ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

vectorstock.com/24597468

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG

Sinh viên chịu trách nhiệm chính: Phạm Thị Thu Hương Ngành học: Sư phạm Hóa học Khóa học: 2016 -2020 Khoa: Khoa học – Tự nhiên

Quảng Bình, năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG <SV 06.2018>

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên và kỹ thuật. Nhóm sinh viên thực hiện đề tài: 1. Phạm Thị Thu Hương – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020 2. Lê Thị Hạnh – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020 3. Nguyễn Thị Thu Hà – Ngành Sư phạm Hóa học – Khóa học: 2016 - 2020 GVHD: ThS. Nguyễn Đức Minh

Quảng Bình, năm 2019

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU A. MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ............................................................................... 1 2. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1 3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2 5. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 2 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 3 B. NỘI DUNG ............................................................................................................. 4 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ ............................. 4 1.1. Mía và tro bã mía .................................................................................................. 4 1.1.1. Giới thiệu về cây mía ........................................................................................ 4 1.1.2. Đặc tính chung của bã mía ................................................................................. 5 1.1.3. Giới thiệu về tro bã mía ...................................................................................... 6 1.1.4. Một số ứng dụng của bã mía tro bã mía .............................................................. 6 1.2. Xi măng và bê tông .............................................................................................. 8 1.2.1. Giới thiệu về xi măng ......................................................................................... 8 1.2.2. Giới thiệu về Bê tông ....................................................................................... 10 1.2.3. Một số ứng dụng của bê tông ........................................................................... 10 1.3. Phương pháp xác định thành phần tro bã mía - Phương pháp huỳnh quang tia X ( XRF) ........................................................................................................................ 10 1.3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 10 1.3.2. Cơ chế phát XRF ............................................................................................. 11 1.3.3. Nguyên lý ........................................................................................................ 11 1.3.4. Giới thiệu phần cứng 1 máy quang phổ huỳnh quang cơ bản ............................ 12 1.3.5. Ứng dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang ............................................. 13 1.3.6. Ưu nhược điểm phương pháp huỳnh quang tia X ............................................. 13 1.4. Các phương pháp xác định thành phần bê tông .................................................. 13 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TÔNG ............... 18

2.1. Hóa chất và dụng cụ: ........................................................................................... 18 2.2. Thực nghiệm ....................................................................................................... 18 2.2.1. Quá trình nung bã mía thành tro ....................................................................... 18 2.1.2. Quá trình tạo bê tông ........................................................................................ 19 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 20 3.1. Thành phần tro bã mía ........................................................................................ 20 3.2. Khảo sát điều kiện để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông ............................ 22 3.3. Quy trình sản xuất bê tông .................................................................................. 22 3.4. Ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông.............................................. 24 C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 26 1. Kết luận ................................................................................................................ 26 2. Kiến nghị ............................................................................................................... 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 27 1. Tiếng việt ............................................................................................................... 27 2. Tiếng anh ............................................................................................................... 27

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. Cây mía ở Việt Nam........................................................................................ 5 Hình 2. Bã mía............................................................................................................. 6 Hình 3. Nguyên lí hoạt động của phương pháp XRF .................................................. 11 Hình 4. Hiện tượng huỳnh quang khi bắn tia X .......................................................... 12 Hình 5. Phân tích mẫu kim loại .................................................................................. 12 Hình 6. Cấu trúc máy quang phổ huỳnh quang........................................................... 13 Hình 7. Thiết bị nén ................................................................................................... 14 Hình 8. Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông .................................. 14 Hình 9. Bã mía phơi khô ........................................................................................... 19 Hình 10. Tro bã mía ................................................................................................... 19 Hình 11. Phổ XRF của tro bã mía .............................................................................. 20 Hình 12. Các mẫu bê tông sau khi phối trộn............................................................... 23 Hình 13. Ảnh hưởng của % tro bã mía đến độ nén của bê tông .................................. 24

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Hệ số α tính theo TCVN ............................................................................... 16 Bảng 2. Hệ số chuyển đổi E ....................................................................................... 17 Bảng 3. Thành phần hóa học của tro bã mía ............................................................... 20 Bảng 4. Thành phần tro bã mía của một số đề tài Quốc tế đã công bố ........................ 21 Bảng 5. Thành phần hóa học của xi măng Pooclăng Sông Gianh PCB 40 .................. 22 Bảng 6. Tỉ lệ thành phần của bê tông ......................................................................... 23 Bảng 7. Độ nén của bê tông ...................................................................................... 24

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NCKH CỦA SINH VIÊN Năm học: 2018- 2019 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BÃ MÍA ĐỂ THAY THẾ XI MĂNG TRONG SẢN XUẤT BÊ TÔNG - Sinh viên thực hiện: 1) Họ, tên: Phạm Thị Thu Hương Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

2) Họ, tên: Nguyễn Thị Thu Hà Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

Khoa:

Khoa học tự nhiên Năm thứ: 3

3) Họ, tên: Lê Thị Hạnh Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

- Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đức Minh 2. Mục tiêu đề tài: + Nghiên cứu quá trình tạo tro từ bã mía và biện pháp thay thế xi măng bằng tro bã mía trong sản xuất bê tông. + Đánh giá hàm lượng của tro bã mía thay thế cho xi măng sẽ ảnh hưởng đến độ chịu nén, độ chịu lực của bê tông. + Làm cơ sở cho các bạn sinh viên cũng như những người quan tâm tìm hiểu về kỹ thuật sản xuất bê tông mới có chất lượng tốt và thân thiện với môi trường. 3. Kết quả nghiên cứu: + Điều kiện để nung bã mía thành tro là 7500C trong thời gian 3 giờ + Xác định thành phần hóa học có trong tro bĩa mía bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF) với hàm lượng K2O là cao nhất, chiếm 36,18%, hàm lượng SiO2 là 24,4 %, hàm lượng CaO là 14,98%. So sánh thành phần hóa học của tro bã mía với xi măng thì thấy chúng khá tương đồng. Vì vậy, có thể sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông. + Sử dụng tro bã mía để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông và tạo được 7 mẫu bê tông với tỉ lệ tro bã mía thay thế cho xi măng lần lượt là 0%; 2%; 4,5 %; 6,5%; 9%; 11,5%; 13,5% và nhận thấy tất cả các tỉ lệ đều làm tăng độ nén của bê

tông, trong đó với tỉ lệ thay thế xi măng bằng 4,5% tro bã mía cho độ nén cao nhất, tăng 3,5 lần so với mẫu bê tông không sử dụng tro bã mía để tay thế xi măng. Như vậy, đây là tỉ lệ phù hợp nhất để thay thế xi măng ứng dụng trong sản xuất bê tông. 4. Tính mới và sáng tạo: Điểm mới: Sử dụng nguyên liệu là bã mía, một thải chất thải có giá trị thấp để thay thế cho xi măng. Tạo vật liệu thân thiện với môi trường. Sáng tạo: Dùng tro bã mía để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông sẽ làm chất lượng bê tông cao hơn. 5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: + Có thể thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía ứng dụng trong sản xuất bê tông. Giảm thải lượng CO2 thải ra môi trường do hoạt động sản xuất xi măng gây ra. Có thể tiết kiệm được một phần chi phí khi sử dụng xi măng. + Tạo bộ cơ sở dữ liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên cũng như những người quan tâm đến vật liệu bê tông. + Có thể áp dụng vào thực tế, đặc biệt tạo ra loại bê tông với độ nén cao hơn so với khi dùng xi măng thông thường. 6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính (ký, họ và tên)

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài:

Ngày Trưởng khoa

tháng

năm

Giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Ảnh 4x6

Họ và tên: Phạm Thị Thu Hương Sinh ngày: 03/04/1997 Nơi sinh: Quảng Tùng – Quảng Trạch – Quảng Bình Ngành học: Sư phạm hóa học

Lớp: ĐHSP Hóa học – K58

Khóa: 58

Khoa: Khoa học Tự nhiên Địa chỉ liên hệ: Phạm Thị Thu Hương, 17/65 Hữu Nghị, phường Bắc Lý, TP. Đồng Hới, Quảng Bình Điện thoại: 0356539732

Email: phamthithuhuong03041997@gmail.com

II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang

học): * Năm thứ 1: Ngành học: Sư phạm hóa học

Khoa: Khoa học Tự nhiên

Kết quả xếp loại học tập: Khá Sơ lược thành tích: Đạt thành tích xuất sắc trong học tập và rèn luyện * Năm thứ 2: Ngành học: Sư phạm hóa học

Khoa: Khoa học Tự nhiên

Kết quả xếp loại học tập: Giỏi Sơ lược thành tích: Đạt học bổng KK học tập học kì 2 Ngày Xác nhận của khoa

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (ký, họ và tên)

A. MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu Bã mía được nhiều nhà khoa học Việt Nam quan tâm và sử dụng để nghiên cứu một số vấn đề như làm phân vi sinh, sản xuất etanol ... Huỳnh Quyền cùng các cộng sự tại Trung tâm Nghiên cứu công nghệ Lọc hóa dầu (ĐH Bách khoa TPHCM) đã thành công trong việc xây dựng quy trình công nghệ tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mía trong phòng thí nghiệm [6]. Nhóm tác giả Hồ Thanh Phong và Phương Thanh Vũ đã nghiên cứu ứng dụng bã mía chế tạo vật liệu Biocomposite. Kết quả cho thấy khi trộn 50% bã mía với polypropylen là tỉ lệ tối ưu để tạo composite [7]. Đã có một số công trình nghiên cứu về tro bã mía như sử dụng tro bã mía trong sản xuất gạch Ceramic của tác giả Nguyễn Thị Thu Phương và cộng sự [4], Khoa Hóa trường Đại học công nghiệp Hà Nội. Nhóm tác giả cho rằng, khi thay thế felspat (20%) bằng tro bã mía cũng không thay đổi các chỉ tiêu nghiên cứu của gạch Ceramic. Theo hiểu biết của chúng tôi thì tại Việt Nam, việc sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông chưa được nghiên cứu nhiều. Tuy nhiên, ở nhiều nước trên thế giới trong một vài năm gần đây rất chú ý đến việc sử dụng tro bã mía để thay thế cho một phần xi măng. Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Valencia và Đại học San Paolo [17] đã tạo ra loại bê tông mới rẻ tiền và ít gây ô nhiễm môi trường bằng cách sử dụng tro bã mía làm chất thay thế xi măng Portland. Nhóm nghiên cứu của Lathamaheswari, R. [14] đã nghiên cứu để sử dụng tro bã mía thay thế một phần xi măng trong bê tông. Họ đã thay thế xi măng bằng tro ba mía với các tỉ lệ 2,5; 5,0; 7,5; 10; 12,5% và nhận thấy tỉ lệ tối ưu là 7,5%. Một nghiên cứu khác của T. Gopi và T. N. Seshu Babu tại Ấn Độ lại cho rằng khi thay thế xi măng bằng 15% tro bã mía thì làm các tính chất của bê tông không thay đổi [13]. 2. Lý do chọn đề tài Ngày nay, nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng phổ biến và tăng mạnh. Trong năm 2018, lượng xi măng sản xuất tại nước ta được khoảng 80 triệu tấn. Trong quá trình sản xuất xi măng, một lượng lớn khí CO 2 được thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kín và hiện tượng nóng lên toàn cầu. Một số báo cáo cho rằng khoảng 5% tổng phát thải khí nhà kín trên toàn cầu là do quá trình sản xuất xi măng. Vì vậy, nhu cầu tìm kiếm vật liệu thay thế cho xi măng nhưng không làm thay đổi tính chất của nó đang là ưu tiên hàng đầu ở trong và ngoài nước. Một số loại vật 1

liệu được đã được đề xuất như tro bay, tro trấu, xỉ, cao lanh .... Bên cạnh đó, xi măng lại là một trong những thành phần chính của bê tông và góp phần tạo sự đông kết cho bê tông. Do đó, trong quá trình sản xuất bê tông ta có thể thay thế xi măng bằng một loại vật liệu khác nhưng không làm thay đổi khả năng chịu lực, độ nén của bê tông và không gây ảnh hưởng đến môi trường đang là xu hướng mà nhiều nhà khoa học đang quan tâm. Bã mía là một một chất thải rất phổ biến ở Việt Nam, có giá trị thấp và chúng thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên... Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vô cơ. Khi nung nóng từ 700 – 9000C, bã mía chuyển thành tro với thành phần của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2 chiếm khoảng 75%. Với thành phần như vậy chúng khá tương đồng với thành phần của xi măng và có thể làm nguyên liệu thay thế tốt cho xi măng. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông” nhằm đánh giá tỷ lệ tối ưu khi thay thế xi măng bằng tro bã mía trong quá trình sản xuất bê tông. 3. Mục đích nghiên cứu + Nghiên cứu quá trình tạo tro từ bã mía và biện pháp thay thế xi măng bằng tro bã mía trong sản xuất bê tông. + Đánh giá hàm lượng của tro bã mía thay thế cho xi măng sẽ ảnh hưởng đến độ chịu nén, độ chịu lực của bê tông. + Làm cơ sở cho các bạn sinh viên cũng như những người quan tâm tìm hiểu về kỹ thuật sản xuất bê tông mới có chất lượng tốt và thân thiện với môi trường. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập thông tin, tài liệu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nung bã mía trong lò nung để thu được tro bã mía. Sử dụng các phương pháp vật lý hiện đại như phương pháp huỳnh quang tia X để xác định thành phần các chất trong tro bã mía. Sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng tạo bê tông có chất lượng cao. Đo độ nén và độ chịu lực của bê tông nhằm đánh giá ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông. 5. Đối tượng nghiên cứu - Bã mía thu gom tại các khu vực trên địa bàn Đồng Hới 2

- Tro bã mía - Tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bã mía trong bê tông - Độ nén của bê tông. 6. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu điều kiện nung bã mía thành tro - Nghiên cứu thành phần tro bã mía - Ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông. - Tỷ lệ tối ưu khi thay thế tro bã mía bằng xi măng.

