư và môi trường xung quanh khu vực
nhà máy.
Nhiều năm qua, mặc dù có nhiều dự án
và đề tài nghiên cứu thử nghiệm tái sử dụng
NGW như: dùng để phối trộn bê tông trong
các công trình xây dựng, nguyên liệu phụ gia
trong công nghiệp sản xuất xi măng, dùng
thay thế cát hoặc mạt đá trong bê tông nhựa
đường hay làm vật liệu đúc các cấu kiện bê
tông ngăn xói lở bờ biển, cầu cảng [2÷4]. Tuy
nhiên hầu hết các giải pháp đều dùng hỗn hợp
NGW để thay cát, theo tác giả là không hợp lý
do hỗn hợp có nhiều sắt vụn và kim loại nặng
sẽ nổi lên bề mặt trong quá trình trộn, đồng
thời xi măng thông thường không bao phủ hết
được các chất độc hại như chì, asen và các
hợp chất hữu cơ sẽ gây hại đến sức khỏe
của con người. Vì vậy rất khó trong việc tái sử
dụng chúng và đó là nguyên nhân không thể
ứng dụng chúng vào thực tế của nhiều đề tài
nghiên cứu trước đây.
Thấy được vấn đề này và trên cơ sở phân
tích đặc tính hóa lý của hạt nix, chúng tôi đã
tiến hành nghiên cứu sử dụng NGW của nhà
máy HVS để chế tạo cốt liệu lớn cấp phối bê
tông. Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hưởng
của hình dạng, kích thước và phụ gia đến cơ
tính của cốt liệu lớn và bê tông. Đồng thời,
đánh giá mức độ độc hại của sản phẩm đến
sức khỏe con người theo Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước mặt, nước ngầm,
nước ven bờ và nước thải công nghiệp. Đây là
một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực
tiễn cấp thiết, bước đầu chúng tôi cũng đã thu
được một số kết quả tương đối khả quan.
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Vật liệu
1.1. Tính chất vật lý và hóa học của hạt nix
trước và sau khi sử dụng
a) Tính chất vật lý của hạt nix (NG) và sau khi
sử dụng (NGW)
NG là vật liệu có dạng hạt cấu thành từ sắt,
đá vôi và oxit sillic (SiO2) trong quá trình luyện
đồng. Trong quá trình tinh luyện này, đồng tinh
khiết nóng chảy nằm dưới đáy bể trong khi
đó có 1 lớp không tinh khiết nổi trên bề mặt
người ta gọi là xỉ. Sau đó NG được hình thành
do đột ngột đông kết (bằng cách sử dụng các
biện pháp công nghiệp, nước biển hoặc làm
mát bằng không khí) từ trạng thái nóng chảy và
sau đó được rửa bằng nước áp lực cao (xem
hình 3a) [5].
Hình 1. Bãi chứa NGW được phủ bằng tôn xi măng chụp từ google earch (trái)
và tường bao bằng gạch (phải) được chụp ngày 6/12/2014
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
86 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Trong quá trình sửa chữa và đóng mới
tàu thuyền, HVS đã sử dụng NG để làm sạch
các vết bẩn bám trên bề mặt thân tàu. Quá
trình này đã phát tán một lượng lớn bụi kim
loại nặng vào trong không khí và dễ dàng
ngấm vào nguồn nước như hình 2b. Các tính
chất vật lý của NG và NGW được thể hiện ở
bảng 1.
