- Trang Chủ
- Môi trường
- Sức chống cắt của vật liệu tro đáy từ nhà máy đốt rác bằng thí nghiệm cắt trực tiếp đường kính lớn
Xem mẫu
- 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
nguon tai.lieu . vn
