Sức chống cắt của vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác bằng thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn

Chia sẻ: ViNeji2711 ViNeji2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Rác thải sinh hoạt có thể tạo ra điện năng bằng cách đốt trong các nhà máy đốt rác, đây là xu hướng chính trên thế giới. Bài viết này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của tính đầm chặt đến sức chống cắt của vật liệu tro đáy trong quá trình đốt rác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sức chống cắt của vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác bằng thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn

SỨC CHỐNG CẮT CỦA VẬT LIỆU TRO ĐÁY TỪ NHÀ MÁY ĐỐT RÁC BẰNG THÍ NGHIỆM CẮT TRỰC TIẾP ĐƯỜNG KÍNH LỚN NGUYỄN ANH TUẤN*, NGUYỄN HẢI HÀ*, NGUYỄN CHÂU LÂN* Shear strength of bottom ash from incineration plant by large diameter direct shear apparatus Abstract: In Vietnam, the amount of domestic waste is increasing, mostly treated by only landfill. Currently, a number of incineration plants have been built and ash products have appeared after burning domestic waste. The direct shear test results showed that the friction angle of bottom ash is about 38 ° –55 °, which is suitable for construction materials. However, in Vietnam, there is limitted researches about the mechanical properties of this material. This paper focuses on the effect of compaction on the shear strength of bottom ash by using large direat shear apparatus of diameter of 30 cmx30 cm. The results show that with compaction ratio of K95, the internal friction angle for bottom ash is much larger than with compaction ratio of K90. In addition, the cohesion is also quite high in two cases. Thus, it is possible to use bottom ash as construction materials. Keywords: Municipal solid waste incinerator ash, large direct shear, compaction 1. GIỚI THIỆU CHUNG * Tại Hà nội và các tỉnh lân cận, tổng lƣợng tro Rác thải sinh hoạt có thể tạo ra điện năng xỉ thải là khoảng 250 tấn/ngày và năm 2015, bằng cách đốt trong các nhà máy đốt rác, đây là khoảng 91 250 tấn. Con số này là không quá lớn xu hƣớng chính trên thế giới. Sản phẩm tro sinh nhƣng cần có các nghiên cứu để có cách thức sử ra thƣờng đƣợc sử lý theo hai cách: chôn lấp tại dụng, quản lý hợp lý làm tiền đề cho các dự án các bãi rác, và tái sử dụng nhƣ là một vật liệu tƣơng tự trong thời gian tới. Theo số liệu thống thô thứ cấp. kê ứng với mỗi Megawatt (MW) điện, các nhà Hiện nay, Việt nam hàng năm phát sinh 28 máy xử lý thải ra bình quân 25 tấn tro xỉ. Nhƣ triệu tấn rác, và 76% đƣợc chôn lấp. Nếu đƣợc vậy, trong các năm tới lƣợng tro xỉ từ các nhà đốt xử lý, Việt nam có thể sản xuất đƣợc khoảng máy đốt rác và đồng thời lƣợng tro xỉ sinh ra một tỉ kwh trong năm 2020 và sáu tỉ kWh trong cũng sẽ tăng nhanh. năm 2050 từ rác thải. Hiện nay một số lò đốt rác Hiện nay, tại Nhà máy xử lý rác Thành sinh hoạt đã triển khai tại các tỉnh Hà Nội, Thái Quang, Đan Phƣợng, lƣợng tro xỉ thải ra hàng Bình, Nam Định, Bình Dƣơng... tuy nhiên việc ngày khoảng 50 tấn đang đƣợc dùng để san lấp đốt rác phát điện là một vấn đề còn khá mới. hoặc sản xuất gạch không nung. Một số nghiên cứu tro đáy của nhà máy đốt rác thuộc công ty * Đại học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội, Việt Nam cổ phần đầu tƣ Thành Quang cho thấy hàm E-mail: anhtuandkt@utc.edu.vn lƣợng của Fe2O3, CaO và MgO có trong tro xỉ E-mail: haihadkt@utc.edu.vn E-mail: nguyenchaulan@utc.edu.vn tại Việt Nam cao hơn tại Trung Quốc và Mỹ. 30 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