(a) (b) (c)
Hình 2. Hình dạng của NG (a), NGW theo dòng chảy ngấm vào đất (b)
và SEM của NGW với độ phóng đại 35 lần (c)
Bảng 1. Các tính chất vật lý của hạt nix trước và sau khi sử dụng [13÷27]
Các tính chất vật lý NG NGW
Hình dạng Không đều (sắc, nhọn) Hạt hơi tròn đến góc cạnh
Màu sắc Đen sáng Đen và một số màu khác
Mùi Không mùi Có mùi
Nhiệt độ nóng chảy 1250 oC 1250 oC
Độ phát tán kim loại nặng Không vượt qua mức quy đinh Vượt quá mức quy định
Tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng 43.2 % 41 %
Trọng lượng riêng 3.90 3.57
Mô đun độ lớn của hạt* 2.45 2.12
Độ cứng (6.7 ÷ 7.0) Mohs -
Độ hòa tan trong nước Không tan Không tan
Độ hút nước (0.3 ÷ 0.4) % (0.3 ÷ 0.4) %
Độ ẩm 0.1 % 3.09 %
Hàm lượng bụi bẩn 0.2 % 1.30 %
* Mô đun độ lớn của NG và NGW được tính thông qua việc tính lượng sót riêng biệt và tích lũy được mô tả ở bảng 2.
Bảng 2. Mô đun độ lớn của NG và NGW
Cỡ sàng tiêu
chuẩn [mm]
NG NGW
Lượng sót
trên sàng [g]
Lượng sót riêng
biệt [%]
Lượng sót tích
lũy [%]
Lượng sót trên
sàng [g]
Lượng sót riêng
biệt [%]
Lượng sót tích
lũy [%]
5,0 0 0 0 0 0 0
2,5 21 4,2 4,2 0 0 0
1,25 98 19,6 23,8 89 8,9 8,9
0,63 161 32,2 56 362 36,2 45,1
0,315 37 7,4 63,4 272 27,2 72,3
0,14 170 34,0 97,4 136 13,6 85,9
Bottom 13 2,6 100 141 14,1 100
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 87
Từ bảng 3 ta thấy rằng, NGW tồn tại nhiều
kim loại nặng độc hại và hợp chất hữu cơ đều
vượt các tiêu chuẩn cho phép, những chất độc
hại này có thể gây ra nhiều nguy hiểm cho sức
khỏe con người. Và theo bảng 2, mô đun độ
lớn của NGW đã nhỏ đi nhiều sau khi bắn phá
vào thân tàu khoảng 2,12 nên chúng có thể di
chuyển xa và chui được vào nhiều nơi, kể cả
cơ thể con người. Điều đặc biệt trong phân tích
thì thành phần SiO2 cũng tương đối cao, nó rất
thích hợp để tạo phản ứng thủy hóa, giúp hỗn
hợp liên kết được tốt hơn.
1.2. Một số phụ gia
1.2.1. Muội silic
Muội silic có dạng hình cầu, bề mặt trơn
phẳng, hạt có đường kính trung bình khoảng
150 nm chỉ bằng khoảng 1/100 cỡ hạt của xi
măng. Muội silic có khối lượng đơn vị ở trạng
thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng (0,15 ÷ 0,2)
tấn/m3. Muội silic có hàm lượng ôxit silíc hoạt
tính cao vào khoảng (85 ÷ 98) %. Muội silic
được dùng chủ yếu làm nguyên liệu tạo thêm
tính chất pozzolan cho bê tông cường độ
cao chế tạo từ xi măng Portland. Khi được
thêm vào thành phần của hỗn hợp vữa NGW,
muội silic sẽ bao quanh các hạt xi măng, NGW
và lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ mà các hạt xi
măng không lọt tới được. Làm cho khối hỗn
hợp được đặc chắc hơn, hình thành một môi
trường xi măng - NGW có tính liên tục và đồng
nhất cao sau khi hỗn hợp ninh kết, và làm tăng
khả năng chịu lực của đá nhân tạo, tạo nên bê
tông cường độ cao [6, 7].
1.2.2. Phụ gia chống thấm
Dùng để bọc cốt liệu lớn ngăn cản sự tiếp
xúc giữa nước với NGW, đồng thời làm tăng
khả năng kháng hóa chất, tăng cường độ cho
mẫu và giảm thiểu độ co ngót, nứt nẻ của mẫu.
2. Phương pháp chế tạo mẫu
2.1. Chế tạo cốt liệu lớn theo mác vữa M400
Vữa được chế tạo theo TCVN 6016: 1995
với tỷ lệ 60% hạt nix, (30 ÷ 40) % xi măng và
phụ gia (0 ÷ 10) %, đồng thời xác định lượng
nước vừa đủ để vữa đạt được độ dẻo yêu cầu.
