Phát triển bền vững bê tông cốt liệu xỉ thép khu vực miền Đông Nam bộ

Nghiên cứu Phát triển bền vững bê tông cốt liệu xỉ thép khu vực miền Đông Nam bộ báo cáo kết quả đạt được sử dụng xỉ thép hồ quan điện (EAF) để thay thế cốt liệu đá tự nhiên trong hỗn hợp bê tông xi măng xỉ lò điện hồ quang (CEAFS). Mời các bạn cùng tham khảo!

PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG BÊ TÔNG CỐT LIỆU XỈ THÉP KHU VỰC MIỀN ĐÔNG NAM BỘ Trần Hữu Bằng1, Nguyễn Ngọc Huệ1, Võ Thanh Hùng1, Nguyễn Hải Linh1 Trường Đại học Thủ Dầu Một TÓM TẮT Phát triển bền vững giảm tác động đến môi trường hay nhiều cơng trình xây dựng suốt thời gian tồn Trong cơng trình nghiên cứu này, tác giả báo cáo kết đạt sử dụng xỉ thép hồ quan điện (EAF) để thay cốt liệu đá tự nhiên hỗn hợp bê tông xi măng xỉ lò điện hồ quang (CEAFS) CEAFS chế tạo cách trộn 50% đá tự nhiên với 50% xỉ EAF cốt liệu thô kết hợp phụ gia khoáng tro bay (FA) silica fume (SF) thay phần xi măng theo hàm lượng (FA: 0%, 20%, 30% 40%; SF: 0%, 5% 10%) theo khối lượng chất kết dính Tuy nhiên, việc kết hợp cốt liệu xỉ EAF với (FA0% + SF10%; FA10% + SF0%; FA10% + SF10%; FA20% + SF10%) hỗn hợp CEAFS cải thiện đáng kể đặc tính học theo thời gian Đề xuất vấn đề phát triển bền vững cốt liệu bê tông xỉ thép CEAFS tương lai khu vực Miền Đơng Nam Bộ Từ khóa: Bê tơng xi măng xỉ lị điện hồ quang (CEAFS); Tro bay (FA); Silica fume (SF); Cường độ nén; Cường độ kéo uốn; Phát triển bền vững ĐẶT VẤN ĐỀ Thép vật liệu xây dựng phổ biến giới Hợp kim thường sử dụng làm giá đỡ cho khung kết cấu tất loại cơng trình, từ tòa nhà chọc trời đến xây dựng đường cao tốc Lý chính thép sử dụng phổ biến đơn giản kết hợp độc đáo sức mạnh, độ bền, khả làm việc chi phí Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp lớn giới, ngành sản xuất thép biết đến ngành có tác động tiêu cực đáng kể đến môi trường[11], [17] Mặc dù thép có thể sản xuất thông qua tái chế sắt vụn, nhà nghiên cứu ước tính khoảng hai tỷ quặng sắt tỷ than luyện kim sử dụng ngành cơng nghiệp thép tồn cầu mỡi năm [21] Dựa báo cáo trước đây, khoảng 190÷290 triệu xỉ thép tạo hàng năm [20] Phần lớn xỉ thép toàn cầu cuối xử lý, phần nhỏ tái chế [18], [13], [14], [10] Với khả trì sống Trái đất bị xói mòn ngày, nhu cầu cấp thiết phải giảm lượng chất thải tạo bảo tồn nguồn tài nguyên tái tạo Do đó, mục tiêu chính đánh giá đánh giá tiềm tái chế xỉ thép EAF, đặc biệt ngành sản xuất thép Malaysia Các phương án tái chế xỉ thép khả thi đánh giá dựa đặc tính kỹ thuật Hơn nữa, phát triển bền vững đề cao năm qua, người ta thường biết quốc gia có trình độ phát triển người cao có xu hướng gặp phải vấn đề mơi trường nghiêm trọng [22] 340 Nhìn chung, nghiên cứu tác giả sử dụng bê tông xi măng xỉ lị hồ quang (CEAFS) mơ tả độ độ bền, đặc biệt công môi trường xâm thực cacbonat sunphat bê tông cốt liệu xỉ thép [9] Các nhà nghiên cứu Ý [2] thử nghiệm độ bền CEAFS khả đóng băng rã đông, làm ướt làm khô, tăng tốc độ lão hóa nước nóng Họ đến kết luận nó có thể so sánh với bê tông tiêu chuẩn Tuy nhiên, khả chống xâm nhập ion clorua CEAFS cải thiện, với