intTypePromotion=3

Nghiên cứu ban đầu về khả năng tái sử dụng hạt NIX thải

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

0
12
lượt xem
0
download

Nghiên cứu ban đầu về khả năng tái sử dụng hạt NIX thải

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ban đầu về khả năng tái sử dụng hạt NIX thải

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 1/2016<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> NGHIÊN CỨU BAN ĐẦU VỀ KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG HẠT NIX THẢI<br /> INITIAL RESEARCH ON ABILITY TO REUSE NIX GRAIN WASTE<br /> Nguyễn Thắng Xiêm1, Trần Doãn Hùng2, Mai Nguyễn Trần Thành3<br /> Ngày nhận bài: 25/8/2015; Ngày phản biện thông qua: 17/9/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Ngày nay, việc tái sử dụng các sản phẩm từ vật liệu thải công nghiệp dùng làm phụ gia cho bê tông có<br /> thể làm tăng tính bền vững cho ngành công nghiệp xây dựng. Trong bài báo này, khả năng sử dụng hạt nix thải<br /> (NGW) như là cốt liệu lớn trong bê tông đã được kiểm tra thông qua thực nghiệm. Tiêu chuẩn pha trộn vữa và<br /> bê tông mác M400 đã được sử dụng để pha trộn hỗn hợp. Nghiên cứu đã đưa ra ảnh hưởng của NGW đến cơ<br /> tính, khả năng thấm nước, đánh giá mức độ độc hại đối với sức khỏe con người và môi trường khi sử dụng sản<br /> 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<br /> liệu lớn từ NGW có bổ sung thêm các chất xúc tác và phụ gia tăng dẻo.<br /> Từ khóa: hạt nix thải, xi măng Portland, cốt liệu thô, bê tông, cường độ chịu nén<br /> ABSTRACT<br /> Nowadays, the reuse of waste materials and industrial by-products in concrete could increase the<br /> sustainability of the construction industry. In this paper, the potential of using nix grain waste (NGW) as coarse<br /> aggregate in concrete was experimentally investigated. The grade mortar and concrete M400 was used for<br /> mix design. The research has shown out the effect of NGW on the strength properties, water permeability, and<br /> assesses the risks to human health and environment when using concrete products from NGW. The concrete<br /> was tested strength for 7, 14, 28 and 90 days after casting the moulds. The produced from coarse aggregate<br /> NGW have been used additional catalyst and plasticizers.<br /> Keywords: nix grain waste, Portland cement, coarse aggregate, concrete, compressive strength<br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Như chúng ta đã biết trước năm 2012,<br /> vì lợi ích kinh tế mà công ty TNHH Hyundai<br /> Vinashin (HVS) đã nhập công nghệ phun hạt nix<br /> để đánh bóng bề mặt thân tàu [1]. Mặc dù, hạt<br /> nix có hiệu quả sử dụng và kinh tế cao nhưng<br /> các nước trên thế giới không khuyến khích sử<br /> dụng do chúng gây ô nhiễm môi trường như ô<br /> nhiễm bụi và tiếng ồn rất nghiêm trọng. Trong<br /> thành phần bụi có bụi do lớp sơn bị bong ra từ<br /> vỏ tàu, bụi do gỉ kim loại, dầu mỡ và thành phần<br /> <br /> TS. Nguyễn Thắng Xiêm, KS. Mai Nguyễn Trần Thành: Khoa Xây dựng - Trường Đại học Nha Trang<br /> TS. Trần Doãn Hùng, Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> 1,3<br /> 2<br /> <br /> chủ yếu là bụi của hạt nix sau khi phun bị vỡ ra.<br /> Trong hỗn hợp thì có nhiều tạp chất, nhiều kim<br /> loại nặng độc hại làm ảnh hưởng không tốt tới<br /> môi trường đất, nước, không khí do vượt quá<br /> các tiêu chuẩn cho phép và gây nguy hiểm cho<br /> sức khỏe cộng đồng, có thể gây tử vong nếu sử<br /> dụng nước ngầm bị nhiễm nix cao.