Xỉ thép là sản phẩm phụ, được tạo ra trong quá trình luyện thép. Theo thống kê của Sở TN&MT (2017), tại Bà Rịa Vũng Tàu có 6 nhà máy thép đang hoạt động với tổng công suất 4,5 triệu tấn/năm và lượng xỉ thép phát sinh vào khoảng 10% sản lượng thép, phần lớn đang được lưu trữ và là nguyên nhân gây tác độngxấu đến môi trường. Trong nghiên cứu này, cấp phối hạt của xỉ thép được điều chỉnh bằng cách phối trộn với cát mịn tạo thành cấp phối xỉ thép - cát mịn (tỷ lệ xỉ thép/cát mịn là 80/20%), sau đó gia cố với xi măng vớihàm lượng 4%, 6%, 8%.
Các thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và mô đun đàn hồiở tuổi 7, 14, 28 và 56 ngày được thực hiện để đánh giá khả năng làm việc của vật liệu gia cố trong kết cấu áo đường. Kết quả cho thấy các đặc tính kỹ thuật của cấp phối xỉ thép - cát mịn gia cố xi măng được cải thiện đáng kể nên có thể dùng làm lớp móng trên của kết cấu áo đường khi hàm lượng xi măng gia cố từ 6 - 8%.
1. Giới thiệu
Hiện nay, xỉ thép được xem là vật liệu tái chế sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xây dựng đường, làm cốt liệu cho bê tông, trong nông nghiệp [1]. Các nghiên cứu về xỉ thép ở trong nước [2-6] và ngoài nước [7-11] đang dần khẳng định khả năng ứng dụng của xỉ thép trong ngành xây dựng nói chung và trong xây dựng đường nói riêng. Trong một nghiên cứu về việc dùng xỉ thép thay thế cấp phối đá dăm làm lớp móng cho kết cấu áo đường đã được đề cập ở [12], kết quả cho thấy xỉ thép có các chỉ tiêu cơ lý tương đồng với cấp phối đá dăm loại II nên chỉ có thể dùng làm lớp móng dưới. Khi dùng xỉ thép gia cố xi măng với tỉ lệ từ 4-10% [13], cường độ chịu nén và module đàn hồi được cải thiện đáng kể, tuy nhiên cường độ ép chẻ ở 14 ngày tuổi của tất cả các tỷ lệ xi măng đều nhỏ hơn 0,35 MPa nên vẫn không được dùng làm lớp móng trên của kết cấu áo đường theo [14].
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất cải thiện cấp phối xỉ thép bằng cách phối trộn với cát mịn, cấp phối xỉ thép - cát mịn sau đó được gia cố xi măng với tỷ lệ 4 - 8% dựa theo kết quả nghiên cứu [11] và theo quyết định 2218 của Bộ GTVT. Các chỉ tiêu cơ lý dùng để đánh giá vật liệu gia cố này như cường độ chịu nén (Rn), cường độ ép chẻ (Rech), module đàn hồi ở tuổi 7, 14, 28 và 56 ngày được xác định để xem xét khả năng ứng dụng của cấp phối xỉ thép - cát mịn gia cố xi măng làm lớp móng trên của kết cấu áo đường.
2. Vật liệu thử nghiệm
Các nguyên liệu được dùng để làm thực nghiệm bao gồm:
2.1. Xi măng
Hiện nay, xỉ thép được xem là vật liệu tái chế sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xây dựng đường, làm cốt liệu cho bê tông, trong nông nghiệp [1]. Các nghiên cứu về xỉ thép ở trong nước [2-6] và ngoài nước [7-11] đang dần khẳng định khả năng ứng dụng của xỉ thép trong ngành xây dựng nói chung và trong xây dựng đường nói riêng. Trong một nghiên cứu về việc dùng xỉ thép thay thế cấp phối đá dăm làm lớp móng cho kết cấu áo đường đã được đề cập ở [12], kết quả cho thấy xỉ thép có các chỉ tiêu cơ lý tương đồng với cấp phối đá dăm loại II nên chỉ có thể dùng làm lớp móng dưới. Khi dùng xỉ thép gia cố xi măng với tỉ lệ từ 4-10% [13], cường độ chịu nén và module đàn hồi được cải thiện đáng kể, tuy nhiên cường độ ép chẻ ở 14 ngày tuổi của tất cả các tỷ lệ xi măng đều nhỏ hơn 0,35 MPa nên vẫn không được dùng làm lớp móng trên của kết cấu áo đường theo [14].
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất cải thiện cấp phối xỉ thép bằng cách phối trộn với cát mịn, cấp phối xỉ thép - cát mịn sau đó được gia cố xi măng với tỷ lệ 4 - 8% dựa theo kết quả nghiên cứu [11] và theo quyết định 2218 của Bộ GTVT. Các chỉ tiêu cơ lý dùng để đánh giá vật liệu gia cố này như cường độ chịu nén (Rn), cường độ ép chẻ (Rech), module đàn hồi ở tuổi 7, 14, 28 và 56 ngày được xác định để xem xét khả năng ứng dụng của cấp phối xỉ thép - cát mịn gia cố xi măng làm lớp móng trên của kết cấu áo đường.