giảm hệ số khuếch tán cải thiện độ bền cài đặt clorua Chất lượng xỉ có thể yếu tố chính gây khác biệt kết nghiên cứu nhóm nghiên cứu khác khắp giới Tại Việt Nam, tác động môi trường nghiêm trọng xỉ thép khối lượng lớn xỉ thép dư thừa hạn chế việc ứng dụng vật liệu này, ví dụ khu vực tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu miền Đông Nam Bộ nhận khoảng 3.75 triệu phôi hàng năm từ sản xuất thép, sản lượng xỉ thép hàng năm tăng gần gấp đơi lên 412.000÷562.000 [19] Tỷ lệ mặt đường bê tông đầm lăn hỗn hợp (RCCP) để tạo RCCP nhóm tác giả triển khai ba tổ hợp cốt liệu thô khác nhau: 100% đá dăm (nhóm A), 50% đá dăm 50% xỉ EAF (nhóm B) 100% EAF xỉ (nhóm C) Tro bay (Loại F) sử dụng chất thay ba phần trăm cho xi măng mỗi loại cốt liệu (tức 0%, 20% 40%) [12] Xỉ thép xem chất thải rắn túy nó phải xử lý dạng chất thải rắn theo Nghị định số 59/2007/NĐ-CP ngày 9/4/2007 Thủ tướng Chính phủ Điều làm dấy lên lo ngại cấp chính quyền lượng lớn xỉ thép tăng lên hàng năm, có thể gây mối đe dọa môi trường bao gồm việc chiếm diện tích đất tốn chi phí cho việc chôn lấp xỉ thép Nghiên cứu báo cáo kết CEAFS với mục tiêu cụ thể: Các đặc tính học CEAFS tiến hành thí nghiêm bao gồm cường độ nén cường độ kéo uốn Các mẫu đánh giá cường độ nén uốn 3, 7, 28 56 ngày tuổi Cuối cùng, phát nghiên cứu nhằm làm rõ cách CEAFS có thể chế tạo thành công từ chất thải xỉ EAF ngành công nghiệp Kết nghiên cứu giúp tận dụng nguồn vật liệu xỉ thải EAF cách hiệu quả, hỗ trợ sản xuất CESFS, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền vững PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kế hoạch triển khai thực nghiệm tác giả tiến hành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM – Phịng thí nghiệm Vật liệu Xây dựng LAS-XD 238 [5] 2.1 Xi măng (PCB 40), Tro bay (FA) and Silica Fume (SF) Các đặc tính vật lý thành phần hóa học PCB 40 sử dụng nghiên cứu này, sản xuất Việt Nam, theo tiêu chuẩn ASTM C150/C150M, trọng lượng riêng PCB 40 3,14 g/cm3 SF cung cấp cơng ty thương mại địa phương (Hình 1), thành phần hóa học báo cáo Bảng 1, theo tiêu chuẩn ASTM C1240-04, trọng lượng riêng SF 2.20 g/cm3 SF pozzolan vơ định hình có hoạt tính cao liệt kê Bảng tương ứng Xi măng Hà Tiên thay tro bay (Hình 1) Bảng cho thấy thành phần hóa học tính chất vật lý PCB 40, Silica Fume Fly Ash Trọng lượng riêng FA 2.40 g/cm3 tổng SAF (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) = 91.3%> 70% Theo ASTM C618-05 phân loại tro bay Duyên Hải tro bay có hàm lượng canxi thấp (Loại F) 341 Hình 1: Mẫu vật liệu Xi măng, tro bay silica fume Bảng Kết thành phần vật lý hóa học xi măng, tro bay silica fume Chemical composition (%) Silica (SiO2) Alumina (Al2O3) Ferric oxide (Fe2O3) Calcium oxide (CaO) Magnesium oxide (MgO) Sodium oxide (Na2O) Potassium oxide (K2O) Sulphuric anhydride (SO3) Loss on ignition (LOI) Physical characteristics Fineness (Blaine) (m2/kg) Specific gravity Initial setting time (min) Final setting time (min) Particle composition Retaining on 45 mm sieve (%) Compressive strength (MPa) day days days 28 days PCB 40 21,65 