<br /> Hiện nay, việc quản lý bãi thải này chỉ mang<br /> tính tạm thời đó là xây tường gạch xung quanh<br /> và bên dưới xây 1 lớp bê tông, bên trên chỉ<br /> dùng các tấm tôn xi măng để che phủ (hình 1).<br /> <br /> 84 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 1/2016<br /> <br /> Hình 1. Bãi chứa NGW được phủ bằng tôn xi măng chụp từ google earch (trái)<br /> và tường bao bằng gạch (phải) được chụp ngày 6/12/2014<br /> <br /> Tuy sử dụng các biện pháp như trên nhưng<br /> khi trời mưa thì một lượng lớn NGW theo dòng<br /> chảy ngấm vào trong đất và cây cối gây tình<br /> trạng ô nhiễm nguồn nước, môi trường và là<br /> tác nhân gây ngộ độc. Nếu không xử lý kịp thời<br /> thì lượng chất thải này sẽ tồn đọng thành một<br /> bãi chất thải rất lớn và có gió thì bụi chất thải<br /> bay theo gây ảnh hưởng đến sức khoẻ đối với<br /> dân cư và môi trường xung quanh khu vực<br /> nhà máy.<br /> Nhiều năm qua, mặc dù có nhiều dự án<br /> và đề tài nghiên cứu thử nghiệm tái sử dụng<br /> NGW như: dùng để phối trộn bê tông trong<br /> các công trình xây dựng, nguyên liệu phụ gia<br /> trong công nghiệp sản xuất xi măng, dùng<br /> thay thế cát hoặc mạt đá trong bê tông nhựa<br /> đường hay làm vật liệu đúc các cấu kiện bê<br /> tông ngăn xói lở bờ biển, cầu cảng [2÷4]. Tuy<br /> nhiên hầu hết các giải pháp đều dùng hỗn hợp<br /> NGW để thay cát, theo tác giả là không hợp lý<br /> do hỗn hợp có nhiều sắt vụn và kim loại nặng<br /> sẽ nổi lên bề mặt trong quá trình trộn, đồng<br /> thời xi măng thông thường không bao phủ hết<br /> được các chất độc hại như chì, asen và các<br /> hợp chất hữu cơ… sẽ gây hại đến sức khỏe<br /> của con người. Vì vậy rất khó trong việc tái sử<br /> dụng chúng và đó là nguyên nhân không thể<br /> ứng dụng chúng vào thực tế của nhiều đề tài<br /> nghiên cứu trước đây.<br /> Thấy được vấn đề này và trên cơ sở phân<br /> tích đặc tính hóa lý của hạt nix, chúng tôi đã<br /> <br /> tiến hành nghiên cứu sử dụng NGW của nhà<br /> máy HVS để chế tạo cốt liệu lớn cấp phối bê<br /> tông. Bài báo tập trung nghiên cứu ảnh hưởng<br /> của hình dạng, kích thước và phụ gia đến cơ<br /> tính của cốt liệu lớn và bê tông. Đồng thời,<br /> đánh giá mức độ độc hại của sản phẩm đến<br /> sức khỏe con người theo Quy chuẩn kỹ thuật<br /> quốc gia về chất lượng nước mặt, nước ngầm,<br /> nước ven bờ và nước thải công nghiệp. Đây là<br /> một vấn đề thực sự có ý nghĩa khoa học thực<br /> tiễn cấp thiết, bước đầu chúng tôi cũng đã thu<br /> được một số kết quả tương đối khả quan.<br /> II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 1. Vật liệu<br /> 1.1. Tính chất vật lý và hóa học của hạt nix<br /> trước và sau khi sử dụng<br /> a) Tính chất vật lý của hạt nix (NG) và sau khi<br /> sử dụng (NGW)<br /> NG là vật liệu có dạng hạt cấu thành từ sắt,<br /> đá vôi và oxit sillic (SiO2) trong quá trình luyện<br /> đồng. Trong quá trình tinh luyện này, đồng tinh<br /> khiết nóng chảy nằm dưới đáy bể trong khi<br /> đó có 1 lớp không tinh khiết nổi trên bề mặt<br /> người ta gọi là xỉ. Sau đó NG được hình thành<br /> do đột ngột đông kết (bằng cách sử dụng các<br /> biện pháp công nghiệp, nước biển hoặc làm<br /> mát bằng không khí) từ trạng thái nóng chảy và<br /> sau đó được rửa bằng nước áp lực cao (xem<br /> hình 3a) [5].<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 85<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> (a)<br /> <br /> Số 1/2016<br /> <br /> (b)<br /> (c)<br /> Hình 2. Hình dạng của NG (a), NGW theo dòng chảy ngấm vào đất (b)<br /> và SEM của NGW với độ phóng đại 35 lần (c)<br /> <br /> Trong quá trình sửa chữa và đóng mới<br /> tàu thuyền, HVS đã sử dụng NG để làm sạch<br /> các vết bẩn bám trên bề mặt thân tàu. Quá<br /> trình này đã phát tán một lượng lớn bụi kim<br /> <br /> loại nặng vào trong không khí và dễ dàng<br /> ngấm vào nguồn nước như hình 2b. Các tính<br /> chất vật lý của NG và NGW được thể hiện ở<br /> bảng 1.