B. NỘI DUNG CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ 1.1. Mía và tro bã mía 1.1.1. Giới thiệu về cây mía [2] Mía có tên khoa học là sacharumof feiniruml, là ngành có hạt lớp một lá một mầm. Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới. Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m. Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp. Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường. Giá trị kinh tế của cây mía: Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường. Đường là một loại thực phẩm cần có trong cơ cấu bữa ăn hàng ngày của nhiều quốc gia trên thế giới, cũng như là loại nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành sản xuất công nghiệp nhẹ và hàng tiêu dùng như bánh kẹo... Về mặt kinh tế chúng ta nhận thấy trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch đó chứa khoảng 16-18% đường. Vào thời kì mía chin già người ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nước. Từ nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường. Có hai phương pháp chế biến bằng thủ công thì có các dạng đường đen, mật, đường hoa mai. Nếu chế biến qua các nhà máy sau khi lọc và bằng phương pháp ly tâm, sẽ được các loại đường kết tinh, tinh khiết. Ngoài sản phẩm chính là đường những phụ phẩm chính của cây mía bao gồm: Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía chứa trung bình 49% là nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45-55% cellulose) 2,5% là chất hoà tan (đường). Bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế. Mật gỉ chiếm 3-5% trọng lượng đem ép. Thành phần mật gỉ trung bình chứa 20% nước, đường saccaro 35%, đường khử 20%, tro 15%, protein 5%, sáp 1%, bột 4% trọng lượng riêng. Từ mật gỉ cho lên men chưng cất rượu rum, một ha với kỹ thuật sản xuất hiện đại của thế kỷ 21 có thể sản xuất 7000-8000 lít cồn để làm nhiên liệu. Vì vậy khi mà nguồn nhiên liệu lỏng ngày càng cạn kiệt thì người ta đã nghĩ đến việc thay thế 4

năng lượng của thế kỷ 21 là lấy từ mía, sản xuất men các loại. Một tấn mật gỉ cho một tấn men khô hoặc các loại axit axetic, hoặc có thể sản xuất được 300 lít tinh dầu và 3800 lít rượu. Từ một tấn mía tốt người ta có thể sản xuất ra 35-50 lít cồn 96o Bùn lọc chiếm 1,5-3% trọng lượng mía đem ép. Đây là sản phẩm cặn bã còn lại sau khi chế biến đường. Trong bùn lọc chứa 0,5% N, 3% Protein thô và một lượng lớn chất hữu cơ. Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh giầy, vv...Sau khi lấy sáp bùn lọc dùng làm phân bón rất tốt. Theo ước tính giá trị các sản phẩm phụ phẩm còn cao hơn 2-3 lần sản phẩm chính là đường. Mía còn là loại cây có tác dụng bảo vệ đất rất tốt. Mía thường trồng từ tháng 10 đến tháng 2 hàng năm là lúc lượng mưa rất thấp. Đến mùa mưa, mía được 4-5 tháng tuổi, bộ lá đã giao nhau thành thảm lá xanh dày, diện tích lá gấp 4-5 lần diện tích đất làm cho mưa không thể rơi trực tiếp xuống mặt đất có tác dụng tránh xói mòn đất cho các vùng đồi trung du.

Hình 1. Cây mía ở Việt Nam 1.1.2. Đặc tính chung của bã mía + Cấu tạo bã mía Chiều dài sợi khoảng: 0.15 ÷ 2.17 mm Chiều rộng khoảng : 21 ÷ 28 µm 1.3.2. Thành phần hóa học Xenlulozo : 51.4 % Heminxenlulozo : 22.7% Lignin : 18.2% 5

Chất hòa tan khác : 7.7% + Tính chất vật lý của bã mía Khối lượng riêng: ρ = %H2O . ρH2O + %Xenlulozơ . ρxen + 2.5%.ρđường Trong đó: ρxen = 0.8g/cm3 , chiếm 30% ρH2O = 1000kg/m3 = 1g/cm3 , chiếm 50% ρđường = 1.57g/cm3 , chiếm 2% Suy ra: ρ = 0,50*1 + 0,3*0.8 + 0,02*1,57 = 0,91g/cm3 + Nhiệt dung riêng: C = Ck + Trong đó: Ca = 4200J/kgK , Ck = Cxenlulozơ = 0.7 kcal/kgK = 2940 J/kgK Suy ra: C = 0.7 + = 0.85 kcal/kgK = 3570 J/kgK Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0.1 W/m.K

Hình 2. Bã mía 1.1.3. Giới thiệu về tro bã mía Bã mía là một chất thải rất phổ biến, có giá trị thấp và thường được sử dụng để làm chất đốt, sản xuất một lượng nhỏ ancol, lên men làm thức ăn chăn nuôi gia súc hay để phân hủy tự nhiên... Trong bã mía chứa lượng lớn cacbohydrat và một số chất vô cơ. Khi nung nóng từ 700 – 9000C, bã mía chuyển thành tro với thành phần chủ yếu của nó gồm SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, SO3 trong đó thành phần chính là SiO2 chiếm tỉ lệ cao. Tùy theo các điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác nhau mà thành phần tro bã mía cũng khác nhau. 1.1.4. Một số ứng dụng của bã mía tro bã mía a. Ứng dụng của bã mía + Tro bã mía được ứng dụng để làm phân bón cho cây trồng 6

+ Ứng dụng làm gạch Ceramit hoặc có thể thay thế một phần xi măng ứng dụng trong xây dựng + Sử dụng bã mía để xử lý ô nhiễm môi trường: Với thành phần chính là Xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở thành vật liệu tốt. Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường. + Sử dụng bã mía trong các lĩnh vực khác:  Sử dụng để trồng nấm linh chi: Bã mía sau chế biến khi trồng và thu hoạch nấm trở thành nguồn phân bón hữu cơ chất lượng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng mía. Qua quá trình nuôi cấy, cây nấm sẽ phân hủy bã mía thành các phân vi sinh nhờ enzyme. Các chất dinh dưỡng do nấm tiết ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phục vụ ngành sản xuất đường sạch.  Sử dụng bã mía làm ván ép : Bã mía chứa nhiều cellulose nên ngoài việc dùng để đốt còn được ứng dụng làm ván ép. Bã mía được dùng làm nguyên liệu thay thế gỗ dùng làm ván ép thông thường. Tuy nhiên để đạt được những yêu cầu không thấm nước, không bị nứt khi phơi ra nắng, cứng, dai, rẻ,…thì nhà sản xuất còn phải trộn thêm những phụ liệu khác như vỏ cà phê, lá thông, rơm rạ, sợi tre,..  Sử dụng bã mía tạo ra điện: Theo hiệp hội Mía đường Việt Nam, với công nghệ hiện đại, từ mỗi tấn mía cây có thể sản xuất được 100 kWh điện, dự báo đến năm 2020 cả nước sẽ sản xuất khoảng 24 triệu tấn mía – tương đương 2.400 MW, nếu phát huy thế mạnh tiềm năng này, ngành mía đường có thể đảm nhận khoảng 10% sản lượng điện quốc gia. Nhà máy đường Biên Hòa có tổng công suất 5.000 tấn mía/ngày. Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 – 750.000 tấn, tương đương 174.000 – 217.500 tấn bã. Mỗi ngày Đường Biên Hòa có thể bán ra lưới điện quốc gia tới 288MW điện, chưa kể lượng điện tự cung cấp để vận hành nhà máy. b. Ứng dụng của tro bã mía Tro bã mía được ứng dụng để làm phân bón cho cây trồng và mới đây thì chúng có thể ứng dụng làm gạch Ceramit hoặc có thể thay thế một phần xi măng ứng dụng trong xây dựng

