Nghiên cứu ảnh hưởng của xỉ thép trong bê tông xỉ thép dùng làm mặt đường ô tô (P1)
Nghiên cứu để tái chế các phụ phẩm của ngành công nghiệp làm vật liệu xây dựng là một xu thế đang được quan tâm, vì hạn chế được sự ảnh hưởng xấu đến môi trường và thay thế hoặc làm phong phú thêm nguồn vật liệu xây dựng truyền thống. Xỉ thép cũng là một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp sản xuất thép bằng công nghệ lò điện hồ quang. Trong bài viết này, nhóm tác giả nghiên cứu, đánh giá các tính chất cơ lý của bê tông xi măng khi cốt liệu lớn là đá dăm được thay thế bằng xỉ thép với hàm lượng thay thế là 25%, 50%, 75% và 100% (BTXT).
Kết quả cho thấy BTXT với hàm lượng xỉ thép thay thế là 25% (BTXT25) có tính chất cơ lý kém hơn bê tông truyền thống (BTXT0), trong khi đó, BTXT với hàm lượng xỉ thép thay thế từ 50% đến 100% (BTXT50, BTXT75, BTXT100) có cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi ép chẻ và cường độ chịu kéo uốn lớn hơn bê tông thường. Khả năng chịu mài mòn của BTXT kém hơn bê tông truyền thống.
1. Giới thiệu
Xỉ thép được sử dụng trong nghiên cứu là sản phẩm thải của quá trình luyện thép bằng công nghệ lò điện hồ quang. Trên Thế giới, xỉ thép tái chế đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng công trình giao thông nhằm mang lại lợi ích về kinh tế, môi trường và phát triển bền vững [1-4]. Carmenlucia Santos Giordano Penteado và các cộng sự [4] nghiên cứu sản xuất hỗn hợp bê tông xỉ thép để làm gạch vỉa hè. Ioanna Papayianni và cộng sự [5] cũng đã nghiên cứu và khẳng định xỉ thép EAF hoàn toàn có thể dùng làm cốt liệu cho mặt đường bê tông xi măng. Tại các nước châu Âu, xỉ thép được tái sử dụng trong công trình giao thông chiếm khoảng 43 %, riêng ở Đức, trong số 70% xỉ thép phát sinh thì có đến 66% được ứng dụng trong xây dựng, làm đường [6]. Tại Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu sử dụng xỉ thép trong công trình giao thông. Trần Văn Miền cùng cộng sự [7] đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt ứng dụng làm lớp áo đường trong công trình giao thông. Tác giả Mai Hồng Hà [8] đã nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu làm móng trong xây dựng đường ô tô. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng xỉ thép với các hàm lượng thay thế khác nhau (từ 0% - 100%) từ đó tiến hành các thực nghiệm để tìm ra hàm lượng xỉ thép tối ưu, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng làm tầng mặt bê tông xi măng của kết cấu áo đường cứng. Các nội dung nghiên cứu được đề cập trong bài báo bao gồm:
(a) Cường độ chịu nén; mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian;
(b) Cường độ chịu kéo khi uốn;
(c) Độ mài mòn ở trạng thái bão hòa và trạng thái khô;
(d) Cường độ chịu kéo khi ép chẻ.
2. Vật liệu và thiết kế thí nghiệm
2.1. Vật liệu thí nghiệm
2.1.1. Cốt liệu nhỏ
1. Giới thiệu
Xỉ thép được sử dụng trong nghiên cứu là sản phẩm thải của quá trình luyện thép bằng công nghệ lò điện hồ quang. Trên Thế giới, xỉ thép tái chế đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng công trình giao thông nhằm mang lại lợi ích về kinh tế, môi trường và phát triển bền vững [1-4]. Carmenlucia Santos Giordano Penteado và các cộng sự [4] nghiên cứu sản xuất hỗn hợp bê tông xỉ thép để làm gạch vỉa hè. Ioanna Papayianni và cộng sự [5] cũng đã nghiên cứu và khẳng định xỉ thép EAF hoàn toàn có thể dùng làm cốt liệu cho mặt đường bê tông xi măng. Tại các nước châu Âu, xỉ thép được tái sử dụng trong công trình giao thông chiếm khoảng 43 %, riêng ở Đức, trong số 70% xỉ thép phát sinh thì có đến 66% được ứng dụng trong xây dựng, làm đường [6]. Tại Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu sử dụng xỉ thép trong công trình giao thông. Trần Văn Miền cùng cộng sự [7] đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt ứng dụng làm lớp áo đường trong công trình giao thông. Tác giả Mai Hồng Hà [8] đã nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu làm móng trong xây dựng đường ô tô. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng xỉ thép với các hàm lượng thay thế khác nhau (từ 0% - 100%) từ đó tiến hành các thực nghiệm để tìm ra hàm lượng xỉ thép tối ưu, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng làm tầng mặt bê tông xi măng của kết cấu áo đường cứng. Các nội dung nghiên cứu được đề cập trong bài báo bao gồm:
(a) Cường độ chịu nén; mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian;
(b) Cường độ chịu kéo khi uốn;
(c) Độ mài mòn ở trạng thái bão hòa và trạng thái khô;
(d) Cường độ chịu kéo khi ép chẻ.
2. Vật liệu và thiết kế thí nghiệm
2.1. Vật liệu thí nghiệm
2.1.1. Cốt liệu nhỏ
Cốt liệu nhỏ sử dụng cát sông (Hình 1), được sàng rửa và phơi khô, có kích thước hạt từ 0,15mm đến 4,75mm. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu nhỏ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật theo TCCS 40:2022/TCĐBVN [9] thể hiện ở Bảng 1 và Bảng 2.
2.1.2. Cốt liệu lớn
a. Đá dăm Dùng đá dăm sàng rửa và lưa chọn để có cấp phối hạt như Bảng 4 với Dmin = 4.75 mm và Dmax = 19 mm (Hình 2), các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm ở Bảng 3 đáp ứng các yêu cầu của TCCS 40:2022/TCĐBVN.
b. Xỉ thép Xỉ thép được sử dụng thay thế đá dăm trong thí nghiệm là sản phẩm tái chế của Công ty TNHH Vật liệu xanh (KCN Phú Mỹ, Tân Thành, Bà Rịa - Vũng Tàu) (Hình 3). Xỉ thép được sàng, rửa và lựa chọn lại để có các chỉ tiêu kỹ thuật thể hiện như Bảng 5 và Bảng 6.
2.1.3. Chất kết dính
Sử dụng xi măng PCB40 Insee làm chất kết dính cho bê tông, các chỉ tiêu cơ lý của xi măng được trình bày trong Bảng 7 thỏa mãn các yêu cầu của TCCS 40:2022/TCĐBVN.
2.1.4. Nước
Sử dụng nước máy thỏa mãn yêu cầu theo TCVN 4506:2012 về “Nước trộn bê tông và vữa - yêu cầu kỹ thuật”.
2.2. Thiết kế thí nghiệm
2.2.1. Thành phần vật liệu của cấp phối bê tông
Có 5 loại tổ mẫu cấp phối bê tông: BTXT0, BTXT25, BTXT50, BTXT75, BTXT100 được sử dụng để nghiên cứu, trong đó cấp phối BTXT0 (dùng cốt liệu lớn là đá dăm) được dùng làm mẫu bê tông đối chứng với thành phần được lựa chọn theo TCVN 10306:2014 [10]. Cấp phối bê tông xỉ thép BTXT25, BTXT50, BTXT75, BTXT100 có cốt liệu lớn được thay thế một phần hoặc hoàn toàn bằng xỉ thép với tỷ lệ thay thế lần lượt là 25%, 50%, 75%, 100%, các thành phần khác của cấp phối như xi măng, cát và nước được lấy giống với cấp phối BTXT0. Thành phần vật liệu của các cấp phối được trình bày ở Bảng 8.
2.2.2. Phương pháp thí nghiệm
Các tổ mẫu bê tông dùng trong nghiên cức được chế tạo và bảo dưỡng theo TCVN 3105:2022 [11]. Để quan sát sự phát triển cường độ chịu nén của các cấp phối bê tông ở tuổi 3, 7, 28 ngày, dùng các mẫu hình lập phương có kích thước 150x150x150mm, với tiêu chuẩn thí nghiệm là TCVN 3118:2022 [12] (Hình 4). Cường độ chịu kéo khi uốn và kéo khi ép chẻ được thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3119:2022 [13] và TCVN 3120:1993 [14] với các mẫu lăng trụ kích thước 150x150x600mm (Hình 5) và mẫu trụ có kích thước 150x300mm (Hình 6). Độ mài mòn được thí nghiệm theo TCVN 3114 :2022 [15] với các mẫu lập phương kích thước 70.7x70.7x70.7mm (Hình 7).
(Còn nữa)
ximang.vn (TH/ TCXD)