<br /> <br /> Bảng 1. Các tính chất vật lý của hạt nix trước và sau khi sử dụng [13÷27]<br /> Các tính chất vật lý<br /> <br /> NG<br /> <br /> NGW<br /> <br /> Hình dạng<br /> <br /> Không đều (sắc, nhọn)<br /> <br /> Hạt hơi tròn đến góc cạnh<br /> <br /> Màu sắc<br /> <br /> Đen sáng<br /> <br /> Đen và một số màu khác<br /> <br /> Mùi<br /> <br /> Không mùi<br /> <br /> Có mùi<br /> <br /> Nhiệt độ nóng chảy<br /> <br /> 1250 C<br /> <br /> 1250 oC<br /> <br /> Độ phát tán kim loại nặng<br /> <br /> Không vượt qua mức quy đinh<br /> <br /> Vượt quá mức quy định<br /> <br /> Tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng<br /> <br /> 43.2 %<br /> <br /> 41 %<br /> <br /> Trọng lượng riêng<br /> <br /> 3.90<br /> <br /> 3.57<br /> <br /> Mô đun độ lớn của hạt*<br /> <br /> 2.45<br /> <br /> 2.12<br /> <br /> Độ cứng<br /> <br /> (6.7 ÷ 7.0) Mohs<br /> <br /> -<br /> <br /> Độ hòa tan trong nước<br /> <br /> Không tan<br /> <br /> Không tan<br /> <br /> Độ hút nước<br /> <br /> (0.3 ÷ 0.4) %<br /> <br /> (0.3 ÷ 0.4) %<br /> <br /> Độ ẩm<br /> <br /> 0.1 %<br /> <br /> 3.09 %<br /> <br /> Hàm lượng bụi bẩn<br /> <br /> 0.2 %<br /> <br /> 1.30 %<br /> <br /> o<br /> <br /> * 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.<br /> <br /> Bảng 2. Mô đun độ lớn của NG và NGW<br /> Cỡ sàng tiêu<br /> chuẩn [mm]<br /> <br /> NG<br /> <br /> NGW<br /> <br /> Lượng sót Lượng sót riêng Lượng sót tích Lượng sót trên Lượng sót riêng<br /> trên sàng [g]<br /> biệt [%]<br /> lũy [%]<br /> sàng [g]<br /> biệt [%]<br /> <br /> Lượng sót tích<br /> lũy [%]<br /> <br /> 5,0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 2,5<br /> <br /> 21<br /> <br /> 4,2<br /> <br /> 4,2<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 1,25<br /> <br /> 98<br /> <br /> 19,6<br /> <br /> 23,8<br /> <br /> 89<br /> <br /> 8,9<br /> <br /> 8,9<br /> <br /> 0,63<br /> <br /> 161<br /> <br /> 32,2<br /> <br /> 56<br /> <br /> 362<br /> <br /> 36,2<br /> <br /> 45,1<br /> <br /> 0,315<br /> <br /> 37<br /> <br /> 7,4<br /> <br /> 63,4<br /> <br /> 272<br /> <br /> 27,2<br /> <br /> 72,3<br /> <br /> 0,14<br /> <br /> 170<br /> <br /> 34,0<br /> <br /> 97,4<br /> <br /> 136<br /> <br /> 13,6<br /> <br /> 85,9<br /> <br /> Bottom<br /> <br /> 13<br /> <br /> 2,6<br /> <br /> 100<br /> <br /> 141<br /> <br /> 14,1<br /> <br /> 100<br /> <br /> 86 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Mô đun độ lớn của NG:<br /> <br /> Mđl =<br /> <br /> Mô đun độ lớn của NGW:<br /> <br /> Mđl =<br /> <br /> Số 1/2016<br /> 4,2 + 23,8 + 56 + 63,4 + 97,4<br /> 100<br /> 8,9 + 45,1 + 72,2 + 85,9<br /> 100<br /> <br /> = 2,45<br /> <br /> = 2,12<br /> <br /> b) Tính chất hóa học của NGW<br /> Hạt nix sau khi sử dụng còn có thêm một số nguyên tố sau: C hữu cơ, As, Cr, Ni, sơn, dầu mõ,<br /> chất bẩn, sắt vụn và một số kim loại nặng khác (bảng 3).