1.2. Xi măng và bê tông [3,5] 1.2.1. Giới thiệu về xi măng Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng. Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào loại chất kết dính thủy lực. Thật ra xi măng trong xây dựng có thể là thủy lực hoặc không thủy lực. Các loại xi măng thủy lực tỉ như xi măng Portland cứng lại dưới tác động của nước do quá trình hydrat hóa khoáng vật, ở đây các phản ứng hóa học diễn ra không phụ thuộc vào lượng nước trong hỗn hợp nước-xi măng; loại xi măng này có thể giữ được độ cứng khi đặt chìm trong nước hoặc thường xuyên tiếp xúc với nước. Phản ứng hóa học xảy ra khi các xi măng khan được trộn với nước và sinh ra các hydrat không tan trong nước. Trong khi đó các xi măng không thủy lực như vữa thạch cao buộc phải để khô mới giữ được độ bền vật lý. Thành phần chính của xi măng là CaSiO3 và Ca(AlO2)2 , ngoài ra trong xi măng còn có các chất khác như SiO2, Al2O3, CaO, MgO,… Công dụng quan trọng nhất của xi măng chính là sản xuất vữa và bê tông, chất kết dính của các kết tủa tự nhiên hoặc nhân tạo để hình thành nên vật liệu xây dựng vững chắc, chịu được tác động thường thấy của môi trường. Xi măng được phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam dựa vào các tiêu chí cơ bản sau: theo loại và thành phần clanhke, theo tốc độ đóng rắn, theo mác xi măng và theo thời gian đông kết. Xi măng được phân theo loại và thành phần clanhke bao gồm bốn loại chính: xi măng poóc lăng; xi măng alumin; xi măng canxi sunfo aluminat ; các loại xi măng khác… Xi măng được phân loại theo tốc độ đóng rắn gồm 4 loại sau: + Xi măng đóng rắn chậm: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi nhỏ hơn cường độ nén ở 28 ngày tuổi dưới 40%.

+ Xi măng đóng rắn bình thường: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi lớn hơn cường độ nén ở 28 ngày tuổi từ 40% đến 70%. + Xi măng đóng rắn nhanh: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 3 ngày tuổi lớn hơn cường độ nén ở 28 ngày tuổi hơn 70%. + Xi măng đóng rắn rất nhanh: cường độ nén của mẫu chuẩn ở 6 giờ tuổi nhỏ lớn cường độ nén ở 28 ngày tuổi 70%. Xi măng được phân loại theo cường độ nén có thể chia làm ba loại chính: + Xi măng mác thấp (nhỏ hơn 30 MPa) + Xi măng mác trung bình (từ 30 MPa đến dưới 50 MPa) + Xi măng mác cao (từ 50 MPa) Xi măng được phân loại theo thời gian đông kết bao gồm 3 loại sau: + Xi măng đông kết chậm có thời gian đông kết trên 2 giờ + Xi măng đông kết bình thường có thời gian đông kết từ 45 phút đến 2 giờ + Xi măng đông kết nhanh có thời gian đông kết dưới 45 phút. (Thời gian đông kết được xác định dựa theo nguyên tắc quan sát độ lún của một kim loại hồ xi măng với độ dẻo tiêu chuẩn đến lúc nó đạt được giá trị đã quy định.) Vào năm 2010, sản lượng xi măng của thế giới là 3,3 tỉ tấn. 3 nước sản xuất xi măng nhiều nhất thế giới cũng chính là 3 quốc gia đông dân nhất hành tinh: CHND Trung Hoa (1,8 tỉ), Ấn Độ (220 triệu) và Hoa Kỳ (63,5 triệu), chiếm hơn một nửa tổng sản lượng xi măng thế giới. Đối với trữ lượng xi măng, 3 nước này cũng đứng đầu thế giới với tổng trữ lượng gần bằng một nửa tổng trữ lượng trên thế giới. Ở Việt Nam, xi măng là ngành công nghiệp phát triển sớm nhất (để phục vụ cho công cuộc khai thác thuộc địa của người Pháp), từ năm 1899 tại Hải Phòng. Hải Phòng cũng là cái nôi của ngành xi măng Việt Nam hiện nay. Hiện nay năng lực sản xuất xi măng trong nước của Việt Nam vào khoảng trên 60 triệu tấn. Một số nhà máy lớn: 

Xi măng The Vissai: 10 triệu tấn/năm



Xi măng Vicem Hà Tiên: 10,2 triệu tấn/năm



Xi măng Nghi Sơn: 4,3 triệu tấn/năm (Tĩnh Gia, Thanh Hóa)



Xi măng Bỉm Sơn: 3,8 triệu tấn/năm (Thanh Hóa)



Xi măng Lộc Sơn - Đài Loan (Ninh Bình): 3,6 triệu tấn/năm



Xi măng Vinaconex Yên Bình: 3,5 triệu tấn/năm (Yên Bình, Tỉnh Yên Bái) 9



Xi măng Sông Gianh: 3,1 triệu tấn/ năm



Xi măng Cẩm Phả: 2,3 triệu tấn/năm



Xi măng Tam Điệp: 1,4 triệu tấn/ năm

1.2.2. Giới thiệu về Bê tông Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc trộn các thành phần: Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính,... theo một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông). Trong bê tông, chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia...) làm vai trò liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi,...đôi khi sử dụng vật liệu tổng hợp trong bê tông nhẹ) và cốt liệu mịn (thường là cát, đá mạt, đá xay,...) và khi đóng rắn, làm cho tất cả thành một khối cứng như đá. Có các loại bê tông phổ biến là: bê tông tươi, bê tông nhựa, bê tông Asphalt, bê tông Polyme và các loại bê tông đặc biệt khác. Về sức bền vật lý, bê tông chịu lực nén khá tốt nhưng khả năng chịu lực kéo không tốt lắm. Vì vậy, trong xây dựng các công trình, các vật liệu chịu lực kéo tốt (ví dụ thép) được sắp xếp để đưa vào trong khối bê tông, đóng vai trò là bộ khung chịu lực nhằm cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông. 1.2.3. Một số ứng dụng của bê tông Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình kiến trúc, móng, gạch không nung hay gạch block, mặt lát của vỉa hè, cầu và cầu vượt, đường lộ, đường băng, các cấu trúc trong bãi đỗ xe, đập, hồ chứa/bể chứa nước, ống cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện và thậm chí là thuyền. Phân loại : Hiện nay có những loại bê tông phổ biến như: Bê tông tươi, bê tông nhựa, Asphalt, polime, và các loại đặc biệt như bê tông nhẹ, trang trí… 1.3. Phương pháp xác định thành phần tro bã mía - Phương pháp huỳnh quang tia X ( XRF) [1] 1.3.1. Giới thiệu - XRF huỳnh quang tia X – là kĩ thuật quang phổ được ứng dụng chủ yếu trong các mẫu chất rắn, trong đó sự phát xạ tia X thứ cấp được sinh ra bởi sự kích thích các điện tử của mẫu bằng nguồn phát tia X. - Dựa vào việc ghi lại phổ tia X mà phân tích được thành phần, nồng độ của mẫu.

