Tro bay nhiệt điện là phế phẩm công nghiệp, có dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy than đá trong các lò hơi của nhà máy nhiệt điện.
Tình hình tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam.
Tính đến năm 2016, Việt nam có tổng cộng 20 nhà máy nhiệt điện hoạt động, với tổng lượng phát thải hàng năm khoảng 12,5 triệu tấn. Tổng lượng tro xỉ hiện đang tồn đọng tại các bãi chứa khoảng 30 triệu tấn.
Theo Quy hoạch phát triển điện Việt Nam đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 thì tổng lượng tro xỉ nhiệt điện phát thải đến năm 2025 khoảng 29 triệu tấn.
- Sử dụng làm phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng, thay thế sét để sản xuất clanhke xi măng.
- Sử dụng làm phụ gia khoáng để sản xuất bê tông và gạch không nung.
- Sử dụng làm vật liệu san lấp, hoàn nguyên mỏ và làm đường giao thông.
Thành phần hóa cấu tạo và đặc tính của tro bay
1. Thành phần của tro bay:
Tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit và lưu huỳnh oxit, ngoài ra có thể chứa một lượng than chưa cháy. Cũng giống như các phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông khác, tro bay là một loại pozzolan nhân tạo nên bản thân nó đã rất mịn, có cỡ hạt từ 1-10µm, trung bình 9-15µm.
2. Phân loại tro bay:
Hiện nay, tro bay được phân ra hai loại với các đặc điểm khác nhau gồm cho bay loại C và loại F
Tro bay loại C thường có nguồn gốc từ than phụ bitum và chủ yếu bao gồm thủy tinh alumino-sunfat canxi, cũng như thạch anh, tricalcium aluminat và vôi tự do (CaO). Tro loại C còn được gọi là tro bay có hàm lượng canxi cao vì nó thường chứa hơn 20% CaO.
Tro bay loại F thường có nguồn gốc từ than bitum và than antraxit và chủ yếu bao gồm một thủy tinh alumino-silicat, với thạch anh, mullite và magnetit. Loại F, hoặc tro bay có hàm lượng canxi thấp có ít hơn 10% CaO.
3. Đặc tính của tro bay:
Tro bay có tính chất vật lý như sau:
- Hình thái: tro bay là phân tử khối cầu thủy tinh
- Mật độ: 1.9 – 2.3 (chiếm khoảng 65% trọng lượng riêng của xi măng)
- Kích thước phân tử: 1.0 – 120/μm (bình quân kích thước đầu vào: 20 – 30/μm)
- Độ mịn: 2,400 – 4,000 cm2/g (độ mịn Blaine)
- Các ưu điểm nổi bật: Tro bay có những ưu điểm nổi bật so với những loại nguyên vật liệu khác như:
- Trong ngành xây dựng, tro bay giúp tăng khả năng kháng sulfat, giảm tính thấm và đồng thời giảm phản ứng kiềm silica. Hiện nay, tại Việt Nam rất nhiều đơn sử dụng tro bay để sản xuất xi măng với tỉ lệ lần lượt và 14% và 18%, giúp giảm đáng kể lượng dùng xi măng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu của bê tông nhờ độ mịn cao.
- Độ mịn cao, hoạt tính cao
- Cách nhiệt, cách âm tốt
- Giảm được đáng kể lượng dùng xi măng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu của bê tông
- Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn
- Chống rạn nứt, giảm co gãy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao
- Ứng dụng sản xuất bê tông: tăng tính chịu lực, tính bền vững cao, tính bền, hạ nhiệt cho bê tông
- Giá thành thấp, không nguy hại tới môi trường
Các ngành đang sử dụng tro bay rộng rãi và hiệu quả cao.
Hiện tro bay tại Việt Nam và trên thế giới được sử dụng cho một số ngành nghề như sau:
- Làm nguyên liệu chính để sản xuất bê tông xây dựng dân dụng, công trình giao thông, thủy điện, kè biển…
- Làm vật liệu san lấp, làm đường giao thông.
- Làm phụ gia cho bê tông và phụ gia cho sản xuất xi măng.
- Làm nguyên liệu sản xuất gạch không nung
- Dùng trong việc nung Clinker và các quá trình sản xuất xi măng khác…
- Làm vật liệu kiến trúc nội thất
- Ngành nông nghiệp
Chúng ta sẽ đi sâu phân tích một số sản phẩm đang sử dụng tro bay rộng rãi tại Việt Nam
Sản xuất bê tông tươi và các sản phẩm cấu kiện bê tông
Là phế phẩm sót lại sau quá trình đốt than trong các nhà máy năng lượng, tro bay nay được xem là một dòng vật liệu xanh, đang được khuyến khích sử dụng trong ngành xây dựng.
Loại vật liệu này khi được tận dụng để sản xuất bê tông bên cạnh giải quyết được bài toán kinh tế, thân thiện môi trường còn giúp chất lượng bê tông được cải thiện đáng kể.
Mặc dù có điểm tương đồng nhất định với xi măng về thành phần hóa học, tuy nhiên, sử dụng tro bay để sản xuất bê tông sẽ đem đến những kết quả khác biệt.
Tăng cường độ bê tông
Dùng tro bay làm phụ gia bê tông sẽ làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5-2 lần, làm tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng. Ngoài ra, tro bay khi trộn với xi măng pooclăng và cát sạch sẽ tạo ra được bê tông có mác 300 hay mác 400. Tuy nhiên, cần sử dụng tro bay trong bê tông theo tỷ lệ căn cứ 1m3 bê tông chứa khoảng 250kg tro bay để đảm bảo tính chất của vật liệu này.