Sau khi trộn xong, đổ vữa vào các loại khuôn
để chế tạo cốt liệu lớn (có kích thước và hình
dạng khác nhau) và đổ vào khuôn hình lăng trụ
có kích thước (40 x 40 x 160) mm để xác định
Mô đun độ lớn của NG: Mđl =
4,2 + 23,8 + 56 + 63,4 + 97,4
= 2,45
100
Mô đun độ lớn của NGW: Mđl =
8,9 + 45,1 + 72,2 + 85,9
= 2,12
100
b) Tính chất hóa học của NGW
Hạt nix sau khi sử dụng còn có thêm một số nguyên tố sau: C hữu cơ, As, Cr, Ni, sơn, dầu mõ,
chất bẩn, sắt vụn và một số kim loại nặng khác (bảng 3).
Bảng 3. Thành phần hóa học của NGW sau khi sử dụng
TT Chỉ tiêu phân tích Hàm lượng tổng [μg/l]
1 Sắt (Fe) 266
2 Kẽm (Zn) 7399
3 Đồng (Cu) 7042
4 Chì (Pb) 1113
5 Cadimi (Cd) 14,4
6 Crôm (Cr) 166,8
7 Thủy ngân (Hg) 0,54
8 Asen (As) 28
10 Sơn và HC (%) 0,54
11 C hữu cơ (%) 2,54
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
88 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
cường độ chịu uốn và nén. Gõ nhẹ khuôn
xuống nền nhà hay để lên bàn giằn (đối với
khuôn hình lăng trụ) nhằm loại bỏ không khí,
đồng thời giúp phần lớn NGW được dồn vào
giữa. Sau đó dùng thước thẳng gạt bỏ phần
vữa thừa trên bề mặt khuôn và dưỡng hộ mẫu
ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ. Sau 48 giờ tháo
mẫu ra khỏi khuôn và tiếp tục ngâm dưỡng hộ
mẫu ở trong nước cho đến khi thử mẫu ở 7,
14, 28 và 90 ngày (hình 4).
Hình 4. Quy trình chế tạo cốt liệu lớn
2.2. Phương pháp phân tích mẫu nước
Các mẫu hạt nix, mẫu MWG nung trên
1000oC, mẫu vữa có NGW, mẫu vữa bọc bằng
geopolymer, mẫu bê tông không có NGW và
các mẫu bê tông có NGW được ngâm trong
mẫu nước cất có pH = 6,5 giống như nước
mưa với thời gian 2 tuần. Quy trình thí nghiệm
được trình bày trong hình 5 như sau:
Hình 5. Phương pháp phân tích mẫu nước
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 89
Lấy 500 g NGW và 500 g NGW sau khi
nung 1000oC ngâm trong 2,5 lít nước cất.
Lấy 3 mẫu vữa có hạt nix thải có kích thước
(40 x 40 x 160) mm, có khối lượng riêng là 2,24
g/cm3 ngâm trong 3,5 lít nước cất.
Các mẫu bê tông có và không có NGW
có kích thước (150 x 150 x 150) mm, có khối
lượng 7,9 kg trong 3,5 lít nước cất.
Nước ngâm các loại mẫu được lấy ra phân
tích sau 2 tuần và dùng máy khối phổ phát xạ
plasma phản ứng cao tần ICP-MS.
2.3. Chế tạo bê tông theo mác M400
Trước khi trộn bê tông cần xác định chính
xác cấp phối bê tông, nghĩa là tìm ra tỷ lệ hợp
lý các loại nguyên vật liệu nước, xi măng, cát,
cốt liệu lớn và phụ gia cho các mẻ trộn bê tông
để đạt các chỉ tiêu kỹ thuật. Sau đó kiểm tra độ
sụt của hỗn hợp bê tông và điều chỉnh thành
phần vật liệu để hỗn hợp bê tông đạt độ sụt.