5,25 3,42 65,13 0,06 0,10 0,72 0,18 2,8 FA 52,3 24,9 14,1 0,67 0.47 0,15 SF 95,38 0,20 0,0063 0,13 0,37 0,28 0,007 0,45 0,859 380 3,14 120 180 16,000 2,20 NA NA NA 289 2,40 NA NA 7,92 14,5 26,5 33,0 44,0 - - 5.93 2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) cốt liệu lớn (Đá) Hình 2: Thí nghiệm thành phần hạt độ ẩm cốt liệu 2.2.1 Cốt liệu nhỏ (Cát) Cát sông Đồng Nai sử dụng làm thí nghiệm tổng hợp Hình 2, Bảng Bảng Được trình bày chi tiết đặc tính vật lý phân tích tương ứng theo tiêu chuẩn ASTM C33, ASTM C29 đáp ứng theo yêu cầu kỹ thuật TCVN 7570:06; TCVN 7572:06 342 Bảng Kết tiêu lý cát Fineness Modulus 2.51 Water Absorption (%) 0.45 Specific Gravity (g/cm3) 2.64 Moisture Content (%) 2.5 Bulk dry specific gravity (g/cm3) 2.63 Bảng Kết thành phần hạt cát Sieve sizes Percentage passing (ASTM C33 Standard) Cumulative (%) passed 4,75mm 2,36mm 1,18mm 600m 300m 150m 95–100 80–100 50–85 25–60 5–30 0–10 100 91.95 81.75 57.89 12.07 5.25 2.2.2 Cốt liệu lớn (Đá) Đá dăm Bazan Dmax = 19 mm mỏ đá Tân Đơng Hiệp – Bình Dương Kết thí nghiệm xác định tiêu cơ, lý phân tích thành phần hạt đá dăm theo ASTM C33, ASTM C29 đáp ứng theo yêu cầu kỹ thuật TCVN 7570:06, TCVN 7572:06 tổng hợp Hình 2, Bảng Bảng Bảng Kết tiêu lý Đá Dmax (mm) 19 Water absorption (%) 0.87 Specific gravity (g/cm3) 2.78 Bulk unit weight (g/cm3) 1.613 Los Angeles abrasion value (%) 24.8 Moisture content (%) 0.48 Bảng Kết thành phần hạt Đá Sieve size Percentage passing (ASTM C33) Cumulative (%) passed 25mm 19mm 9,5mm 4,75mm 2,36mm 100 85-100 10-30 0-10 0-5 100 93.5 15 8.0 2.2.3 Cốt liệu xỉ thép (EAF) Hình 3: Cốt liệu xỉ thép lấy mẫu phục vụ nghiên cứu Mẫu (Hình 3) lấy Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, khu Công Nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Tính chất vật lý thành phần hạt thể Bảng Bảng Mô tả phân bố cỡ hạt cốt liệu thô với ưu tối đa cốt liệu thô (19; 4.75 4.75) mm, (Bảng Hình 4) cho thấy thành phần hóa học xỉ thép thô, để hạn chế nguy giãn nở, xỉ EAF ủ mơi trường ngồi trời 90 ngày xử lý nước hàng ngày Sau q trình xử lý, tính chất vật lý hóa học cốt liệu xỉ EAF nghiên cứu Độ ổn định thể tích cốt liệu xỉ EAF xác định cách sử dụng thí nghiệm giãn nở Khả phản ứng kiềm cốt liệu xỉ EAF thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D4792 343 Bảng Kết tiêu lý EAF Dmax (mm) 19 Water Absorption Specific Gravity Bulk unit weight Los Angeles abrasion value (%) (%) (g/cm3) (g/cm3) 2.24 3.50 1.64 19.64 Expansion average (ASTM D4792) (%) 0.25 Bảng Kết thành phần hạt EAF Sieve size Percentage passing (ASTM C33) Cumulative (%) passed 25mm 19mm 9.5mm 4.75mm 2.36mm 100 85-100 10-30 0-10 0-5 100 93.0 15.0 7.2 0.0 Bảng Bảng so sánh thành phần hóa học EAF (%) Oxide composition (wt.%) In this study Manso et al [7] Arribas et al [6] Faleschini et al [3] Monosi et al [16] CaO SiO2 Iron oxides MgO Total Al2O3 MnO TiO2 Na2O3 K2O P2O5 Free CaO 25.49 14.60 23.90 15.3 25.72 17.88 30.30 14.56 40.36 42.50 27.54 33.28 6.62 5.10 3.82 14.56 7.25 7.40 11.62 2.97 3.70 4.50 4.15 10.2 0.40 0.71 4.34 0.30 0.10 - 0.10 - 0.40 0.46 -