Chống rạn nứt, giảm co gãy
Tính cực mịn của tro bay có hàm lượng silic cao hay silic nano tạo ra được tính dẻo của xi măng pooclăng trong quá trình sản xuất bê tông. Theo đó, sử dụng vật liệu này có thể giúp bê tông không bị rạn nứt, không cong vênh, có tính chống thấm cao và bền hơn.
Tạo tính bền sunfat cho bê tông
Tro bay có thể làm phụ gia sản xuất xi măng, bê tông bền sunfat cho xây dựng công trình ở các vùng nước lợ, nước mặn, đồng muối, công trình biển đảo.
Chống sự xâm nhập của axit sunphuric
Để chống lại hiện tượng hen gỉ, có thể dùng tro bay trộn vào bê tông, khi đó, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe nứt và chống được sự xâm nhập củaaxit sunphuric, có thể phá hỏng cốt thép. Nó là phụ gia cho bê tông tự lèn đối với công trình đòi hỏi chịu lực cao. Với vữa trát tường , nó có thể thay thế 30 – 35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm.
Đặc biệt là trong công nghệ bê tông đầm lăn “không thể thiếu phụ gia tro bay”.
Hạ nhiệt cho bê tông khối lớn
Khi sản xuất bê tông, một lợi ích dễ nhận thấy của tro bay chính là khả năng giảm nhiệt độ trong quá trình thủy phân của bê tông và kéo dài thời gian đông kết. Trong việc đổ những khối bê tông có kích thước lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay, có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường.
Cụ thể, tro bay có thể khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giúp rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt.
Một số mô hình cấp phối bê tông:
Hiện nay ở các trạm trộn bê tông thương phẩm đã sử dụng một phần tro bay làm phụ gia khoáng cho bê tông. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ tro bay thay thế xi măng từ 10 – 40% theo khối lượng được nghiên cứu, cấp phối thí nghiệm được trình bày trong Bảng 5 và 6.
Đặc biệt, trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay, ta có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường. Nó khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông.
Sử dụng tro bay trong sản xuất xi măng
Tro bay nhiệt điện được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất clanhke xi măng. Khi sử dụng tro bay trong nguyên liệu sẽ làm giảm tiêu tốn nhiên liệu, tăng khả năng phản ứng và cải thiện đáng kể chất lượng xi măng. Việc sử dụng thành công tro bay trong phối liệu sản xuất xi măng sẽ tiêu thụ một lượng lớn tro bay dẫn đến làm giảm ô nhiễm môi trường cho cả ngành công nghiệp điện và xi măng.
Sản xuất gạch không nung
Theo chủ trương chung của Chính phủ tại Quyết định số 2171/QĐ-TTg ngày 23/12/2021 về việc phê duyệt Chương trình phát triển vật liệu không nung đến năm 2030 và thiết thực hơn là nhằm góp phần giải quyết bài toàn khó về mặt môi trường tại địa phương;
Đánh giá được ảnh hưởng của các hàm lượng khác nhau của tro bay dùng để thay thế một phần xi măng trong các cấp phối bê tông gạch không nung đến các tính chất kỹ thuật của bê tông, như: độ sụt, khối lượng thể tích, cường độ chịu nén, độ hút nước, độ co khô. Đây là như một giải pháp có hiệu quả trong xử lý lượng tro bay tồn đọng, tạo ra loại vật liệu xây dựng có chất lượng, thân thiện hơn với môi trường và phục vụ tốt cho nhu cầu ngành Xây dựng theo định hướng phát triển bền vững.
Thành phần sản xuất gạch không nung có thêm tro bay vừa đảm bảo chất lượng gạch được đảm bảo mà giá thành gạch thấp, để cạnh tranh trực tiếp với gạch nung. Cụ thể:
• Tro thô hoặc tro bay đều có thể dễ dàng làm nguyên liệu để sản xuất gạch không nung xi măng cốt liệu. Lượng sử dụng có thể đến 70% khối lượng gạch sản xuất
• Tro bay sẽ đóng vai trò như phụ gia khoáng hoạt tính giúp cải thiện đáng kể cường độ chịu lực và chịu uốn, giúp gạch có tính chống thấm cao
• Tro bay sẽ giúp giảm lượng xi măng sử dụng, từ đó giảm giá thành -> Từ đó đưa gạch không nung thông dụng trong xây dựng trong nước và hướng tới mục tiêu xuất khẩu.
Một số vật liệu để sản xuất gạch không nung khi phối trộn với tro bay:
Làm nông nghiệp
Ngoài ra, trong ngành nông nghiệp, đặc biệt là đối với các loại cây trồng, tro bay còn có những tác động tuyệt vời như:
- Tăng khả năng giữ nước của đất: thay đổi kết cấu của đất, tăng tính xốp, giảm mật độ khối lượng lớn của đất dẫn đến cải thiện độ rỗng của đất, tăng khả năng giữ nước
- Thay đổi độ pH của đất: tro bay có 2 loại là tro bazơ và tro axit nên nó thể trung hòa độ chua của đất và cung cấp các chất dinh dưỡng (do tro bay có chứa các nguyên tố như Fe, Ca, Mg, K cần thiết cho sự phát triển của cây trồng)
- Cải thiện sự tăng trưởng và năng suất của cây trồng, tiết kiệm phân bón
- Tro bay được sử dụng như thuốc trừ sâu.
Làm vật liệu trong kiến trúc
Nhờ ưu điểm nổi bật của tro bay là cách âm, cách nhiệt tốt và không cháy. Do đó, người ta đã tận dụng những ưu điểm này sử dụng tro bay làm vật liệu cách âm, vách ngăn trong các công trình xây dựng.