Tiếp theo đổ hỗn hợp vào khuôn đúc có kích
thước (150 x 150 x 150) mm và dựa trên tiêu
chuẩn TCVN 3105:1993 [8]. Sau khi đổ hỗn
hợp vào khuôn xong, cho khuôn lên bàn rung
cho tới khi thoát hết bọt khí lớn và hồ xi măng
nổi đều, rồi dùng bay gạt bỏ hỗn hợp thừa và
xoa phẳng mặt mẫu. Tiếp theo các mẫu được
phủ ẩm trong khuôn ở nhiệt độ phòng trong
72 giờ, sau đó tháo khuôn rồi tiếp tục ngâm
dưỡng hộ mẫu ở trong nước cho đến ngày thử
mẫu (hình 6).
Hình 6. Quy trình chế tạo mẫu bê tông kích thước (150 x 150 x 150) mm
2.4. Ảnh hưởng của phụ gia đến đến cơ tính
của vữa
Mỗi loại mẫu vữa có thành phần khác nhau
thì được đặt tên từ V1 ÷ V6 như bảng 4. Nhằm
tận dụng tối đa lượng NGW có trong hỗn hợp
mẫu vữa, tác giả đã tính chọn tỷ lệ NGW là 60
% và lượng nước cũng được cố định trong tất
cả các loại mẫu là 185 lít/m3.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
90 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
2.5. Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng
của cốt liệu lớn đến đến cơ tính của bê tông
Mỗi loại bê tông đều được ký hiệu từ B1 ÷
B5 theo kích thước và hình dạng của cốt liệu
lớn như bảng 5. Loại B2 ÷ B5 là sử dụng cốt
liệu lớn có chứa NGW và có khối lượng riêng
gần bằng nhau là 2,24 g/cm3. Loại B1 dùng cốt
liệu lớn là đá dăm được khai thác từ thiên nhiên
có Dmax = 30 mm, có khối lượng riêng là 2,65
g/cm3. Loại B2 dùng cốt liệu lớn có hình dạng
giống viên kim cương với D max = 30 mm. Loại
B3 dùng cốt liệu lớn có hình dạng lập phương
với Dmax = 20 mm. Loại B4 dùng cốt liệu lớn có
dạng hình lăng trụ có đáy là tam giác với Dmax
= 30 mm. Loại B5 dùng cốt liệu lớn có dạng
hình nón cụt có đáy là hình tròn với Dmax = 10
mm. Độ sụt của tất cả các loại hỗn hợp bê tông
khoảng từ (60 ÷ 80) mm.
Bảng 4. Thành phần của mẫu vữa với các tỷ lệ khác nhau
Hỗn hợp
Thành phần V1 V2 V3 V4 V5 V6
Xi măng [kg/m3] 400 400 300 350 370 0
Cát [kg/m3] 600 0 0 0 0 100
Hạt nix [kg/m3] 0 600 600 600 600 600
Nước [lít/m3] 185 185 185 185 185 185
SiO2 [kg/m
3] 0 0 100 50 30 0
Sika [kg/m3] 0 0 0 0 0 300
Bảng 5. Thành phần của mẫu vữa với các tỷ lệ khác nhau
Hỗn hợp
Thành phần B1 B2 B3 B4 B5
Khối lượng riêng [kg/m3] 2340 2300 2360 2560 2290
Độ hút nước [%] 5,4 6,8 6,5 7,1 7,2
Xi măng [kg/m3] 315 315 315 315 315
Cát [kg/m3] 690 690 690 690 690
Cốt liệu lớn [kg/m3] 1000 1008 1008 1008 1008
Nước [lít/m3] 180 180 180 180 180
SiO2 [kg/m
3] 50 50 50 50 50
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Ảnh hưởng của phụ gia đến đến cơ tính
của vữa
Hình 7 thể hiện cường độ chịu nén và
uốn của 6 loại mẫu vữa. Hình 7 (trái) cho thấy
quá trình phát triển cường độ cường độ chịu
uốn theo thời gian một cách bình thường của
mẫu V1 với tỷ lệ 40 % xi măng và 60 % là
cát. Nhưng hầu hết các mẫu vữa còn lại khi