Nguyên nhân do phân loại rác tại Việt Nam Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy tro đáy chƣa tốt, lƣợng rác đƣa vào còn lẫn nhiều thành thƣờng đƣợc dùng cho xây dựng nền đƣờng, các phần vô cơ. Ngoài ra hàm lƣợng các chất độc lớp móng đƣờng, các khu vực bãi đỗ xe [2]–[5] . hại theo kết quả phân tích đều nằm dƣới ngƣỡng Nó thƣờng đƣợc dùng chủ yếu trong công trình của QCVN 07:2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ xây dựng nhƣ là vật liệu thay thế cho kết cấu tự thuật quốc gia về ngƣỡng chất thải nguy hại). nhiên. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới về Nhƣ vậy, tro đáy từ quá trình đốt rác sinh hoạt tính chất vật lý và tính chất cơ học đã đƣợc đánh phát điện có thể nghiên cứu để sử dụng làm vật giá cho các ứng dụng công trình. Các thí nghiệm liệu xây dựng. nhƣ nén 3 trục đã xác nhận rằng tro đáy có tính Hình 1 và hình 2 bên dƣới là thành phần chất cơ học nhƣ cát xây dựng. Kết quả thí hạt và thành phần hỗn hợp của tro đáy của nhà nghiệm cắt trực tiếp cho giá trị góc ma sát của máy đốt rác công ty cổ phần đầu tƣ Thành tro đáy khoảng 38°-55°. Quang [1]. Bài báo này tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của tính đầm chặt đến sức chống cắt của vật liệu tro đáy trong quá trình đốt rác. 100 2. PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 80 2.1 Lấy mẫu thí nghiệm Mẫu tro đáy đƣợc lấy từ nhà máy đốt rác Thanh phan hat nho hon (%) 60 Thành Quang, Đan Phƣợng Hà nội (Hình 3). 40 Mẫu đƣợc đựng trong thùng nhựa khoảng 200 lít, đƣợc vận chuyển đến phòng thí nghiệm. 20 0 1E-3 0.01 0.1 1 10 100 (mm) Hình 1. Biểu đồ thành phần hạt cho loại tro đáy nhà máy đốt rác thuộc công ty cổ phần đầu tư Thành Quang. Hình 3. Mẫu tro đáy dùng cho các thí nghiệm 2.2 Thí nghiệm vật lý Các chỉ tiêu tính chất vật lý nhƣ độ ẩm, tỷ trọng và các chỉ tiêu khác đƣợc thực hiện theo TCVN có tham khảo tiêu chuẩn ASTM. 2.3 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến Hình 2. Biểu đồ phân tích XRD cho loại tro đáy - Thí nghiệm Proctor cải tiến đƣợc lựa chọn thuộc nhà máy của công ty cổ phần đầu tư để đầm chặt mẫu theo TCVN. Thành Quang. - Thí nghiệm này có cối đầm nhƣ hình vẽ 4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 31
- Mẫu đƣờng kính lớn đƣợc chuẩn bị cho hai trƣờng hợp K90 và K95 để xác định ảnh hƣởng của đầm chặt đến sức chống cắt của tro đáy. 3. KẾT QUẢ 3.1 Thí nghiệm vật lý Thí nghiệm vật lý xác định đƣợc khối lƣợng thể tích (1.6 g/cm3), trọng lƣợng riêng hạt (2.6 g/cm3) và thành phần hạt nhƣ các hình 7. Hình 4. Cối thí nghiệm đầm chặt 2.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn  Máy hãng WYKEHAM FARRANCE (Hình 5, 6). Hình 7. Thành phần hạt của mẫu đường kính lớn  Khả năng tạo lực tối đa 10 tấn. Xác định sức chống cắt của các loại đất có lẫn sạn sỏi với 3.2 Thí nghiệm đầm Proctor cải tiến kích thƣớc các hạt sỏi lớn tới 50mm và tỷ lệ lẫn 20 trong đất tới 50%. 19 18  Mẫu đất kích thƣớc 300 x 300 mm, cao 17 wopt=(%) kmax=15 (kPa) 140mm. 16  Dùng kích ép đến chiều cao bằng 1/3 chiều k(kPa) 15 14 cao mẫu định tạo, xới rạch bề mặt lên và thêm 13 đất đầm cho lần sau. 12  Tiêu chuẩn thí nghiệm tham khảo các 11 10 TCVN và ASTM cho thí nghiệm cắt trực tiếp. 12 14 16 18 w(%) 20 22 24 26 Hình 8. Biểu đồ đường cong Proctor cải tiến Kết quả của thí nghiệm Proctor cải tiến theo hình 8, xác định đƣợc Wopt=22.8 % và k max=15 kPa 3.