- XRF có độ chính xác cao, có khả năng phân tích được nhiều nguyên tố và không làm mẫu bị phá hủy. - Tia X: (Rơnghen) được phát hiện ra năm 1895 , thực chất là bức xạ điện từ , có bước sóng ngắn từ 0,01Aº tới 10Aº và có năng lượng từ 1,25-100 keV. 1.3.2. Cơ chế phát XRF Nguồn phát: Sử dụng ống phóng tia X, cấu tạo gồm một buồng chân không áp suất cỡ 10-6 tới 10-8 mmHg, hai điện cực Anot và Catot. - Khi chùm electeron phát ra từ Catot sẽ được gia tốc bởi điện trường giữa 2 điện cực trong buồng chân không tới và đập vào Anot và phát ra tia X. - Tia X phát ra từ ống phóng gọi là tia X đặc trưng, cường độ tia X thay đổi tùy thuộc vào điện áp được đặt giữa 2 điện cực. - Chùm tia X mang năng lượng lớn từ ống phóng tia X hoặc một nguồn phát xạ được chiếu vào Mẫu kiểm tra. Năng lượng này được nguyên tử hấp thụ gần như hoàn toàn, đủ để làm lớp điện tử trong cùng bay ra ( Hiện tượng quang điện). - Sự phát xạ lớp điện tử lớp trong cùng sẽ để lại một lỗ trống, làm cho nguyên tử ở một trạng thái không bền vững. Khi một nguyên tử ở trạng thái không bền vững, lớp điện tử lớp ngoài sẽ tự động nhảy lên chiếm chỗ,… - Năng lượng tia X phát ra được nguyên tử hấp thụ hoàn toàn, và đủ để làm cho lớp điện tử lớp trong cùng của nguyên tử bay ra ( phát sáng – gọi là hiện tượng quang điện). 1.3.3. Nguyên lý - Ở chế độ cơ bản, nguyên tử được cấu tạo bởi nhân và các lớp Electron ( điện tử) xung quanh ( K, L, M, N).

Hình 3. Nguyên lí hoạt động của phương pháp XRF Khi bắn tia X mang năng lượng lớn vào mẫu – nguyên tử: Mức năng lượng này lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết các lớp electron cấu tạo nên nguyên tử, xảy ra hiện tượng điện tử các lớp điện tử bao quanh nhân K,M.. bị bắn ra. Do bị trống nên 11

các photon lớp kế tiếp nhảy lại để lấp các lỗ trống mà Photon bị đẩy ra ngoài. Sự chuyển dịch các photon mang năng lượng này sẽ phát ra năng lượng- phát sáng gọi là hiện tượng Huỳnh quang. Suy nghĩ đơn giản như sau: Mỗi một nguyên tố khi phát xạ sẽ có một phổ khác nhau, và cường độ màu sẽ đặc trưng cho hàm lượng của nguyên tố trong mẫu .Từ đó sẽ định tính và định lượng được nguyên tố có trong mẫu phân tích. Chính vì vậy, các nhà khoa học đã chế tạo ra máy quang phổ huỳnh quang tia XRF, với ứng dụng xác định hàm lượn, thành phần nguyên tố kim loại, phi kim,... tồn tại trong mẫu.

Hình 4. Hiện tượng huỳnh quang khi bắn tia X

Hình 5. Phân tích mẫu kim loại 1.3.4. Giới thiệu phần cứng 1 máy quang phổ huỳnh quang cơ bản Cấu trúc đơn giản thiết bị bao gồm:

Hình 6. Cấu trúc máy quang phổ huỳnh quang Nguồn phóng tia X, mẫu, sau đó được qua bộ xử lý mẫu và tính toán sau đó qua phần mềm (Vi xử lý ) và trích xuất ra kết quả (File Excel), biểu diễn dạng đồ thị. 1.3.5. Ứng dụng phương pháp quang phổ huỳnh quang Định tính định lượng nhanh chóng các nguyên tố, thành phần có trong mẫu như: Mẫu rắn, mẫu lỏng, bột…. Cụ thể như trong lĩnh vực luyện kim, hóa chất: Kiểm soát chất lượng nguyên vật liệu ,chất lượng của sản phẩm, Công nghiệp Sơn: Phân tích thành phần của Sơn, thực phẩm: Xác định các kim loại nặng có trong thực phẩm như ( trong sản phẩm, trong hộp đựng mẫu, trong sữa….). 1.3.6. Ưu nhược điểm phương pháp huỳnh quang tia X Ưu điểm: XRF cho kết quả nhanh, định tính và định lượng được nguyên tố có trong mẫu đặc biệt khi thành phần nguyên tố có hàm lượng thấp. Quá trình phân tích đơn giản, dễ dàng mà không làm phá hủy mẫu. Nhược điểm: Chi phí đầu tư máy đắt đỏ, và không phân tích các nguyên tố đất hiếm như: La,Ce,.và một số nguyên tố khí như: H,He,Li, Be Chỉ phân tích được các nguyên tố cài sẵn trong máy rồi. 1.4. Các phương pháp xác định thành phần bê tông [3, 5] * Độ nén Xác định cường độ nén của bê tông là bước rất quan trọng trong quá trình đánh giá, kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm trước khi đi vào sử dụng. Nguyên tắc : Đặt mẫu thử lên máy nén và nén đến khi mẫu bị phá hủy. Từ lực phá hủy lớn nhất và diện tích mặt ép ta tính được cường độ nén của mẫu thử  Máy nén

Hình 7. Thiết bị nén  Đệm truyền tải Được làm bằng thép dày 20 ± 2mm có rãnh cách đều mẫu 30 ± 2mm. Phần truyền tải vào mẫu có kích thước bằng kích thước tiết diện của các viên mẫu đầm (150 x 150 mm)  Chuẩn bị mẫu thử Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu. Mẫu nhóm mẫu gồm 3 viên (mẫu hình vuông, mẫu bê tông hình trụ). Khi sử dụng bê tông khoan cắt từ kết cấu, nếu không có đủ 3 viên thì được phép lấy 2 viên làm một nhóm mẫu thử. Việc lấy hỗn hợp bê tông, đúc bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tông và chọn kích thước viên mẫu thử nén phải được tiến hành theo TCVN 3105: 1993.

Hình 8. Phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông Viên chuẩn để xác định cường độ nén của bê tông là viên mẫu lập phương kích thước 150 x 150 x 150mm. Các viên mẫu lập phương kích thước khác viên chuẩn và

các viên mẫu bê tông hình trụ sau khi thử nén phải được tính đổi kết quả thử về cường độ viên chuẩn. Kết cấu sản phẩm yêu cầu thử mẫu để nghiệm thu thi công hoặc đưa vào sửa dụng ở tuổi trạng thái nào thì phải thử nén các viên mẫu ở đúng tuổi và trạng thái đó. Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao cho: a. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,05mm trên 100mm tính từ điểm tì thước. b. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thành thước kẻ góc vuông khi đặt thành kia áp sát các mặt kề bên của mẫu lập phương hoặc các đường sinh của mẫu bê tông trụ không vượt quá 1mm trên 100nm tính từ điểm tì thước trên mặt kiểm tra. c. Đối với các viên mẫu lập phương và các viên nửa dầm đã uốn không lấy mặt tạo bởi đáy khuôn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén. Trong trường hợp các mẫu thử không thoả mãn các yêu cầu ghi ở điều trên thì mẫu phải được gia công lại bằng cách mài bớt hoặc làm phẳng mặt bằng một lớp hồ xi măng cứng đanh không dày quá 2mm. Cường độ của lớp xi măng này khi thử phải không được thấp hơn một nửa cường độ dự kiến sẽ đạt của mẫu bê tông.  Tiến hành thử - Xác định diện tích chịu lực của mẫu bê tông Đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh song song của hai mặt chịu nén (đối với mẫu lập phương) các cặp đường kính vuông góc với nhau từng đôi một trên từng mặt chịu nén (đối với mẫu trụ), xác định diện tích hai mặt chịu nén trên và dưới theo các giá trị trung bình của các cặp cạnh hoặc các cặp đường kính đã đo. Diện tích chịu lực nén của mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của hai mặt. Diện tích chịu lực khi thử các nửa viên dầm đã uốn gãy được tính bằng trung bình số học diện tích các phần chung giữa các mặt chịu nén phía trên và phía dưới với các đệm thép truyền lực tương ứng. - Xác định tải trọng phá hoại mẫu Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20 – 80% tải trọng cực đại của thang lực nén đã chọn. Không được nén mẫu bê tông ngoài thang lực trên. Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâm thớt dưới của máy. Vận hành máy cho mặt trên của mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của 15