trộn với NGW thì cường độ chịu uốn sau 28
ngày cho kết quả giảm. Tuy nhiên, ở mẫu V4
khi thêm 5 % phụ gia SiO2 thì cường độ chịu
uốn của mẫu sau 90 ngày gần như không đổi
(khoảng 1,60 MPa). Điều này có thể giải thích
rằng, SiO2 sẽ tác dụng với canxi hydrat (CH)
tạo thêm sản phẩm canxi silicat hydrat (CSH)
làm tăng thêm sự kết dính, có tác dụng liên
kết các thành phần của vữa thành một khối,
giảm thiểu các vết nứt tế vi. Đồng thời, các hạt
siêu mịn SiO2 còn điền đầy và lắp vào các lỗ
hổng trong hỗn hợp, làm cho bê tông trở nên
đặc chắc hơn, vữa sẽ có cường độ cao hơn và
chống thấm hiệu quả hơn.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 91
Từ hình 7 (phải) ta có thể thấy rằng, sự phát
triển cường độ chịu nén của tất cả các mẫu gần
như đúng theo quy luật. Tuy nhiên các loại mẫu
chứa NGW thì cường độ phát triển sau 7 và 14
ngày chậm hơn so với mẫu chuẩn V1. Mẫu V2
chỉ đơn thuần chứa xi măng và NGW nên sau 28
ngày thì cường độ chịu nén giảm khoảng 10%.
Cũng tương tự cường độ chịu uốn, mẫu V4
cũng cho kết quả cao hơn các mẫu còn lại. Với
kết quả này, tất cả cốt liệu lớn của đề tài đều
được phối trộn theo tỷ lệ của mẫu V4.
2. Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng
của cốt liệu lớn đến đến cơ tính của bê tông
Hình 7. Cường độ chịu uốn (trái) và chịu nén (phải) của các loại mẫu vữa
Hình 8. Cường độ chịu nén của các loại mẫu bê tông (trái) và kết quả phân tích nồng độ các kim loại
có trong các mẫu nước (phải)
Hình 8 (trái) cho thấy tất cả các mẫu
đều có quá trình phát triển cường độ theo
thời gian một cách bình thường so với mẫu
chuẩn B1. Sau 7 ngày tuổi, các mẫu bê tông
có cốt liệu lớn là NGW không có nhiều chênh
lệch về cường độ chịu nén, nhưng sau 14 và
28 ngày tuổi thì cường độ chịu nén của mẫu
B3 đạt được cường độ lần lượt là 30 MPa và
35 MPa cao hơn hẳn so với các mẫu còn lại.
Mẫu B3 có khối lượng riêng là 2360 kg/m3 và
độ hút nước khoảng 6,5 %. Với kết quả này
bước đầu cho thấy sự khả quan khi ứng
dụng chúng vào thực tế, ta có thể sử dụng
cốt liệu lớn này để làm các công trình có yêu
cầu thấp hơn mác M350.
Hình 9 cho thấy khả năng liên kết và bám
dính của mẫu B3 là tốt hơn rất nhiều nhiều
so với mẫu B2 (có hình dạng giống viên kim
cương). Sự liên kết của các mẫu còn lại chỉ
bám dính theo mặt và có nhiều lỗ rỗng, trong
khi đó thì mẫu B3 thì vữa và cốt liệu lớn lại
liên kết với nhau dạng khối và ít có lỗ rỗng.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
92 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
3. Đánh giá mức độ nguy hiểm của sản phẩm
Đánh giá mức độ nguy hiểm của sản
phẩm tới sức khỏe của con người, thông
thường được kiểm nghiệm qua nguồn nước.
NGW có chứa nhiều kim loại nặng, đây là
một vấn đề đáng lo ngại cho người dân.
Phương pháp đánh giá là lấy mẫu nước
sau khi ngâm các mẫu trước và sau khi xử
lý để so sánh và phân tích các chỉ tiêu kim
loại trên thiết bị phân tích quang phổ phát
xạ nguyên tử ICP. Tác giả đã sử dụng các
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước mặt - QCVN 08:2008/BTNMT, nước
ngầm - QCVN 09:2008/BTNMT, nước ven
bờ - QCVN 10:2008/BTNMT và nước thải
công nghiệp - QCVN 24:2008/BTNMT
[9-12]. Các Quy chuẩn này quy định giá trị
giới hạn của nhiều thông số về chất lượng
nước. Tuy nhiên trong bài báo này, tác giả
chỉ tập trung vào mức giới hạn hàm lượng
tổng số của một số kim loại nặng như Sắt
(Fe), Asen (As), Cadimi (Cd), Đồng (Cu), Chì
(Pb), Kẽm (Zn), Thủy ngân (Hg) và Crôm (Cr)
có trong nước ngâm mẫu có chứa NGW.
Hình 9. Sự dính kết giữa vữa với cốt liệu lớn của mẫu B2 (trái) và mẫu B3 (phải) sau khi nén
Bảng 6. Nồng độ các kim loại nặng trong các dung dịch ngâm mẫu
Mẫu
Nguyên
tố [µg/l]
M1
(Mẫu
nước
cất)
M2
(Mẫu NGW)
M3
(Mẫu NGW
nung
1000oC)
M4
(Mẫu vữa có
chứa NGW sử
dụng PCB40)
M5
(Mẫu vữa có
chứa NGW sử
dụng polymer)
M6
(Mẫu bê tông
không có
NGW)
M7
(Mẫu bê tông
có NGW)
Fe 9,00 44,00 374,00 168,00 215,00 36,2 50,30
Zn 0,31 1121,40 37,10 23,80 20,20 0,37 0,52
Cu 0,64 6200,00 20,40 23,20 12,45 1,22 2,58
Pb 0,15 1,70 1,50 1,30 1,20 0,25 0,22
Cd 0,01 0,16 0,37 0,13 0,22 0,01 0,01
Cr 0,33 16,40 15,70 15,10 13,20 3,64 3,87
Hg 0,15 0,02 0,03 0,02 0,02 0,15 0,21
As 0,00 18,6 5,60 12,60 0,20 0,00 0,06
Từ các kết quả trong bảng 6 và so sánh với
các quy chuẩn Việt Nam của Bộ TN và MT về
chất lượng nước, ta có thể nêu ra một số nhận
xét như sau:
- Các mẫu không sử dụng hạt nix cũng
phóng thích một lượng kim loại nặng vào nước
ngâm mẫu.
- Các mẫu sau khi xử lý 1000 oC cũng đã
phần nào khống chế sự phát tán kim loại nặng
vào trong nước. So với Quy chuẩn 09:2008 về
chất lượng nước ngầm thì cách xử lý này cũng
đã đạt yêu cầu. Tuy nhiên nó cũng chưa xử lý
triệt để đối với Fe và As, nồng độ của các chất
này còn cao nếu đối chiếu với Quy chuẩn nước
biển ven bờ 10:2008.
- Từ hình 8 (phải) ta dễ dàng nhận thấy
rằng, mẫu M4 là mẫu vữa có chứa NGW dùng
xi măng PCB40 và M5 là mẫu vữa có chứa
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 93
NGW dùng vật liệu polymer thì nồng độ của
Fe vẫn còn cao hơn so với quy chuẩn về chất
lượng nước ven bờ QCVN 10:2008/BTNMT.
Còn đối với mẫu M7 là mẫu bê tông có cốt liệu
lớn chứa NGW cho kết quả tốt, nồng độ của
các kim loại nặng đều rất nhỏ và nằm trong
khoảng cho phép so với tất cả các quy chuẩn,
kể cả quy chuẩn khắc khe nhất là chất lượng
nước ven bờ.
Với kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy,
bê tông có cốt liệu lớn là NGW có thể áp dụng
được trong thực tế mà không ảnh hưởng đến
sức khỏe người dân.
IV. KẾT LUẬN
Nhìn chung kết quả ban đầu cho thấy chất
lượng các mẫu nước sau khi ngâm các mẫu
bê tông đều đạt yêu cầu theo QCVN về chất
lượng nước khi phân tích các kim loại nặng
trên ICP. Đồng thời thông qua thử nghiệm cơ
tính thì các mẫu cốt liệu lớn cũng như các mẫu
bê tông đều đạt yêu cầu.
- Với tỉ lệ NGW 60 %, xi măng 35 % và muội
silic 5% thì cho vữa, cốt liệu lớn đạt cường độ
chịu uốn và chịu nén cao sau 90 ngày lần lượt
là 1,60 MPa và 47 MPa đạt vữa mác M400.
- Bước đầu đã tìm được kích thước và hình
dạng của cốt liệu lớn, hình lập phương có kích
thước Dmax = 20 mm cho cường độ chịu nén
của bê tông là lớn nhất sau 28 ngày khoảng 35
MPa gần bằng cường độ của bê tông M400.
Như vậy, nếu những công trình xây dựng yêu
cầu về chỉ tiêu cường độ thấp hơn M350 thì có
thể dùng cốt liệu lớn này để thay thế cho đá
dăm truyền thống.
- Muội silic có kích thước siêu mịn nên có khả
năng bao quanh các hạt xi măng, lắp đầy các lỗ
vi rỗng mà các hạt xi măng không lọt vào được.
Do đó cốt liệu lớn được đặc chắc, hình thành
một môi trường liên tục và đồng nhất, làm tăng
khả năng chịu lực và độ bền của cốt liệu lớn
lẫn bê tông.
- Qua kết quả phân tích mẫu nước và so
sánh với các Quy chuẩn kỹ thuật về chất lượng
nước mặt, nước ngầm, nước ven bờ và nước
thải công nghiệp thì sản phẩm bê tông có cốt
liệu lớn là NGW không ảnh hưởng gây hại đến
sức khỏe con người và như vậy có thể áp dụng
rộng rãi trong xây dựng dân dụng.
- Về chỉ tiêu kinh tế, 1 m3 bê tông tươi sử
dụng cốt liệu lớn là NGW vào khoảng 1,2 triệu/m3
gần bằng giá so với bê tông tươi trộn bằng tay.
Nếu sắp tới sản xuất hàng loạt cốt liệu lớn thì
giá của sản phẩm sẽ giảm, đồng thời có thể
thay thế các vật liệu đá dăm tự nhiên nhằm hạn
chế khai thác tài nguyên, bảo vệ môi trường,
tạo việc làm cho người lao động và giảm chi
phí quản lý chất thải...
- Hiện nay nhóm nghiên cứu đã ứng dụng
dùng cốt liệu lớn để đổ cấp phối bê tông cho
ghế đá và thay 100 % đá dăm, bước đầu cho ra
sản phẩm đẹp, không gây ô nhiễm môi trường
và có độ bền cao.
Nghiên cứu bước đầu đã có nhiều kết quả
đáng khích lệ, hy vọng các nghiên cứu này có
thể mở ra cho ngành vật liệu một hướng đi mới
vô cùng khả quan vì những tính năng mà bê
tông đạt được.
LỜI CẢM ƠN
Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh
phí từ đề tài cấp Trường 04/2014/ĐTTR và
sự giúp đỡ của Trường ĐH kỹ thuật Liberec,
phòng TN VLXD Trường ĐH Nha Trang và
Viện Hải Dương Học trong việc chế tạo và
phân tích mẫu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Hà, S. Vì sao Hyundai thích “công nghệ hạt nix”? [cited 28.6.2014], Available from:
com/print/11484/207274.
2. Khánh, N.Q., Methods to minimize environment pollution of used NIX particle [Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm
môi trường do hạt NIX đã qua sử dụng gây ra tại Công ty đóng tàu biển Hyundai – Vinashin], 2006.
3. Hiệp, T.T., Nghiên cứu sử dụng hạt nix thải của nhà máy Hyundai làm bê tông xi măng, 2007.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016
94 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
4. Phương, P.T., Nghiên cứu sử dụng hạt Nix thải của Nhà máy tàu biển Hyundai Vinashin – Khánh Hoà dùng thay
cho cát để chế tạo bê tông ximăng trong xây dựng đường ôtô. Trường Đại học Giao thông vận tải, 2007.
5. Hà Yên, SAVACO thành công trong sử dụng hạt Nix, [cited 25.6.2014], Available from:
com.vn/kinh-te/200407/savaco-thanh-cong-trong-su-dung-hat-nix-1830044/.
6. Hữu, P.D., Vật liệu xây dựng mới, NXB Giao thông vận tải, 2011.
7. Muội silic, [cited 20.1.2015], Available from: https://vi.wikipedia.org/wiki/ Mu%E1%BB%99i_silic.
8. Tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng, NXB Xây dựng, 2005.
9. QCVN 08 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (National technical regulation
on surface water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008.
10. QCVN 09 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm (National technical regulation
on underground water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008.
11. QCVN 10 : 2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ (National technical
regulation on c oastal water quality). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008.
12. QCVN 24: 2009/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (National Technical
Regulation on Industrial Wastewater). Bộ Tài nguyên và Môi trường, Tổng cục Môi trường, 2008.
Tiếng Anh
13. Swennen, R., Copper slag used for abrasive blasting and heavy metal contamination, case study Van Phong bay,
Vietnam, 2009.
14. D.Brindha, Assessment of Corrosion and Durability Characteristics of Copper Slag Admixed Concrete.
International journal of civil and structural enigneering, 2010. Volume 1, No 2.
15. Pradeep, V., The Behaviour of Concrete in Terms of Flexural, Tensile & Compressive Strength Properties by
Using Copper Slag as an Admixture, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT),
2013. Volume 3, No 4.
16. Erdem, S., Chloride-Ion Penetrability and Mechanical Analysis of High Strength Concrete with Copper Slag,
Journal of Engineering Research and Applications, 2014. Volume 4, No 5.
17. Mobasher, B., Effect of copper slag on the hydration of blended cementitious mixtures, Materials Engineering
Conference, Materials for the New Millenium, 1996.
18. Alnuaimi, A., Effects of Copper Slag as a Replacement for Fine Aggregate on the Behavior and Ultimate
Strength of Reinforced Concrete Slender Columns. TJER, Volume 9, No 2, 2012.
19. Biswas, S., Erosion Wear Behaviour of Copper Slag Filled Short Bamboo Fiber Reinforced Epoxy Composites.
IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol. 6, No. 2, 2014.
20. Patnaik, B., An Experimental Investigation on Optimum Usage of Copper Slag as Fine Aggregate in Copper
Slag Admixed Concrete. International Journal of Current Engineering and Technology, Volume 4, No 5, 2014.
21. Selvi, T., Experimental Study on Concrete Using Copper Slag as Replacement Material of Fine Aggregate. Civil
& Environmental Engineering, Volume 4, No 5, 2014.
22. M.Fadaee, Investigation on using copper slag as part of cementitious material in self compacting concrete. Asian
journal of civil engineering, Volume 16, No 3, 2015.
23. marku, J., Optimization of copper slag waste content in blended cement production. Zastita materijala, Volume
51, 2010.
24. C. Lavanya, A review on utilization of copper slag in geotechnical applications. Proceedings of Indian
Geotechnical Conference, 2011.
25. Pundhir, S., Use of copper slag as construction material in bituminous pavements Journal of Scientifi c &
Industrial Research, Volume 64, 2005.
26. Singh, J., Use of copper slag in concrete. International Journal of Advanced Research in Engineering and
Applied Sciences, Volume 3, No 12, 2014.
27. R.Gupta, Utilization of copper slag and discarded rubber tyres in construction. International journal of civil and
structural engineering, Volume 3, No 2, 2012.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nguyen_thang_xiem_4264_2024343.pdf