2. Vật liệu thử nghiệm
Các nguyên liệu được dùng để làm thực nghiệm bao gồm:
2.1. Xi măng
Chất kết dính sử dụng xi măng Hà Tiên PCB40 có các đặc trưng kỹ thuật ở Bảng 1 phù hợp với các yêu cầu của xi măng dùng để gia cố theo tiêu chuẩn TCVN 8858:2011 [15].
2.2. Nước
Nước dùng trộn bê tông là nước sạch đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 4506:2012 [19].
2.3. Xỉ thép
Xỉ thép từ các nhà máy luyện thép ở Bà Rịa - Vũng Tàu được tái chế tại Công ty Trách nhiệm hữu hạn Vật liệu xanh có các tính chất cơ lý và thành phần hạt thí nghiệm theo [20] đã được nghiên cứu ở [12] thể hiện ở Bảng 2 và 3.
2.4. Cát mịn
Cát mịn được sử dụng trong phạm vi nghiên cức của đề tài là loại cát tự nhiên sông Đồng Nai có các chỉ tiêu cơ lý và hoá học của cát được thể hiện ở Bảng 4 và 5.
(Còn nữa)
Tài liệu tham khảo
[1] Lim, J. W., Chew, L. H., Choong, T. S. Y., Tezara, C., Yazdi, M. H. (2016). Utilizing steel slag in environmental application - An overview. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publishing.
[2] Hằng, N. T. T., Hùng, P. Đ., Hà, M. H. (2016). Hiệu chỉnh thành phần cấp phối bê tông cốt liệu xỉ thép. Người Xây dựng.
[3] Hằng, N. T. T., Hùng, P. Đ., Hà, M. H. (2016). Xác định các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng xỉ thép như cốt liệu lớn. Tạp chí Xây dựng.
[4] Hằng, N. T. T., Vũ, N. H., Hùng, P. Đ., Hà, M. H. (2015). Ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép cốt liệu xỉ thép. Tạp chí Người Xây dựng.
[5] Du, N. (2016). Nghiên cứu khả năng sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất bê tông nhựa nóng ở khu vực phía nam Việt Nam. Trường Đại học học Giao thông Vận tải Cơ sở II, Tp. Hồ Chí Minh.
[6] Liêm, N. D., Ngà, V. T. B., Sơn, Đ. X., Phụng, T. M. (2019). Nghiên cứu dùng muội than đen và xỉ lò cao nghiền mịn trong việc cải thiện khả năng tự cảm biến của bê tông tính năng cao. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(4V):151–158.
[7] Maruthachalam, V., Palanisamy, M. (2014). High performance concrete with steel slag aggregate.
[8] Maruthachalam, V., Palanisamy, M. (2014). High performance concrete with steel slag aggregate. GRAĐEVINAR, 66:605–612.
[9] Oluwasola, E. A., Hainin, M. R., Aziz, M. M. A. (2014). Characteristics and utilization of steel slag in road construction. Jurnal Teknologi, 70(7).
[10] Shen, W., Zhou, M., Ma, W., Hu, J., Cai, Z. (2009). Investigation on the application of steel slag–fly ash–phosphogypsum solidified material as road base material. Journal of Hazardous Materials, 164(1):99–104.
[11] Van Oss, H. G. (2003). Slag–iron and steel. US geological survey minerals yearbook.
[12] Ha, M. H., Hang, N. T. T. (2018). Nghiên cứu sử dụng xỉ thép tái chế làm lớp móng đường ô tô. Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, 27-28:149–154.
[13] Ha, M. H., Hang, N. T. T., Hung, P. D. (2019). Nghiên cứu sử dụng xỉ thép tái chế gia cố xi măng làm lớp móng đường ô tô. Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, 31-32:149–154.
[14] Quyết định số 2218/QĐ-BGTVT (2018). Hướng dẫn điều chỉnh, bổ sung một số nội dung kỹ thuật trong công tác thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong kết cấu mặt đường ô tô. Bộ Giao thông vận tải, Việt Nam.
[15] TCVN 8858:2011. Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô - Thi công và nghiệm thu. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[16] TCVN 6016:2011. Xi măng - phương pháp thử – xác định cường độ. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[17] TCVN 4030:2003. Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[18] TCVN 6017:2015. Xi măng - Phương pháp xác định thời gian đông kết và độ ổn định thể tích. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[19] TCVN 4506:2012. Nước trộn bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[20] TCVN 7572-4:2006. Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[21] TCVN 8862:2011. Quy trình thí nghiệm xác định cường độ kéo khi ép chẻ của vật liệu hạt liên kết bằng các chất kết dính. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
[22] TCVN 9843:2013. Xác định mô đun đàn hồi của vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ. Bộ Khoa học và Công nghệ, Việt Nam.
ximang.vn (TH/ Tạp chí KHCNXD)