máy. Tiếp đó tăng tải liên tực với vận tốc không đổi và bằng 6 r 4 daN/cm2 trong một giây cho tới khi mẫu bị phá hoại. Dùng tốc độ gia tải nhỏ đối với các mẫu bê tông có cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn đối với các mẫu bê tông cường độ cao.  Tính kết quả - Cường độ nén mẫu bê tông từng viên (R) được tính bằng daN/cm2 (Kg/cm2) theo công thức:

Trong đó: P – Tải trọng phá hoại, tính bằng daN; F – Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, tính bằng cm2; α – Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác viên chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm. Giá trị α lấy theo bảng sau Bảng 1. Hệ số α tính theo TCVN Hình dáng và kích thước của mẫu (mm)

Hệ số tính đổi

Mẫu lập phương

0,91

100 x 100 x 100

1,00

150 x 150 x 150

1,05

200 x 200 x 200

1,10

300 x 300 x 300

1,16

Mẫu trụ

1,20

71,4 x 143 và 100 x 200

1,24

150 x 300 200 x 400 Chú thích: 1. Không được phép sử dụng các giá trị D thấp hơn các giá trị ghi trong bảng 1. 2. Cho phép sử dụng các giá trị D lớn hơn các giá trị ghi ở bảng 1 khi D được xác định bằng thực nghiệm theo phương pháp ghi ở phụ lục của tiêu chuẩn này. 3. Khi nén các mẫu nửa dầm giá trị hệ số chuyển đổi cũng được lấy như mẫu lập phương cùng tiết diện chịu nén.

- Khi thử các mẫu trụ khoan cắt từ các cáu kiện hoặc sản phẩm mà tỉ số chiều cao với đường kính của chúng nhỏ hơn 2 thì kết quả cũng tính theo công thức và hệ số D ghi ở điều trên nhưng được nhân thêm với hệ số E lấy theo bảng sau. Bảng 2. Hệ số chuyển đổi E H/d

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,99

0,98

0,97

0,95

0,94

0,93

0,92

0,91

0,90

0,89

- Cường độ chịu nén của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ nén của các viên trong tổ mẫu bê tông như sau: So sánh các giá trị cường độ nén lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ nén của viên mẫu trung bình. Nếu cả hai giá trị đo đều không lệch quá 15% so với cường độ nén của viên mẫu trung bình thì cường độ nén của bê tông được tính bằng trung bình số học của ba kết quả thử trên ba viên mẫu. Nếu một trong hai giá trị đó lệch quá 15% so với cường độ nén của viên mẫu trung bình thì bỏ cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất. Khi đó cường độ nén của bê tông là cường độ nén của một viên mẫu còn lại. Trong trường hợp tổ mẫu bê tông chi có hai viên thì cường độ nén của bê tông được tính băng trung bình số học kết quả thử của hai viên mẫu đó. + Độ chịu lực kéo : Về sức bền vật lý, bê tông chịu lực nén khá tốt nhưng khả năng chịu lực kéo không tốt lắm. Vì vậy, trong xây dựng các công trình, các vật liệu chịu lực kéo tốt (ví dụ thép) được sắp xếp để đưa vào trong lòng khối bê tông, đóng vai trò là bộ khung chịu lực nhằm cải thiện khả năng chịu kéo của bê tông

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BÊ TÔNG 2.1. Hóa chất và dụng cụ: 

Bã mía: Thu gom tại các quán nước mía trên địa bàn Tp Đồng Hới



Xi măng: Xi măng sử dụng trong đề tài này là xi măng Pooc lăng Sông Gianh

PCB 40 được mua tại cửa hàng bán vật liệu xây dựng tại Tp Đồng Hới 

Đá dăm: Sử dụng loại đá dăm của Quảng Bình theo TCVN với kích thước đá

10 mm – 20 mm 

Cát: Sử dụng loại cát tự nhiên có modun độ lớn từ 1 đến 2. Đây là loại cát vàng

được lấy từ sông hoặc khe suối. 

Nước: Sử dụng nước máy sinh hoạt



Lò nung: Lò nung Trung Quốc loại 10000C



Khuôn đúc: Khuôn đúc có dạng hình lập phương với kích thước khuôn là

150x150x150 mm 

Máy phân tích huỳnh quang tia X S4 –Piooner của hãng Bruker – Đức tại Viện

Địa chất thuộc Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam 

Máy thử nghiệm bê tông: Các chỉ tiêu về bê tông được đo tại Trung tâm kĩ thuật

đo lường thử nghiệm Quảng Bình. 2.2. Thực nghiệm 2.2.1. Quá trình nung bã mía thành tro Quá trình sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông được tiến hành như sau: Bã mía

Băm nhỏ, phơi khô

Nung ở 7500C, 3h

Bê tông

Khuôn 150x150x15 0 mm

Trộn xi măng + tro + cát + sạn + nước

Tro bã mía

Thay thế xi mang theo các tỉ lệ

Bã mía sau khi được thu gom quanh khu vực Đồng Hới thì rửa sạch, băm nhỏ và phơi khô. Sau khi bã mía đã khô cho bã mía vào lò nung và nung với nhiệt độ 750 0C trong khoảng thời gian 3h thì thu được tro bã mía.

Hình 9. Bã mía phơi khô

Hình 10. Tro bã mía

2.1.2. Quá trình tạo bê tông 

Chia tro bã mía và trộn cùng với xi măng theo tỉ lệ thay thế về thể tích lần lượt

là: 0 %; 2 % ; 4,5 %; 6,5 %; 9 %; 11,5 %; 13,5 %. Tiến hành phối trộn các nguyên liệu theo tỉ lệ là Hỗn hợp xi măng + tro : cát : sạn : nước theo tỉ lệ 1: 2 : 3 : 0,64. 

Hỗn hợp sau khi được trộn đều thì cho vào khuôn đúc có kích thước

150x150x150 mm và tưới nước trong khoảng thời gian 1 tuần. 

Sau 28 ngày , 7 mẫu bê tông sẽ được đánh giá độ nén lực tại Trung tâm kĩ thuật

đo lường thử nghiệm Quảng Bình.