<br /> Bảng 3. Thành phần hóa học của NGW sau khi sử dụng<br /> TT<br /> <br /> Chỉ tiêu phân tích<br /> <br /> Hàm lượng tổng [μg/l]<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> 10<br /> 11<br /> <br /> Sắt (Fe)<br /> Kẽm (Zn)<br /> Đồng (Cu)<br /> Chì (Pb)<br /> Cadimi (Cd)<br /> Crôm (Cr)<br /> Thủy ngân (Hg)<br /> Asen (As)<br /> Sơn và HC (%)<br /> C hữu cơ (%)<br /> <br /> 266<br /> 7399<br /> 7042<br /> 1113<br /> 14,4<br /> 166,8<br /> 0,54<br /> 28<br /> 0,54<br /> 2,54<br /> <br /> Từ bảng 3 ta thấy rằng, NGW tồn tại nhiều<br /> kim loại nặng độc hại và hợp chất hữu cơ đều<br /> vượt các tiêu chuẩn cho phép, những chất độc<br /> hại này có thể gây ra nhiều nguy hiểm cho sức<br /> khỏe con người. Và theo bảng 2, mô đun độ<br /> lớn của NGW đã nhỏ đi nhiều sau khi bắn phá<br /> vào thân tàu khoảng 2,12 nên chúng có thể di<br /> chuyển xa và chui được vào nhiều nơi, kể cả<br /> cơ thể con người. Điều đặc biệt trong phân tích<br /> thì thành phần SiO2 cũng tương đối cao, nó rất<br /> thích hợp để tạo phản ứng thủy hóa, giúp hỗn<br /> hợp liên kết được tốt hơn.<br /> 1.2. Một số phụ gia<br /> 1.2.1. Muội silic<br /> Muội silic có dạng hình cầu, bề mặt trơn<br /> phẳng, hạt có đường kính trung bình khoảng<br /> 150 nm chỉ bằng khoảng 1/100 cỡ hạt của xi<br /> măng. Muội silic có khối lượng đơn vị ở trạng<br /> thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng (0,15 ÷ 0,2)<br /> tấn/m3. Muội silic có hàm lượng ôxit silíc hoạt<br /> tính cao vào khoảng (85 ÷ 98) %. Muội silic<br /> được dùng chủ yếu làm nguyên liệu tạo thêm<br /> tính chất pozzolan cho bê tông cường độ<br /> cao chế tạo từ xi măng Portland. Khi được<br /> <br /> thêm vào thành phần của hỗn hợp vữa NGW,<br /> muội silic sẽ bao quanh các hạt xi măng, NGW<br /> và lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ mà các hạt xi<br /> măng không lọt tới được. Làm cho khối hỗn<br /> hợp được đặc chắc hơn, hình thành một môi<br /> trường xi măng - NGW có tính liên tục và đồng<br /> nhất cao sau khi hỗn hợp ninh kết, và làm tăng<br /> khả năng chịu lực của đá nhân tạo, tạo nên bê<br /> tông cường độ cao [6, 7].<br /> 1.2.2. Phụ gia chống thấm<br /> Dùng để bọc cốt liệu lớn ngăn cản sự tiếp<br /> xúc giữa nước với NGW, đồng thời làm tăng<br /> khả năng kháng hóa chất, tăng cường độ cho<br /> mẫu và giảm thiểu độ co ngót, nứt nẻ của mẫu.<br /> 2. Phương pháp chế tạo mẫu<br /> 2.1. Chế tạo cốt liệu lớn theo mác vữa M400<br /> Vữa được chế tạo theo TCVN 6016: 1995<br /> với tỷ lệ 60% hạt nix, (30 ÷ 40) % xi măng và<br /> phụ gia (0 ÷ 10) %, đồng thời xác định lượng<br /> nước vừa đủ để vữa đạt được độ dẻo yêu cầu.<br /> Sau khi trộn xong, đổ vữa vào các loại khuôn<br /> để chế tạo cốt liệu lớn (có kích thước và hình<br /> dạng khác nhau) và đổ vào khuôn hình lăng trụ<br /> có kích thước (40 x 40 x 160) mm để xác định<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 87<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> cường độ chịu uốn và nén. Gõ nhẹ khuôn<br /> xuống nền nhà hay để lên bàn giằn (đối với<br /> khuôn hình lăng trụ) nhằm loại bỏ không khí,<br /> đồng thời giúp phần lớn NGW được dồn vào<br /> giữa. Sau đó dùng thước thẳng gạt bỏ phần<br /> <br /> Số 1/2016<br /> vữa thừa trên bề mặt khuôn và dưỡng hộ mẫu<br /> ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ. Sau 48 giờ tháo<br /> mẫu ra khỏi khuôn và tiếp tục ngâm dưỡng hộ<br /> mẫu ở trong nước cho đến khi thử mẫu ở 7,<br /> 14, 28 và 90 ngày (hình 4).<br /> <br /> Hình 4. Quy trình chế tạo cốt liệu lớn<br /> <br /> 2.2. Phương pháp phân tích mẫu nước<br /> Các mẫu hạt nix, mẫu MWG nung trên<br /> 1000oC, mẫu vữa có NGW, mẫu vữa bọc bằng<br /> geopolymer, mẫu bê tông không có NGW và<br /> <br /> các mẫu bê tông có NGW được ngâm trong<br /> mẫu nước cất có pH = 6,5 giống như nước<br /> mưa với thời gian 2 tuần. Quy trình thí nghiệm<br /> được trình bày trong hình 5 như sau:<br /> <br /> Hình 5. Phương pháp phân tích mẫu nước<br /> <br /> 88 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản