Tài liệu Báo cáo chuyên đề bê tông xỉ thép

Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP: ............................................................................... 3 I.1: Xỉ thép là gì: .................................................................................................................... 3 I.2: Các dạng Xỉ thép: ............................................................................................................ 4 I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang: ................................................................... 5 I.4: Các thành phần có trong xỉ thép: ..................................................................................... 6 I.5: Các tính chất cơ học của xỉ thép: ..................................................................................... 7 I.6: Ứng dụng của xỉ thép: ...................................................................................................... 7 I.7: Các nghiên cứu về Bê tông xỉ thép: ............................................................................... 10 I.8: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép là cốt liệu nhỏ thay cát trong Bê tông:.............................. 12 I.9: Ứng dụng của xỉ thép làm cốt liệu lớn trong bê tông. ................................................... 13 I.10: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào Bê tông ở Việt Nam. ......................... 14 I.10.1. Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt. ......................................................................................................................................... 14 I.10.2. Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng cho BTXM trong xây dựng mặt đường giao thông. ............................................................................................................ 16 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG XỈ THÉP THAY THẾ ĐÁ VÀ BÊ TÔNG THƯỜNG: .......................................................................... 18 II.1: Mẫu xỉ thép thí nghiệm ................................................................................................ 18 II.2: Các kiểm tra chỉ tiêu xỉ thép trước khi đúc mẫu .......................................................... 18 II.2.1. Thành phần hạt của xỉ thép ................................................................................... 18 II.2.2. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích của xỉ thép ................................................ 20 II.2.3. Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép ...................................................................... 21 II.2.4. Các chỉ tiêu hóa học của xỉ thép............................................................................ 22 II.2.5. Cường độ và hệ số hóa mềm ................................................................................. 23 II.2.6. Chỉ tiêu về độ góc cạnh của xỉ thép : .................................................................... 24 II.2.7. Chỉ tiêu cơ học của xỉ thép : .................................................................................. 26 II.2.8. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép ................................................................ 27 II.3: Các chỉ tiêu cơ lý đá: .................................................................................................... 28 II.3.1. Tính chất cơ lí ....................................................................................................... 28 II.3.2. Thành phần hạt ...................................................................................................... 