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần tro bã mía Bã mía sau khi được nung thành tro trong điều kiện nhiệt độ là 750 0C và thời gian 3h thì tiến hành xác định thành phần các chất trong tro bã mía bằng phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) tại Viện Địa chất – Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam. Kết quả phân tích được thể hiện trong Hình 11 và Bảng 3. Bảng 3. Thành phần hóa học của tro bã mía Thành phần

Hàm lượng %

SiO2

24,4

Fe2O3

2,42

MnO

0,75

MgO

4,24

CaO

14,98

K2 O

36,18

P2O5

3,4

SO3

8,25

PbO

0,3

ZnO

0,68

CuO

0,075

Mg KA1 ZnZn LB1 LA1 Cu LB1 Cu LA1

Br LB1 Br LA1

Si KA1 Si KB1

K KA1/Order 2

S KA1 P KA1

S KB1 Pb MA1

P KB1

Rh LB1 Cl KB1 Rh LA1 Cl KA1

Ca KB1

Mn KB1

Fe KB1

Mn KA1

Fe KA1

Zn KA1 Cu KA1 Cu KB1

Zn KB1

Pb LA1 Rh KA1/Order 2

Br KB1

Pb LB1

40 50 60

Br KA1

100

Ca KA1 K KB1

KCps

200

300

400

K KA1

500

600

STT

0.9

KeV

Hình 11. Phổ XRF của tro bã mía Dựa vào kết quả phân tích trên cho thấy hàm lượng K2O là cao nhất, chiếm 36,18%, hàm lượng SiO2 là 24,4 %, hàm lượng CaO là 14,98%. So sánh với kết quả 20

một số bài báo quốc tế đã công bố thì hàm lượng SiO2 nhỏ hơn nhưng hàm lượng K2O lại lớn hơn rất nhiều [14]. Bảng 4. Thành phần tro bã mía của một số đề tài Quốc tế đã công bố [14] TT

Tác giả

SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO

SO3/ SO4

K2O

Abdolkarim and 1

Amin,

44,70 2,90

2,40

14,9

3,50

4,40

72,85 6,96

1,08

9,97

6,49

6,77

77,25 4,21

6,37

4,05

2,61

0,11

2,34

41,15 2,70

7,00

3,20

0,12

0,03

8,75

1,92

0,83

0,56

2013(Iran) Abdulkadir, et al., 2

2014 (Nigeria)

Asma et al., 2014(Sudan) George, 2014 (Nigeria) Kawade et al.,2013( India)

66,89

29,18

Prashant and 6

Vyawahare,

62,43 6,98

4,28

11,8

2,51

1,48

3,53

87,59 0,67

0,51

2,59

1,65

0,03

3,64

67,82 2,56

6,33

1,54

2,03

2,87

54,40 11,32

25,6

2,03

0,92

1,70

0,73

47,60 07,80

21,4

11,9

1,80

2,80

0,82

2013( India) 7 8 9

Sagar et al., 2015 (India) Present study Flyash- F (Mettur, India) Flyash- C (NLC, India)

Như vậy, với điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng khác nhau đã ảnh hưởng đến thành phần hóa học của tro bã mía. Dựa vào sự khác nhau về thành phần này cũng sẽ dẫn đến 21

sự khác nhau về tỷ lệ tro bã mía thay thế xi măng trong sản xuất bê tông. Bên cạnh đó, hàm lượng K2O lớn trong tro bã mía nên có thể sử dụng để bón phân nhằm cung cấp Kali cho cây trồng. 3.2. Khảo sát điều kiện để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông Sau khi xác định được hàm lượng các chất trong tro bã mía, chúng tôi tiến hành so sánh với hàm lượng các chất trong xi măng để đánh giá xem khả năng thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía có được không. Thành phần hóa học trong xi măng Pooclăng Sông Gianh PCB 40 được thể hiện trong Bảng 5. Bảng 5. Thành phần hóa học của xi măng Pooclăng Sông Gianh PCB 40 STT

Thành phần

Hàm lượng %

SiO2

19-25 %

Al2O3

2-9 %

CaO

62-67 %

Fe2O3

1-5 %

MgO

0-3 %

SO3

1-3 %

K2 O

0,6 %

Na2O

0,2 %

So sánh thành phần và hàm lượng các chất trong tro bã mía với các chất trong xi măng ta thấy rằng: Thành phần hóa học có trong tro bã mía khá tương đồng với thành phần của xi măng, trong đó hàm lượng SiO2 chiếm tỷ lệ là 24,4% nằm trong khoảng 19-25% của xi măng và hàm lượng CaO trong tro bã mía cũng chiếm một tỉ lệ khá cao 14,98%. Như vậy ta có thể thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía để sản xuất bê tông. 3.3. Quy trình sản xuất bê tông Để tạo các mẫu bê tông, chúng tôi tiến hành phối trộn các nguyên liệu gồm xi măng, tro bã mía, cát, sạn, xi măng và nước với một tỉ lệ nhất định theo thể tích. Cụ thể, tỉ lệ phối trộn của chúng tôi để sản xuất bê tông là Xi măng + tro bã mía : cát : sạn : nước = 1 : 2 : 3 : 0,64. Trong đó tro bã mía chiếm các tỉ lệ nhất định trong xi măng và được thể hiện cụ thể trong Bảng 6.

Bảng 6. Tỉ lệ thành phần của bê tông Tro bã

Xi măng

Cát sạn

mía (ml)

(ml)

1100

2200

3300

700

1075

2200

3300

700

1050

2200

3300

700

1025

2200

3300

700

100

1000

2200

3300

700

125

975

2200

3300

700

150

950

2200

3300

700

Mẫu

Đá (ml)

Nước (ml)

Hỗn hợp gồm xi măng, tro bã mía, cát, sạn và nước sau khi trộn đều thì được cho vào khuôn gỗ có kích thước 150x150x150 mm. Các mẫu bê tông sau khi tháo khuôn thì được tưới nước, bảo dưỡng.

Hình 12. Các mẫu bê tông sau khi phối trộn Sau thời gian bảo dưỡng bê tông trong thời gian 1 tuần thì ngừng tưới nước và chờ cho bê tông đông kết hoàn toàn sau 28 ngày sẽ được mang đi kiểm tra độ nén.

3.4. Ảnh hưởng của tro bã mía đến chất lượng bê tông Sau 28 ngày, 7 mẫu bê tông sẽ lần lượt được kiểm tra độ nén tại Trung tâm kĩ thuật đo lường thử nghiệm Quảng Bình. Kết quả độ nén được thể hiện qua Bảng 7 và Hình 13. Bảng 7. Độ nén của bê tông

Mẫu

Tỉ lệ tro bã mía( %)

Độ nén ( Kg/cm2)

210

460

4,5 %

740

6,5 %

530

345

11,5 %

250

13,5 %

265

Hình 13. Ảnh hưởng của % tro bã mía đến độ nén của bê tông Nhìn vào Bảng 7 và Hình 13 chúng tôi nhận thấy rằng:

+ So với mẫu ban đầu (0%) thì độ nén của các mẫu bê tông đều lớn hơn. Điều này chứng tỏ rằng chất lượng của bê tông tăng lên khi thay thế một phần xi măng bằng tro bã mía. + Độ nén của bê tông đạt giá trị cao nhất là 740 kg/cm2 tương ứng với tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bã mía là 4,5%. Giá trị độ nén này tăng 3,5 lần so với mẫu không sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng (210 kg/cm2). Như vậy, tỉ lệ tro bã mía thay thế xi măng tối ưu 4,5 %. So sánh với kết quả của một số đề tài đã công bố trên các tạp chí uy tín quốc tế cho thấy độ chịu nén các mẫu bê tông mà chúng tôi nghiên cứu có sự biến đổi khá lớn nhưng giá trị độ chịu nén của chúng tôi thì cao hơn hẳn. Theo tác giả George Rowland Otoko thì cường độ chịu nén của mẫu bê tông đạt giá trị cao nhất 597,5 kg/cm2 tương ứng với tỷ lệ tro bã mía thay thế xi măng là 2% [15]. Nhóm tác giả Gopi cho kết quả độ nén đạt giá trị cao nhất là 576,4 kg/cm2 tương ứng với tỷ lệ thay thế tro bã mía bằng xi măng là 5% [13]. Nguyên nhân của sự khác nhau về kết quả nói trên có thể nói rằng là do thành phần của tro bã mía có sự khác nhau cơ bản và chúng tôi cũng cho rằng chính hàm lượng K2O lớn đã ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông, làm tăng giá trị độ nén của nó. Chính tỉ lệ SiO2/K2O bằng 0,67 đã làm cho khả năng kết dính của vật liệu tăng cao và tăng độ nén cho bê tông. Điều này cũng khá phù hợp với kết quả nghiên cứu của Castaldelli [12] khi cho rằng tỉ lệ SiO2/K2O bằng 0,75 là tối ưu để làm tăng khả năng kết dính và độ nén của bê tông.

C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Sau khi tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc và khoa học, chúng tôi rút ra được một số kết luận như sau: - Nung bã mía thành tro với điều kiện nhiệt độ 750oC trong thời gian 3h. - Xác đinh được thành phần hóa học có trong tro bã mía bằng phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF) với hàm lượng K2O là cao nhất, chiếm 36,18%, hàm lượng SiO2 là 24,4 %, hàm lượng CaO là 14,98%. So sánh thành phần hóa học của tro bã mía với xi măng thì thấy chúng khá tương đồng. Vì vậy, có thể sử dụng tro bã mía để thay thế xi măng trong sản xuất bê tông. - Sử dụng tro bã mía để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông và tạo được 7 mẫu bê tông với tỉ lệ tro bã mía thay thế cho xi măng lần lượt là 0%; 2%; 4,5 %; 6,5%; 9%; 11,5%; 13,5% và nhận thấy các tỉ lệ thay thế đề làm tăng độ nén của bê tông, trong đó với tỉ lệ tro bã mía thay thế xi măng là 4,5% thì độ nén sẽ là cao nhất (740 kg/cm2) tăng 3,5 lần so với mẫu bê tông không sử dụng tro bã mía để thay thế. Như vậy, đây là tỉ lệ tối ưu để thay thế xi măng và ứng dụng trong sản xuất bê tông. 2. Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu còn quá hạn hẹp, bên cạnh đó do đây là lần đầu tiên chúng tôi làm nghiên cứu khoa học nên kinh nghiệm về cách tìm hiểu và cách làm còn chưa được tốt nên chúng tôi cần phải có thêm thời gian để khắc phục được những thiếu sót trong quá trình thực hiện cũng như để mang lại một kết quả tốt hơn nữa. Qua thực tế nghiên cứu, chúng tôi có một số kiến nghị như sau: Quá trình từ bã mía nung thành tro bã mía còn tiến hành theo trong lò nhỏ nên hiệu quả mang lại chưa được cao. Vì vậy cần có quy trình nung bã mía khép kính bằng máy móc, thiết bị phù hợp nhằm nâng cao năng suất, chất lượng của tro bã mía, vừa bảo vệ được môi trường. Tiếp tục nghiên cứu phối trộn chúng thêm một số chất phụ gia khác làm giảm khả năng hấp thu nước của chúng để tránh tình trạng mẫu bê tông quá khô và giảm độ bền nén do kết dính và độ hoạt tính của chúng giảm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiếng việt [1] Trần Phong Dũng (2003), Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X, NXB Đại học quốc gia TP. HCM [2] Nguyễn Viết Hưng (2012), Giáo trình cây mía, NXB Nông nghiệp [3] Hoàng Văn Phong (2006), 20 chủng loại xi măng và công nghệ sản xuất, NXB Khoa học và kỹ thuật. [4] Nguyễn Thị Thu Phương (2018), “Đặc tính của tro bã mía và sử dụng tro bã mía trong sản xuất gạch Ceramit”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Đại học công nghiệp Hà Nội, số 45, trang 19-22. [5] Nguyễn Tấn Quý, Ngyễn Thiện Ruệ (2003), Giáo trình công nghệ bê tông xi măng- lý thuyết bê tông xi măng, NXB Giáo dục [6] Huỳnh Quyền, Phan Đình Tuấn (2011), “Bước đầu nghiên cứu tổng hợp BioButanol từ bã mía”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, T. 14, S. 3K [7] Phương Thanh Vũ, Võ Vĩnh Trà, Võ Thanh Lăm (2015), “Nghiên cứu ứng dụng bã mía chế tạo vật liệu Boicomposite”, Hội thảo KHCN các trường đại học ký thuật lần thứ 46, trang 149 -160. [8] Nguyễn Công Thắng (2013), “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay sẵn có ở Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số , trang 24-31. [9] Bùi Quang Vinh (1998), Phân tích và quản lý hóa học mía đường, NXB Nông nghiệp 2. Tiếng anh [10] Abdolkarim Abbasi and Amin Zargar (2013), “Using bagasse ash in concrete as Pozzolan”, Middle-East Journal of Scientific Research, Vol. 13(6), pp. 716-719. [11] Almir Sales and Sofia Araújo Lima (2010), “Use of Brazilian sugarcane bagasse ash in concrete as sand replacement”, Waste management, Vol. 30(6), pp.1114-1122. [12] Castaldelli, V. N., et al (2016), “Study of the binary system fly ash/sugarcane

bagasse

ash

(FA/SCBA)

binders”, Fuel, Vol. 174, pp. 307-316. 27

SiO2/K2O

alkali-activated

[13] Gopi, T. (2017), “EFFECT OF BAGAGSE AS CONCRETE USED AS PAR”, Technology, Vol. 8(1), pp. 821-825. [14] Lathamaheswari, R., Kalaiyarasan, V andMohankumar, G (2017), “Study on Bagasse Ash As Partial Replacement of Cement in Concrete”, International Journal of Engineering Research and Developmentv Vol 13, No. 1, pp. 01-06 [15] Otoko, G. R. (2014), “Use of Bagasse Ash as Partial Replacement of Cement

Concrete”, International

Journal

Innovative

Research

and

Development, Vol. 3, pp. 285-289. [16] Shafiq, N., Hussein, A. A. E., Nuruddin, M. F., & Al Mattarneh, H. (2016), “Effects of sugarcane bagasse ash on the properties of concrete”, In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Engineering Sustainability, Vol. 171, No. 3, pp. 123132. [17] Payá, J., et al (2002) "Sugar‐cane bagasse ash (SCBA): studies on its properties for reusing in concrete production" Journal of Chemical Technology & Biotechnology: International Research in Process, Environmental & Clean Technology, Vol. 77(3), pp. 321-325.