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn Kết quả cắt trực tiếp đƣờng kính lớn cho mẫu ứng với hệ số đầm chặt lần lƣợt là K90 và K95 đƣợc chỉ ra ở hình 9, 10. 400 Hình 5. Máy cắt đường kính lớn Equation Weight y = a + b*x No Weighting Residual Sum 1.40167 of Squares Pearson's r 0.99991 Adj. R-Square 0.99962 øng suÊt c¾t (kPa) Value Standard Error 300 Intercept 72.96667 1.80847 B Slope 0.6095 0.00837 200 K90 c=72.97 kPa ®é 100 100 200 300 400 øng suÊt ph¸p (kPa) Hình 9. Biểu đồ sức định sức chống cắt Hình 6. Mẫu đầm vào hộp cắt 30cmx30cm ứng với hệ số đầm chặt K90 32 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
400 y = a + b*x 4. KẾT LUẬN Dựa vào kết quả thí nghiệm có thể đƣa ra Equation Weight No Weighting Residual Sum 4.00167 of Squares Pearson's r 0.99989 một số kết luận sau đây. Khi đầm chặt với độ Adj. R-Square 0.99958 Value Standard Error Intercept 79.33333 3.05569 B øng suÊt c¾t (kPa) Slope 0.9745 0.01415 300 chặt K95 thì giá trị góc ma sát trong của tro đáy lớn hơn khá nhiều so với trƣờng hợp có độ chặt K90, cƣờng độ lực dính đơn vị cũng khá cao. 200 K95 c=79.33 kPa Nhƣ vậy bƣớc đầu có thể thấy rằng có khả năng ®é sử dụng vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác làm 100 200 300 400 vật liệu xây dựng. øng suÊt ph¸p (kPa) Hình 10. Biểu đồ sức định sức chống cắt ứng TÀI LIỆU THAM KHẢO với hệ số đầm chặt K90 [1] N. Đ. Thanh, “Thí nghiệm xác định tính 3.4. Ảnh hưởng đầm chặt đến sức chống cắt chất cơ lý của tro xỉ từ nhà máy đốt rác sinh của tro đáy từ nhà máy đốt rác hoạt,” 2018. Bảng 1 chỉ ra ảnh hƣởng của đầm chặt đến [2] Z. Yang, R. Ji, L. Liu, X. Wang, and Z. sức chống cắt của vật liệu tro đáy sau khi đốt. Zhang, “Recycling of municipal solid waste Giá trị góc ma sát trong của mẫu ứng với K95 incineration by-product for cement composites lớn hơn 13 độ so mẫu K90. preparation,” Constr. Build. Mater., 2018. Bảng 1. So sánh đầm chặt [3] A. T. Ahmed and H. A. Khalid, Tham số sức chống cắt K90 K95 “Effectiveness of novel and traditional Góc ma sát trong (độ) 31 44 treatments on the performance of incinerator bottom ash waste,” Waste Manag., 2011. Lực dính đơn vị, c (kPa) 71,97 79,33 [4] E. Toraldo, S. Saponaro, A. 46 Careghini, and E. Mariani, “Use of Các kết quả stabilized bottom ash for bound layers of 44 nghiên cứu 42 khác trên thế road pavements,” J. Environ. Manage., vol. Gãc ma s¸t trong, c (kPa) giới 40 121, pp. 117-123, 2013. 38 Kết quả cắt đk lớn (nhóm tg) [5] F. Becquart, F. Bernard, N. E. Abriak, 36 34 and R. Zentar, “Monotonic aspects of the 32 mechanical behaviour of bottom ash from 30 municipal solid waste incineration and its 0 20 40 60 80 potential use for road construction,” Waste Lùc dÝnh ®¬n vÞ, c (kPa) Manag., 2009. Hình 11. So sánh kết quả tính toán và kết quả [6] M. Arm, “Variation in mechanical các nghiên cứu khác properties of MSW incinerator bottom ash: Results from triaxial tests,” Waste Manag. Ser., Hình 11 trình bày kết quả tính toán và so vol. 1, pp. 567–578, Jan. 2000. sánh với các tác giả khác [2], [5]–[7]. Khi vẽ lên [7] G. Pecqueur, C. Crignon, and B. biểu đồ thì kết quả thí nghiệm cho thấy lực dính Quénée, “Behaviour of cement-treated MSWI đơn vị tăng nhiều so với các tác giả khác. Lý do bottom ash,” Waste Manag., vol. 21, no. 3, pp. là có lẫn nhiều các mảnh sành và các vật liệu 229–233, Jun. 2001. khác lẫn vào trong. Người phản biện: PGS. TSKH TRẦN MẠNH LIỂU ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 33