28 II.3.3. Chỉ tiêu cơ lý cát: .................................................................................................. 29 II.4: Chỉ tiêu cơ lý xi măng: ................................................................................................. 30 II.5: Thiết kế thành phần cấp phối Bêtông ximăng thông thường và Bêtông có sử dụng xỉ thép thay đá .......................................................................................................................... 30 II.5.1. Các bước thiết kế bêtông thông thường ................................................................ 30 II.5.2. BIỂU KẾT QUẢ THIẾT KẾ BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG ............................. 33 II.6: Các bước thiết kế bêtông sử dụng xỉ thép thay đá 1x2 ................................................. 34 II.7: Xác định cường độ bê tông........................................................................................... 39 II.8: Đánh giá sơ bộ .............................................................................................................. 47 II.9: So đánh, đánh giá cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép và bê tông thông thường ......... 49 II.10: Các vấn đề về môi trường và sức khỏe con người ..................................................... 50 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN ...................................................................................................... 53 III.1: Ưu điểm của BTXT:.................................................................................................... 53 III.2: Hạn chế của BTXT ở Việt Nam: ................................................................................. 53 SVTH: Nhóm 01 Trang 1 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP GIỚI THIỆU CHUNG Ở Việt Nam hiện nay, nguồn vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (như cát, đá) đang ngày một khan hiếm dần, xỉ thép lại có nhiều tính chất cơ lý tương tự như đá nghiền, nên việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thành vật liệu thay thế dùng cho các công trình xây đựng giao thông là một vấn đề cần sớm được giải quyết. Mục đích của chuyên đề là nghiên cứu thay thế xỉ thép cho cốt liệu đá trong bê tông xi măng để xem xét so sánh cường độ của bê tông xỉ thép và bê tông xi măng. Thông qua đó, so sánh cường độ của bê tông xỉ thép với chỉ tiêu cường độ của bê tông xi măng hiện tại. Nó sẽ là cơ sở vững chắc, góp phần giúp cho việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thay thế cho các vật liệu khác dùng trong các công trình giao thông được giải quyết triệt để hơn. Báo cáo gồm các chương chính như sau: - Chương I: Tổng quan về xỉ thép - Chương II: Các chỉ tiêu cơ lí về BTXM cốt liệu Xỉ thép thay đá - Chương III: Kết luận. SVTH: Nhóm 01 Trang 2 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP: I.1: Xỉ thép là gì: - Xỉ là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất. Trong quặng sắt thường có lẫn những tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với quặng sắt một hàm lượng đá vôi thích hợp nhất định vào lò nung; Hình1.1: Đá núi lửa và xỉ thép - Ở nước ta, theo ước tính có khoảng 1-1,5 triệu tấn xỉ thép thải ra mỗi năm từ các nhà máy sản xuất thép lớn. Các bãi chất thải rắn này chiếm chỗ trên diện tích đất rất lớn và dẫn đến tác động môi trường nghiêm trọng với hàm lượng bụi lớn và rỉ sét, kim loại nặng. Vì vậy, việc tái chế xỉ thép được đánh giá là thực sự cần thiết để đáp ứng đồng thời mục tiêu về kinh tế lẫn môi trường. Để tái chế ở quy mô lớn, xỉ thép có thể được sử dụng như chất độn xi- măng hoặc cốt liệu san lấp nền hay cốt liệu cho bê- tông nhựa đường. Cốt liệu xỉ thép làm san lấp nền giúp cải thiện cơ tính và tính bền nhờ phản ứng kết dính khi gặp nước, bùn. Tuy nhiên nhìn chung trong số các trường hợp ứng dụng thực tế hiện nay đều không tận dụng hết các tính chất của xỉ từ quan điểm khoa học vật liệu. Hơn 90% lượng xỉ vẫn đang đổ đống trong bãi thải tại chỗ trong các nhà máy hay chôn lấp sâu. SVTH: Nhóm 01 Trang 3 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình1.2: Hàng tấn xỉ thép đổ đi mỗi năm I.2: Các dạng Xỉ thép: - Xỉ được làm lạnh chậm bằng không khí, chất nấu chảy dần chuyển sang màu xám, kết tinh và tạo dạng cục, tảng lớn. Cấu trúc xỉ rất đặc sít. - Khi làm lạnh nhanh hơn có kèm theo một lượng nước có hạn, sau đó hơi nước bị thu hồi lại, để lại các lỗ rỗng, rỗ tổ ong trong cấu trúc xỉ, gần tương tự như đá bọt. SVTH: Nhóm 01 Trang 4 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang: - Theo các báo cáo nghiên cứu khoa học về xỉ thép lò điện hồ quang (Heribert Motz Fehs, 2010), không có loại vật liệu nào có thành phần khoáng giống với lớp vỏ trái đất nhất như xỉ thép. Do đó, sau khi tiến hành một số giải pháp kỹ thuật đẩy nhanh quá trình lão hóa (ageing) xỉ thép như: kỹ thuật phun nước nóng ở nhiệt độ 100OC, hấp hơi hoặc để ngoài trời tự nhiên, xỉ thép sẽ trở thành vật liệu có ích sử dụng cho xây dựng, làm đường, xử lý chất thải, nông nghiệp,… và được xem là “đá nhân tạo”. - Sản phẩm xỉ thép sau khi được xử lý và phân loại được xem là đá nhân tạo với nhiều kích thước khác nhau, phục vụ cho các mục đích khác nhau. - Nhà máy sử dụng công nghệ S3R (Stainless Steel Scrap Recovery) của Hofung Technology Co., Ltd (China), RecCo BV (Hà Lan) và Evergoed NV (Hà Lan). Công nghệ này chủ yếu tách sắt trong xỉ thép có chứa nhiều sắt. - Công nghệ luyện thép bằng lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu đầu vào là sắt, thép phế liệu để luyện thép. Để tách các tạp chất có trong thép phế liệu đầu vào, sử dụng vôi và một số chất trợ dung đưa vào lò luyện, Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie. Xỉ thép được nấu chảy ở nhiệt độ 1400 – 16000C. Ở nhiệt độ này, các hợp chất nóng chảy hoàn toàn. Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên. Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ. Sản phẩm xỉ thép có các dạng khác nhau, phụ thuộc vào quá trình nung luyện và chế độ làm lạnh sau khi nấu chảy xỉ sẽ nổi lên trên, thép lỏng nằm ở lớp phía dưới. Lớp xỉ được tháo ra khỏi lò, được làm nguội và chuyển sang trạng thái rắn. Khi nguội, xỉ được đưa tới bãi chứa và chuyển đến nhà máy xử lý, tái chế thành các sản phẩm có ích, phần thép trong lò được đúc thành phôi. SVTH: Nhóm 01 Trang 5 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép - GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình1.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang I.4: Các thành phần có trong xỉ thép: Thành phần hóa học của xỉ thép: Bảng 1.1: Thành phần hóa học của xỉ thép. STT Chỉ tiêu Kết quả (%) 1 SiO2 16.3 2 Al2O3 6.07 3 Fe2O3 39.2 4 CaO 28.9 5 MgO 1.68 6 SO3 0.723 7 P2O5 0.62 8 TiO2 1.02 9 Cr2O3 1.34 10 MnO 4.02 11 ZnO 0.323 12 SrO 0.0781 SVTH: Nhóm 01 Trang 6 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép - GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP So sánh tính chất cơ lí của xỉ thép với đá dăm Bảng 1.2: So sánh tính chất cơ lí của xỉ thép với đá dăm. Các tính chất Đá vôi dăm Xỉ sắt Các tính chất vật lý Khối lượng riêng (g/cm3) 2.54 3.51 Độ hút nước (%) 2.20 0.85 Hàm lượng bụi bùn sét (%) 0.65 0.12 Độ mài mòn (%) 24.2 11.6 Thành phân hóa học CaCO3 95.0 10.0 SiO2 5.0 1.0 Fe2O3 0.0 89.0 I.5: Các tính chất cơ học của xỉ thép: - Xỉ thép có tính chất cơ học rất tốt do cấu trúc tinh thể đặc biệt, được so sánh tương tự hoặc tốt hơn so với cấu trúc của đá tự nhiên. - Xỉ thép có những ưu điểm sau: + Nặng hơn so với hầu hết cốt liệu tự nhiên; + Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt; + Độ bền cao và chịu đựng tốt trong điều kiện thời tiết xấu. + Thành phần chủ yếu là các khoáng chất tương tự như thành phần của xi măng. - Thay thế các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng. I.6: Ứng dụng của xỉ thép: - Xỉ thép nếu đã qua quá trình xử lý, tái chế, sẽ cho ra các sản phẩm thay thế cho các vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông asphalt, làm vật liệu trải đường hoặc làm móng các công trình giao thông; - Làm cốt liệu cho đổ bê tông làm nền nhà xưởng, kho bãi; SVTH: Nhóm 01 Trang 7 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở các công trình đê, kè biển; - Xử lý nước mưa nhiễm bẩn hoặc lọc nước thải có chứa nhiều chất bẩn và kim loại nặng. - Do tính chất hóa lý đặc biệt, xỉ thép còn được sử dụng làm vật liệu để xử lý nước thải nhiễm Phốt pho, nhiễm a xít… SVTH: Nhóm 01 Trang 8 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Ngoài ra, do hàm lượng đá vôi có nhiều trong xỉ thép và chứa một số khoáng chất đặc biệt nên nó còn có thể dùng làm phân bón, cải tạo đất hoặc phục hồi hệ sinh thái đáy biển, đáy sông bị tàn phá do các hoạt động nạo vét luồng tàu để làm cảng biển, cảng sông,… - Với những tích chất như trên, xỉ thép được xem như là một sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, không phải là chất thải cần phải loại bỏ hoặc đem chôn lấp SVTH: Nhóm 01 Trang 9 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP I.7: Các nghiên cứu về Bê tông xỉ thép: Theo thống kê ở châu Âu 85% lượng xỉ BOS (Basic Oxygen Steelmaking slag) đã được tái sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong đó 42% được ứng dụng trong xây dựng. Còn ở Đức trong số 70% lượng xỉ EAF (Electric Arc Furnace slag) thì 66% được ứng dụng trong xây dựng còn lại 4% ứng dụng cho các mục đích khác nhau. Trong lĩnh ` vực xây dựng xỉ được sử dụng chủ yếu làm cốt liệu cho bêtông và phụ gia khoáng chế tạo bêtông ximăng” (Theo nguồn tài liệu sách Vật liệu mới GS TS Phạm Duy Hữu). Theo TS. Minoru Fujiwara, Giám đốc Điều hành Hiệp hội xỉ Nhật Bản, quá trình sản xuất xỉ lò cao và xỉ thép đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước, đặc biệt là Nhật Bản. Theo số lượng thống kê trong ngành công nghiệp thép Nhật Bản, lượng xỉ lò cao trung bình là 290 kg/tấn gang và lượng xỉ thép trung bình cho 130 kg/tấn thép. Tổng sản lượng xỉ lò cao và xỉ thép năm 2004 tại Nhật Bản là 37 triệu tấn. Những loại xỉ này đã, đang được sử dụng có hiệu quả như là vật liệu thô cho lĩnh vực xây dựng dân dụng ở Nhật Bản. Xỉ thép có tính chất vô hại, những thành phần cadmium, thuỷ ngân, crôm, chì, asen và sêlen không phát hiện được trong nước có xỉ. Xỉ này chứa silica và vôi nên nó được sử dụng làm phân bón ruộng lúa từ hơn 50 năm nay tại Nhật Bản, được nông dân đánh giá không chỉ cho sản lượng lúa mà còn cho chất lượng lúa tốt. Xỉ lò cao còn được cho xuống đáy biển khi bị che phủ bởi bùn để cải thiện môi trường sống cho các loài nhuyễn thể. Vì tính chất cơ học và hoá học của xỉ lò cao tương tự như đá nghiền nên nó được sử dụng để làm vật liệu phụ cho xây dựng đường và làm cốt liệu thô cho bê tông. Xỉ này cũng có những tính chất cơ học và hoá học tương tự như cát tự nhiên nên nó được sử dụng để làm cốt liệu mịn cho bê tông. Bằng cách nghiền thành dạng bột, xỉ lò cao được dùng làm nguyên liệu cho xi măng vì có độ cứng cao. Xi măng xỉ có cường độ tăng ở độ tuổi dài ngày và bền vững. Jigar P.Patel (2006) đã nghiên cứu thay thế từ 25% đến 100% cốt liệu sử dụng trong bêtông bằng xỉ thép. Nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của xỉ thép đến tính chất của hỗn hợp bê tông và tính chất cơ học của bêtông. Cấp phối bê tông nghiên cứu được trình bày ở bảng 1.3. Bảng 1.3. Bảng cấp phối bêtông nghiên cứu sử dụng xỉ thép thay thế cốt liệu Phần trăm xỉ Cốt liệu Tỷ lệ Cốt liệu Cốt liệu xỉ Khối lượng thép thay nhỏ, kg thép, kg xi măng, kg lớn, kg N/X thế, % 0% 576 730 0 272 0.5 25% 434 531 383 272 0.5 50% 289 354 766 272 0.5 75% 145 177 1148 272 0.5 100% 0 0 1531 272 0.5 SVTH: Nhóm 01 Trang 10 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu tăng lên thì độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm xuống (bảng 1.4). Bảng 1.4. Độ sụt của hỗn hợp bêtông khi sử dụng xỉ thép thay thế cốt liệu Tỷ lệ thay thế Độ sụt (mm) 0% 57 25% 50 50% 27 KhốI lượng thể tích (lbs/tt3) KhốI lượng thể tích (kg/m3 ) 75% 24 Ngoài ra, khi thay thế cốt liệu bằng xỉ thép thì khối lượng thể tích của hỗn hợp của bê tông cũng tăng lên, đặc biệt là khi sử dụng xỉ thép thay thế 100% cốt liệu, điều này được giải thích là do xỉ thép có khối lượng thể tích nặng hơn đáng kể so với cốt liệu tự nhiên. ( hình 1.2 và bảng 1.3). Hình 1.2. Biểu đồ thể hiện khối lượng thể tích của hỗn hợp bêtông Bảng 1.5. Khối lượng thể tích của hỗn hợp bêtông Tỷ lệ thay thế Tỷ trọng đạt được (Kg/m3) 0% 2352 25% 2443 50% 2489 75% 2508 100% 2717 SVTH: Nhóm 01 Trang 11 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Tác giả cũng tập trung nghiên cứu tính chất cơ học của bêtông, ví dụ như cường độ chịu kéo và chịu nén. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thay thế cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu xỉ thép không gây ảnh hưởng đáng kể, ngoại trừ thay thế tỷ lệ lớn hơn 75%. Cỡ hạt và thành phần hạt của cốt liệu xỉ cũng giống như đối với cốt liệu đá tự nhiên. Cường độ nén của mẫu bê tông thường ở 28 ngày đạt 35 Mpa, trong khi mẫu bê tông thay thế 100% cốt liệu xỉ thì đạt 40 Mpa. Bảng 1.6. Kết quả cường độ nén bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép Phần trăm thay Cường độ nén ở tuổi 7 ngày, Cường độ nén ở tuổi 28 ngày, thế MPa MPa 0% 35 43 25% 32 29 50% 29 35 75% 23 29 100a% 20 29 100b% 37 42 I.8: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép là cốt liệu nhỏ thay cát trong Bê tông: Cường độ chịu nén (MPa) Hisham Qasrawi (2009), nghiên cứu sử dụng xỉ thép phế thải không qua xử lý và có hàm lượng CaO thấp, hầu như không có tính chất hoạt tính, làm cốt liệu nhỏ thay cát trong bê tông. Xỉ thải sử dụng với hàm lượng thay thế cát từ 0%, 15%, 30%, 50% và 100% dùng chế tạo bê tông có mác 25 đến 45MPa. Hàm lượng xỉ thép thay thế (%) Hình 1.3. Sự thay đổi cường độ chịu nén của bêtông khi thay đổi hàm lượng xỉ sắt thay thế cốt liệu trong bêtông SVTH: Nhóm 01 Trang 12 GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Cường độ chịu nén (MPa) Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép Hàm lượng xỉ thép thay thế (%) Hình 1.4. Sự thay đổi cường độ chịu nén của bêtông theo thời gian khi thay đổi hàm lượng xỉ sắt thay thế cốt liệu trong bêtông Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, xỉ thải sử dụng với hàm lượng 30%-50% làm cho cường độ chịu nén tăng 1.2 lần, cường độ chịu kéo tăng 1.4 lần (hình 1.12 và 1.13). Ngoài ra, độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm xuống khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng lên, khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông tăng khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng. I.9: Ứng dụng của xỉ thép làm cốt liệu lớn trong bê tông. Thay thế đá bằng xỉ thép để làm cốt liệu bê tông cho các công trình xây dựng sẽ mang lại hiệu quả cao về kinh tế và bảo vệ môi trường, đồng thời công trình vẫn đảm bảo chất lượng cao. SVTH: Nhóm 01 Trang 13 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 1.5. Bê tông cốt liệu xỉ và bê tông thông thường Trong bê tông cốt liệu xỉ, xỉ hoạt động như một chất cách điện tự nhiên, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản phẩm xây dựng, xỉ còn hoạt động như một chất chống cháy tự nhiên, gia tăng an toàn xây dựng. Khi dùng cốt liệu xỉ, lượng xi măng tốn ít hơn so với cốt liệu đá. Sân vận động Beijing National Indoor Stadium – Trung Quốc phục vụ thế vận hội Olympics 2008 sử dụng 80.000 tấn xỉ thép để xây dựng và công trình này được xem như là một công trình tiêu biểu và nhãn môi trường xanh. Ngoài ra bê tông cốt liệu xỉ còn được dùng cho công trình nhà ga tàu điện ngầm Bắc Kinh – Trung Quốc, đổ bê tông nền kho bãi cảng Montreal – Canada,… I.10: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào Bê tông ở Việt Nam. I.10.1.Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt. Năm 2011, nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Vật liệu Xây dựng – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh do TS. Trần Văn Miền chủ trì kết hợp với Công ty TNHH Lê Phan đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphan ứng dụng làm lớp áo đường trong công trình giao thông. Kết quả nghiên cứu các tính chất đạt được có thể tóm tắt như sau: Về dung trọng: ở cùng một hàm lượng nhựa hấp phụ thì dung trọng của hỗn hợp BTN sử dụng xỉ thép làm cốt liệu cao hơn đáng kể so với hỗn hợp BTN sử dụng đá dăm làm cốt liệu. Xu hướng này đúng cho cả cốt liệu hạt mịn và cốt liệu hạt trung sử dụng cho BTN. Độ ổn định nhiệt độ: khi hàm lượng nhựa tăng lên thì độ ổn định tăng lên tương ứng (tuy nhiên với BTN sử dụng cốt liệu xỉ thì xu hướng này không rõ ràng bằng BTN nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm). Trong hầu hết các trường hợp thí nghiệm 1h và 24h thì độ ổn định của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép đều cao hơn của BTN sử dụng đá dăm. Về cường độ chịu nén: BTN sử dụng cấp phối hạt mịn của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 4.5%-5.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 5.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 4.5%-5.0%. BTN sử dụng cấp phối hạt trung của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 5.0%-6.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 6.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 5.5%-6.0%. Khi nghiên cứu cường độ của BTN sử dụng cốt liệu đá dăm, xỉ thép ở hàm lượng nhựa tối ưu thì cường độ chịu nén của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hoặc tương đương BTN SVTH: Nhóm 01 Trang 14 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP sử dụng cốt liệu đá dăm (hình 1.24). Điều này có nghĩa là có thể sử dụng xỉ làm cốt liệu thay thế đá trong BTN để đạt các chỉ tiêu cơ lý theo yêu cầu. Hình 1.6. So sánh cường độ chịu nén của BTN sử dụng xỉ thép và đá dăm làm cốt liệu Thương số Marshall của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hẳn BTN sử dụng đá dăm. Ở hàm lượng 5% của BTN hạt mịn thì độ chênh lệch chưa cao nhưng ở các hàm lượng còn lại của cả BTN cấp phối hạt mịn và hạt trung thì độ chênh lệch thương số Marshall thể hiện rõ rệt. Modun đàn hồi của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN sử dụng cốt liệu đá dăm. Ở hàm lượng nhựa 6.5% của BTN hạt mịn thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 7.88(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 3.52 (kG/cm2). Ở hàm lượng nhựa 5.50% của BTN hạt trung thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 11.38(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 8.14 (kG/cm2) (hình 1.25). Vì vậy, có thể ứng dụng xỉ thép cho việc sản xuất BTN áp dụng vào thực tế. Hình 1.7. So sánh modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép và đá dăm làm cốt liệu SVTH: Nhóm 01 Trang 15 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP I.10.2.Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng cho BTXM trong xây dựng mặt đường giao thông. Năm 2011, đề tài thạc sĩ của Trần Hữu Bằng đã tiến hành nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế hàm lượng xi măng trong thành phần BTXM theo tỉ lệ 10%, 12%, 15% trong thành phần hỗn hợp của cốt liệu. Kết quả cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép thu được có thể tóm tắt theo các bảng sau: Bảng 1.5. So sánh cường độ chịu nén của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal) R7 R14 R28 R60 R90 Ký hiệu mẫu (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) 25MPa Normal 19.6 23.3 28.1 30.1 30.8 25MPa Slag 10% 18.9 22.6 27.5 29.0 30.5 25MPa Slag 12% 17.8 21.7 26.5 28.5 29.5 25MPa Slag 15% 15.9 19.8 25.2 27.0 27.2 30MPa Normal 23.8 27.4 33.5 35.9 36.1 30MPa Slag 10% 22.5 26.5 32.5 35.0 35.8 30MPa Slag 12% 21.4 25.9 31.4 34.2 34.4 30MPa Slag 15% 20.2 24.4 30.5 32.7 32.7 35MPa Normal 26.5 31.7 38.5 40.6 40.7 35MPa Slag 10% 25.6 30.5 37.2 39.4 40.4 35MPa Slag 12% 24.8 29.5 36.7 38.9 38.9 35MPa Slag 15% 23.6 28.3 35.5 36.7 36.7 Kết quả cho thấy cường độ của của BTXM phụ gia khoáng xỉ thép có tốc độ phát triển cường độ thấp hơn so với BTXM thông thường, và hàm lượng phụ gia khoáng xỉ thép càng nhiều thì cường độ BTXM càng giảm. Tuy nhiên cường độ của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép sẽ đạt ở tuổi dài ngày hơn. SVTH: Nhóm 01 Trang 16 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Bảng 1.6. So sánh cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal) R28 R60 Ký hiệu mẫu (daN/cm2) (daN/cm2) 25MPa Normal 33.51 34.31 25MPa Slag 10% 32.58 33.64 25MPa Slag 12% 29.38 30.22 25MPa Slag 15% 28.31 29.02 30MPa Normal 38.97 39.78 30MPa Slag 10% 36.28 37.73 30MPa Slag 12% 34.21 35.07 30MPa Slag 15% 32.28 33.02 35MPa Normal 40.60 41.56 35MPa Slag 10% 38.91 40.40 35MPa Slag 12% 36.41 37.73 35MPa Slag 15% 33.56 34.71 Kết quả cho thấy cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM phụ gia khoáng xỉ thép thấp hơn so với BTXM thông thường, và hàm lượng phụ gia khoáng xỉ thép càng nhiều thì cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM càng giảm. SVTH: Nhóm 01 Trang 17 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP CHƯƠNG II: TÌM HIỂU THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG XỈ THÉP THAY THẾ ĐÁ VÀ BÊ TÔNG THƯỜNG: II.1: Mẫu xỉ thép thí nghiệm Các mẫu xỉ thép dùng để nghiên cứu trong đề tài này được lấy của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, công ty đã đầu tư xây dựng dự án thu gom xỉ thép từ các nhà máy luyện thép trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, sử dụng công nghệ nghiền sàng di động để tái chế xỉ thép thành các sản phẩm sử dụng vào các mục đích khác nhau. Dự án đã được các Bộ ngành liên quan cho phép, sản phẩm xỉ thép sau khi tái chế bước đầu đã được ứng dụng trong thực tế song mới chỉ mang tính cục bộ, dưới đây là hình ảnh sản phẩm xỉ thép của Công ty Vật Liệu Xanh sau khi tái chế: Hình 2.1. Bãi chứa xỉ thép thành phẩm chưa phân loại của Công ty Vật Liệu Xanh Các mẫu xỉ thép được lấy trực tiếp từ bãi chứa của Công ty Vật Liệu Xanh tuân theo phương pháp lấy mẫu được quy định trong TCVN 7572-1:2006.Mẫu được lấy theo nhiều điểm khác nhau theo chiều cao đống vật liệu từ đỉnh xuống chân, sao cho mẫu lấy là đại diện của cả bãi vật liệu. Sau đó mẫu được đưa về Phòng thí nghiệm chuyên ngành để tiến hành thí nghiệm phân tích. Vật liệu dùng trong các công trình giao thông với các mục đích chính là làm cốt liệu cho bê tông xi măng, làm cốt liệu cho bê tông nhựa và làm cấp phối dùng để thi công các lớp móng đường giao thông. Trong phạm vi đề tài này, các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép được nghiên cứu chủ yếu là các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ cho mục đích làm cốt liệu cho bê tông xi măng và làm cấp phối cho lớp móng đường giao thông. II.2: Các kiể m tra chỉ tiêu xỉ thép trước khi đúc mẫu II.2.1.Thành phần hạt của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng:TCVN 7572 - 06. Các thiết bị, dụng cụ: – Cân kỹ thuật; máy lắc sàng; tủ sấy; SVTH: Nhóm 01 Trang 18 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP – Bộ sàng tiêu chuẩn bao gồm các kích thước mắt sàng: 40mm; 20 mm; 10mm; 5 mm; Mẫu thử: Mẫu xỉ thép sau khi được lấy từ bãi chứa về được sấy khô đến khối lượng không đổi và để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm. Sau đó mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Khối lượng mẫu thí nghiệm phụ thuộc vào đường kính lớn nhất danh nghĩa Dmax của mẫu. Đối với mẫu xỉ thép, ta chọn khối lượng mẫu thí nghiệm tối thiểu là 10kg. Trình tự thí nghiệm: Cho mẫu vào máy lắc sàng với bộ sàng tiêu chuẩn như trên, tiến hành sàng đến khối lượng không đổi và cân khối lượng còn sót lại trên từng sàng. Tính toán kết quả: Hàm lượng sót trên từng sàng (ai) tính theo công thức: ai  mi  100 (%) m Trong đó: mi : khối lượng trên từng sàng (g); m : tổng khối lượng mẫu thí nghiệm (g); Hàm lượng sót tích lũy (Ai) tính theo công thức: Ai   a i (%) Tỷ lệ lọt sàng theo % khối lượng tính theo công thức: Bi  100  Ai (%) Kết quả thí nghiệm mẫu xỉ thép được thống kê như sau: Kích thước lỗ sàng (mm) 40.0 20.0 10.0 5.0 < 5.0 Khối lượng tích lũy trên sàng (g) 0 982.5 3465 7234 7534 SVTH: Nhóm 01 Phần trăm khối lượng tích lũy trên sàng (%) 0.0 13.0 46.0 96.0 100.0 Phần trăm khối lượng lọt sàng tích lũy (%) 100.0 87.0 54.0 4.0 0.0 Trang 19 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt của mẫu xỉ thép II.2.2.Khối lượng riêng, khối lượng thể tích của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-4:2006. Các thiết bị, dụng cụ: – Cân kỹ thuật; tủ sấy; bình dung tích; thùng ngâm mẫu; khăn thấm nước; khay chứa;bộ sàng; Mẫu thử: Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Sau đó được đem ngâm trong thùng ngâm trong 24 ± 4h ở nhiệt độ 27 ± 2 oC trước khi tiến hành thí nghiệm. Sau khi ngâm mẫu được đưa về trạng thái bão hòa nước khô bề mặt (dùng khăn bông lau khô bề mặt); Trình tự thí nghiệm: Ngay sau khi làm khô bề mặt mẫu, tiến hành cân một lượng mẫu thử (khoảng 1000g) và cho vào bình thử, cho thêm nước đầy bình rồi tiến hành cân; Sau đó đổ mẫu ra và tiến hành sấy khô mẫu, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cân; Đổ đầy nước vào bình thử cho đầy rồi cân. Tính toán kết quả: Khối lượng riêng (  a )được tính theo công thức: a  m4  n m 4  (m 2  m3 ) (g/cm3) Trong đó: m4 : khối lượng mẫu khô sau khi sấy (g); m2 : khối lượng mẫu + bình thử + nước (g); m3 : khối lượng bình thử + nước (g);  n : khối lượng riêng của nước (g/cm3); Khối lượng thể tích khô (  k )được tính theo công thức: k  m4  n m1  (m 2  m3 ) (g/cm3) Trong đó: m1 : khối lượng mẫu bão hòa nước khô bề mặt (g); Khối lượng thể tích bão hòa nước (  bh )được tính theo công thức: SVTH: Nhóm 01 Trang 20