Nghiên cứu độ bền, độ dẻo của bê tông nhựa nóng khi sử dụng xỉ thép của một số nhà máy thép ở tỉnh bà rịa vũng tàu làm cốt liệu,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN, ĐỘ DẺO CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG KHI SỬ DỤNG XỈ THÉP CỦA MỘT SỐ NHÀ MÁY THÉP Ở TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU LÀM CỐT LIỆU GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S NGUYỄN VĂN DU SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN ĐÌNH HẠNG ĐỒN THỊ NGỌC THẠCH PHẠM TRƯỜNG GIANG TP.Hồ Chí Minh – 5/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Đề tài: NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN, ĐỘ DẺO CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG KHI SỬ DỤNG XỈ THÉP CỦA MỘT SỐ NHÀ MÁY THÉP Ở TỈNH BÀ RỊA - VŨNG TÀU LÀM CỐT LIỆU GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S NGUYỄN VĂN DU SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN ĐÌNH HẠNG ĐỒN THỊ NGỌC THẠCH PHẠM TRƯỜNG GIANG TP.Hồ Chí Minh – 5/2013 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2013 Th.S NGUYỄN VĂN DU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Thầy ThS Nguyễn Văn Du - Thầy Nguyễn Sơn Đông, Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải - Cơ sở nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em suốt trình làm làm đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên - Anh Nhựt cán Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Cường Thuận IDICO tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em hồn thiện đề tài Tuy nhiên kiến thức điều kiện vật chất hạn chế nên chúng em gặp khó khăn định Rất mong đóng góp ý kiến thầy, để chúng em học tập, tiếp thu thêm nhiều kiến thức Chúng em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, Ngày……tháng……năm 2013 Sinh viên thực Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ I Danh mục bảng biểu: II Danh mục hình vẽ: PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Các nhiệm vụ yêu cầu đề tài: .8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU CHO BÊ TƠNG NHỰA NĨNG 1.1 Khảo sát, đánh giá nguồn hạt xỉ nhà máy thép khu vực Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu: 1.1.1 Nguồn gốc, trữ lượng [1]: 1.1.2 Chất lượng xỉ thép [3] : 10 1.1.2.1 Tính chất hóa học: .10 1.1.2.2 Tính chất vật lý: 11 1.2 Tình hình sử dụng hạt xỉ nhà máy thép làm cốt liệu cho bêtơng nhựa nóng 12 1.2.1 Ở Việt Nam : 12 1.2.1 Trên giới: 15 1.2.1.1 Kinh nghiệm sử dụng xỉ thép bê tông nhựa Italia [11]: 15 1.2.1.2 Kinh nghiệm sử dụng xỉ thép Croatia [12] 15 1.2.1.3 Kinh nghiệm sử dụng xỉ thép Ả-rập-xê-út [13]: 16 1.3 Kết luận: 18 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ ĐỀ XUẤT THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NHỰA CỐT LIỆU XỈ THÉP .19 2.1 Tổng quan số lý thuyết cấp phối 6: 19 2.1.1 Lý thuyết cấp phối lý tưởng Fuller-Thompsom: 19 2.1.2 Lý thuyết cấp phối hạt Weymouth: 19 2.1.3 Lý thuyết cấp phối hạt Bolomey: 20 2.1.4 Lý thuyết cấp phối hạt Talbol: 20 2.1.5 Lý thuyết cấp phối hạt B.B.Okhôtina N.N Ivanov: 21 2.2 Bê tông asphalt (BTAP): .22 Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.2.1 Cấu trúc bê tông nhựa5, 7: 23 2.2.2 Phân loại BTAP 8, 9: 23 2.2.2.1 Theo đặc tính cấp phối hỗn hợp cốt liệu: 23 2.2.2.2 Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa phân loại: 24 2.2.2.3 Theo vị trí công kết cấu mặt đường: 24 2.2.2.4 Theo kích cỡ hạt lớn danh định bê tông nhựa chặt, phân loại: 24 2.2.2.5 Theo kích cỡ hạt lớn danh định với bê tông nhựa rỗng, phân thành loại: 25 2.2.3 Thành phần yêu cầu chất lượng vật liệu thành phần BTAP: 28 2.2.3.1 Cốt liệu: 28 2.2.3.2 Bột khoáng 7, 8: .31 2.2.3.3 Nhựa đường (bitum) 7, 8: .32 2.2.3.4 Chất phụ gia: .33 2.3 Phương pháp thiết kế theo phương pháp Marshall: 35 2.3.1 Mục đích chung cơng tác thiết kế hỗn hợp BTAP [7: 35 2.3.2Thiết kế theo phương pháp Marshall: 36 2.3.2.1 Phạm vi áp dụng phương pháp Marshall [7]: 36 2.3.2.2 Các tiêu kỹ thuật quy định theo Marshall: 36 2.3.2.3 Tóm tắt trình tự thiết kế hỗn hợp theo Marshall: .37 2.3.2.4 Lựa chọn thiết kế cuối cùng: 39 2.4 Các tính chất BTAP: 41 2.4.1Khái quát 5: 41 2.4.2 Các tính chất quan trọng liên quan đến đặc tính thể tích hỗn hợp BTAP 4, 5, 10: 42 2.4.2.1 Tỷ trọng lớn hỗn hợp BTAP ứng với hàm lượng bitum khác nhau: .42 2.4.2.2 Lượng bitum hấp phụ: 43 2.4.2.3 Độ rỗng cốt liệu hỗn hợp BTN đầm: 44 2.4.2.4 Độ rỗng dư hỗn hợp BTN đầm: 44 Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.4.2.5 Độ rỗng lấp đầy nhựa hỗn hợp BTN đầm: 44 2.4.3 Độ ổn định độ dẻo Marshall 4, 5, 10: 45 2.5 Kết luận: 46 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ĐỘ BỀN, ĐỘ DẺO MARSHALL CỦA BÊ TÔNG NHỰA KHI SỬ DỤNG XỈ THÉP Ở TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU LÀM CỐT LIỆU 47 3.1 Đúc mẫu tiến hành thí nghiệm: 47 3.1.1 Chuẩn bị vật liệu: 47 3.1.2 Trộn cốt liệu: 48 3.1.3 Đúc mẫu: 48 3.1.4 Tiến hành thí nghiệm độ hấp thu nước mẫu bê tông nhựa xỉ: 50 3.1.5 Tiến hành thí nghiệm Marshall: 51 3.2 Kết thí nghiệm: 51 3.2 Kết thí nghiệm: 52 A – Vật liệu: 52 3.2.1 Đá 10x15 52 3.2.2 Đá 5x10: 52 3.2.3 Đá 0x5: 53 3.2.4 Cát: 53 3.2.5 Bột khoáng: 54 3.2.6 Tỷ lệ thiết kế biểu đồ cấp phối: 54 3.2.7 Cấp phối trộn cốt liệu: 55 B – Bê tông nhựa: 55 3.3 Đánh giá kết thí nghiệm: 56 3.4 Kết luận: 56 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57 4.1 Kết luận: 57 4.2 Kiến nghị: .58 4.3 Dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ I Danh mục bảng biểu: Bảng 1.1 Bảng thành phần hóa xỉ thép (TFHRC) 11 Bảng 1.2 Tính chất vật lý xỉ thép( TFHRC nhận năm2008) 11 Bảng 2.1 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) 25 Bảng 2.2 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa rỗng (BTNR) 26 Bảng 2.3 Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC) 27 Bảng 2.4 Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa rỗng (BTNR) .27 Bảng 2.5 Các tiêu lý quy định cho đá dăm 29 Bảng 2.6 Các tiêu lý quy định cho cát 31 Bảng 2.7 Các tiêu lý quy định cho bột khoáng 32 Bảng 2.8 Các tiêu chất lượng bitum 33 Bảng 3.1 Tỷ lệ loại cốt liệu thành phần cấp phối BTAP 54 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm cốt liệu xỉ 55 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm mẫu bê tông nhựa cốt liệu xỉ 55 II Danh mục hình vẽ: Hình 1.1 Quy trình sản xuất thép lị điện hồ quang Hình 1.2 Nguyên nhiên liệu sử dụng phát thải môi trường ngành sản xuất thép lò điện .10 Hình1.3 Nguyên nhiên liệu sử dụng phát thải môi trường công nghệ luyện thép lị điện trung bình 10 Hình 1.4 Đường tạm dẫn vào cảng POSCO .13 Hình 1.5 Cơng trình nhà máy sản xuất nhơm định hình tồn cầu 13 Hình 1.6 Cơng trình nhà xưởng Ba Con Cò .13 Hình 1.7 Nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS – VINA .13 Hình 1.8 Cơng trình kho ngoại quan Thorensen Vinama .14 Hình 1.9 Khảo sát xỉ Bà Rịa – Vũng Tàu 14 Hình 2.1 Máy nén Marshall 45 Hình 3.1 Sàng phân loại xỉ .47 Hình 3.2 Xỉ sau sàng 47 Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 3.3 Cân vật liệu cho mẫu 47 Hình 3.4 Trộn cốt liệu lại với (theo tỷ lệ tổ mẫu) 48 Hình 3.5 Rang cốt liệu (kích thước to cát) 48 Hình 3.6 Nấu chảy bitum 48 Hình 3.7 Trộn cốt liệu với bitum 49 Hình 3.8 Đúc mẫu 49 Hình 3.9 Đầm mẫu 49 Hình 3.10 Kích lấy mẫu 49 Hình 3.11 Một tổ gồm 15 mẫu 49 Hình 3.12 Đo kích thước mẫu 50 Hình 3.13 Cân khối lượng mẫu khơng khí 50 Hình 3.14 Ngâm mẫu nước 300C 10 phút 50 Hình 3.15 Cân mẫu nước 50 Hình 3.16 Mẫu nước .51 Hình 3.17 Lau khơ cân lại ngồi khơng khí .51 Hình 3.18 Ngâm mẫu nước 600C 30 phút 51 Hình 3.19 Nén phá hoại mẫu 51 Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: - Hiện nay, nước ta có bước phát triển vượt bậc, song song dân số ngày tăng dẫn đên nhu cầu lại vận chuyển hàng hóa tăng vọt địi hỏi nhà nước phải tăng cường xây dựng thêm nhiều đường mới, cải tạo nâng cao chất lượng đường cũ Hiện nay, mặt đường phổ biến mặt đường BTN với nhu cầu việc dùng cốt liệu tự nhiên BTN làm cho nguồn tài nguyên cạn kiệt - Trong đó, Theo tính tốn ngành luyện thép, luyện phơi thép thải khoảng 150 - 200kg xỉ thép, khối lượng xỉ thép phát sinh hàng năm triệu tấn/năm Đây nguồn chất thải công nghiệp khổng lồ, giải cách chơn lấp gây tốn 10 triệu USD năm Điều vừa gây tốn quỹ đất, lãng phí nguồn tài nguyên vừa gây nhiễm mơi trường - Chính vậy, việc nghiên cứu tái chế sử dụng xỉ thép cấp thiết để tránh lãng phí ảnh hưởng đến môi trường Tuy nhiên, trước sử dụng rộng rãi xỉ hạt thép cho sản xuất BTN cần phải tiến hành nghiên cứu, đánh giá đầy đủ đặc tính kỹ thuật xỉ thép BTN sử dụng xỉ, ảnh hưởng gây hại sức khoẻ người môi trường, khả công nghệ việc bốc dỡ, sấy nghiền xỉ BTN xỉ, hiệu kinh tế việc sử dụng xỉ thép Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu khả tận dụng hạt xỉ nhà máy thép thành phần bê tơng nhựa nóng, góp phần xử lý mơi trường, gián tiếp trì, phát triển lợi ích kinh tế xã hội khác có thêm loại vật liệu xây dựng làm mặt đường ôtô - Thông qua nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thí nghiệm phịng, nghiên cứu đánh giá độ bền, độ dẻo Marshall bê tông nhựa nóng sử dụng xỉ thép số nhà máy thép tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu làm cốt liệu - Phân tích đánh giá giá độ bền, độ dẻo Marshall bê tơng nhựa nóng sử dụng xỉ thép vật liệu tự nhiên làm cốt liệu - Đề xuất hướng nghiên cứu phát triển cho loại kết cấu bê tơng nhựa nóng sử dụng xỉ thép làm cốt liệu xây dựng đường ô Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 45 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.4.3 Độ ổn định độ dẻo Marshall 4, 5, 10: Độ ổn định Marshall: giá trị lực lớn tác dụng lên mẫu thời điểm mẫu bị phá hoại (S) Độ dẻo Marshall: giá trị biến dạng lún mẫu thí nghiệm thời điểm mẫu bị phá hoại (F) Độ ổn định độ dẻo Marshall mẫu BTAP đầm nén hai tiêu học dùng phương pháp thiết kế Marshall Hai tiêu xác định thơng qua thí nghiệm Marshall Giá trị lực nén lớn đạt thử nghiệm mẫu BTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6 mm, chiều cao 63,5 mm) Trường hợp mẫu có chiều cao khác 63,5 mm hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall Tiến hành trộn, gia nhiệt, đầm nén hỗn hợp khuôn Marshall Gia nhiệt cho mẫu đến nhiệt độ thí nghiệm 60 ±10C cách ngâm bồn nước ổn nhiệt thời gian 40 ± phút, mẫu lấy đặt vào thiết bị Marshall để thí nghiệm (Hình 2.1) Lực nén có tốc độ 50,8mm/phút tác dụng dọc theo phương đường sinh mẫu bị phá hoại Khung máy Thiết bị đo Kích gia tải Động điện A Mặt trước máy Mặt cắt A-A Hình 2.1 Máy nén Marshall Độ ổn định, độ dẻo Marshall cung sử dụng để xác định giá trị mô đun đàn hồi BTAP theo công thức thực nghiệm Nijboer sau: Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 46 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC E đh , 600  1,6 x S ( kG / cm ) F Trong đó: - S: Độ ổn định Marshall (KN) - F: Độ dẻo Marshall (mm) 2.5 Kết luận: Thành phần dùng cho BTAP gồm có hỗn hợp cốt liệu, bitum, bột khống Cốt liệu đóng vai trị quan trọng hỗn hợp BTAP Nó chiếm khoảng 92 đến 96% tổng khối lượng vật liệu BTAP, khung chịu lực cho BTAP Bitum đóng vai trị chất kết dính BTAP Bột khống khơng nhét đầy lỗ rỗng loại cốt liệu, làm tăng độ đặc hỗn hợp mà cịn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum mặt hạt khoáng mỏng lực tương tác chúng tăng lên, cường độ độ bền nước BTAP tăng lên Tính chất chủ yếu BTAP dung trọng thực tế, độ dẻo, độ ổn định, cường độ nén, modun đàn hồi, thương số marshall Các tính chất xác định theo phương pháp thiết kế chế tạo mẫu Marshall Do cốt liệu thô chiếm khối lượng lớn nên nhóm nghiên cứu định sử dụng xỉ thép để thay cốt liệu thô BTAP Hàm lượng bitum để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm từ - 6% Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu độ bền độ dẻo BTAP xỉ cốt liệu Sử dụng phương pháp thiết kế thành phần theo Marshall để thiết kế hỗn hợp BTAP nghiên cứu thực nghiệm Thiết kế thực nghiệm nghiên cứu cho loại bê tông nhựa BTNC15 Sử dụng xỉ thép để thay cốt liệu thô (đá dăm) hỗn hợp BTAP, nhóm tác giả đề xuất nghiên cứu thực nghiệm đánh giá độ bền, độ dẻo hỗn hợp BTAP với cốt liệu thô: 100% đá dăm tự nhiên, 100 % xỉ thép, 80% xỉ thép + 20% đá dăm, 60% xỉ thép + 40% đá dăm Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 47 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ĐỘ BỀN, ĐỘ DẺO MARSHALL CỦA BÊ TÔNG NHỰA KHI SỬ DỤNG XỈ THÉP Ở TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU LÀM CỐT LIỆU 3.1 Đúc mẫu tiến hành thí nghiệm: 3.1.1 Chuẩn bị vật liệu: Hình 3.1 Sàng phân loại xỉ Hình 3.2 Xỉ sau sàng Hình 3.3 Cân vật liệu cho mẫu Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 48 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.1.2 Trộn cốt liệu: Hình 3.4 Trộn cốt liệu lại với (theo tỷ lệ tổ mẫu) 3.1.3 Đúc mẫu: Hình 3.5 Rang cốt liệu (kích thước to cát) Hình 3.6 Nấu bitum Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 49 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC H Hình 3.7 Trộn cốt liệu với bitum Hình 3.8 Đúc mẫu Hình 3.9 Đầm mẫu Hình 3.10 Kích lấy mẫu Hình 3.11 Một tổ gồm 15 mẫu Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 50 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.1.4 Tiến hành thí nghiệm độ hấp thu nước mẫu bê tơng nhựa xỉ: Hình 3.12 Đo kích thước mẫu Hình 3.13 Cân khối lượng mẫu khơng khí Hình 3.14 Ngâm mẫu nước Hình 3.15 Cân mẫu nước 300C 10 phút Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 51 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 3.16 Mẫu nước Hình 3.17 Lau khơ cân lại ngồi khơng khí 3.1.5 Tiến hành thí nghiệm Marshall: Hình 3.18 Ngâm mẫu nước 600C Hình 3.19 Nén phá hoại mẫu 30 phút Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 52 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.2 Kết thí nghiệm: A – Vật liệu: 3.2.1 Đá 10x15 Gvk : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái khơ (g/cm3) Gvbh : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái bão hòa (g/cm3) 2.665 2.704 3.2.2 Đá 5x10: Gvk : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái khơ (g/cm3) Gvbh : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái bão hòa (g/cm3) Lớp: Cầu Đường Anh K49 2.646 2.701 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 53 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.2.3 Đá 0x5: Gvk : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái khơ (g/cm3) Gvbh : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái bão hòa (g/cm3) 2.620 2.699 3.2.4 Cát: Gvk : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái khô (g/cm3) Gvbh : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái bão hòa (g/cm3) Lớp: Cầu Đường Anh K49 2.557 2.667 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 54 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.2.5 Bột khống: Gvk : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái khô (g/cm3) Gvbh : Khối lượng thể tích cốt liệu trạng thái bão hòa (g/cm3) 2.688 2.709 3.2.6 Biểu đồ thành phần cấp phối BTAP: Cốt liệu Đá 10x20 Đá 5x10 Đá 0x5 Cát Bột khoáng Tỉ lệ thiết kế 20 20 41 12 Bảng 3.1 Tỷ lệ loại cốt liệu thành phần cấp phối BTAP Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 55 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.2.7 Cấp phối trộn cốt liệu: KHỐI LƯỢNG TỪNG LOẠI CỐT LIỆU THEO MỖI MẮT SÀNG CHO MỘT TỔ MẪU 100% xỉ thép 80% xỉ thép + 20% đá 60% xỉ thép + 40% đá CỠ SÀNG Cát BK (mm) Xỉ (g) Cát (g) BK (g) Xỉ (g) Đá (g) Cát (g) BK (g) Xỉ (g) Đá (g) (g) (g) 13 136 109 27 82 55 974 779 195 584 390 815 21 652 163 21 489 326 21 384 67 307 77 67 230 154 67 199 133 159 40 133 120 80 133 124 111 99 25 111 75 50 111 74 52 59 15 52 45 30 52 91 27 73 18 27 55 36 27 51 17 111 41 10 17 111 30 20 17 111 < 0.075 67 141 54 13 141 40 27 141 TỔNG 2916 432 252 2333 583 432 252 1750 1166 432 252 Bảng 3.2 Khối lượng loại cốt liệu theo mắt sàng cho tổ mẫu B – Bê tông nhựa: Chỉ tiêu Độ ổn định Marshall (kN) Độ dẻo (mm) Hàm lượng nhựa tối ưu (%) Loại bê tông nhựa 80% xỉ, 100% Đá 100% xỉ 20% đá 11.69 12.63 13.29 3.59 3.97 3.97 60% xỉ, 40% đá 8.81 3.47 5.9 5.5 5.25 5.25 Khối lượng riêng BTN (g/cm3) 2.474 2.935 2.861 2.773 Khối lượng thể tích mẫu (g/cm3) 2.377 2.844 2.75 2.655 Độ rỗng cốt liệu (%) 16.766 14.76 14.63 14.67 Độ rỗng dư BTN (%) 3.901 3.1 3.88 4.25 Tiêu chuẩn 8.0 2÷4 ≥ ≥ 3-6 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm mẫu bê tông nhựa cốt liệu xỉ Lớp: Cầu Đường Anh K49 14 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 56 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3.3 Đánh giá kết thí nghiệm: Theo kết thí nghiêm thu ta thấy rằng: - Độ ổn định Marshall, độ dẻo, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng dư mẫu bê tông nhựa xỉ đạt tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa quy định TCVN 8819-2011 - Trong loại hỗn hợp cốt liệu phối trộn, hỗn hợp 80% xỉ - 20% đá cốt liệu tốt - Khối lượng riêng bê tông nhựa khối lượng thể tích mẫu bê tơng nhựa xỉ lớn bê tông nhựa 100% cốt liệu đá 3.4 Kết luận: - Bê tông nhựa xỉ cốt liệu có độ ổn định Marshall độ dẻo đạt yêu cầu kỹ thuật - Khối lượng riêng bê tông nhựa cốt liệu xỉ lớn bê tông nhựa thông thường - Độ rỗng bê tông nhựa xỉ nhỏ bê tông nhựa thông thường => Có thể sử dụng xỉ để thay đá làm cốt liệu BTAP - Từ kết thí nghiệm Bảng 3.2 ta thấy mẫu bê tông nhựa 80% xỉ - 20% đá có độ ổn định Marshall cao nhất, độ dẻo cao, lượng nhựa tiêu tốn vừa phải, khối lượng riêng khối lượng thể tích nhỏ mẫu 100% cốt liệu xỉ Tuy nhiên độ rỗng dư mẫu lại cao phức tạp việc phối trộn cốt liệu - Hàm lượng nhựa tối ưu cho bê tông nhựa với cỡ hạt 15 5-5.5% Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 57 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 Kết luận: Dựa vào kết thực nghiệm phân tích nghiên cứu ban đầu đưa số kết luận: - Trữ lượng xỉ thép hàng năm vào khoảng triệu tấn/năm tương lai tăng lên triệu tấn/năm vào năm 2020 - Hiện xỉ thép xử dụng để làm cơng trình nội công ty sản xuất thép Như dùng làm đường tạm, đường nội nhà xưởng… lại đa số bị đem đổ đống chôn lấp - Hiện có tiêu chuẩn sử dụng xỉ thép để sản xuất xi măng, là: + TCVN 4315 : 2007 – xỉ hạt lò cao dùng để sản xuất xi măng + TCVN 4316 : 2007 – xi măng pc-lăng xỉ lị cao - Thành phần dùng cho BTAP gồm có hỗn hợp cốt liệu, bitum, bột khống Trong cốt liệu thô chiếm khối lượng lớn, nên sử dụng xỉ thép để thay cốt liệu thô mang lại nhiều hiệu thực tiễn - Tính chất chủ yếu BTAP dung trọng thực tế, độ dẻo, độ ổn định, cường độ nén, modun đàn hồi, thương số marshall Tuy nhiên đề tài tập trung nghiên cứu độ ổn định, độ dẻo số tiêu mặt thể tích - Xỉ thép sử dụng thí nghiệm có số tính chất lý phù hợp để làm cốt liệu BTAP, như: có cấp phối hợp lý, cường độ, khả chịu hao mòn lớn hình dạng góc cạnh, bề mặt xù xì - Xỉ thay đá để làm cốt liệu bê tơng nhựa nóng - Phần trăm thay đá xỉ tối ưu 80% - Hàm lượng nhựa tối ưu từ 5-5.5% - Bê tơng nhựa xỉ thép có tiêu kỹ thuật thỏa mãn yêu cầu TCVN 88192011 - Ý nghĩa thực tiễn sử dụng vật liệu phế thải, khắc phục vấn đề chôn lấp đổ đống khu xử lý chất thải tập trung Tóc Tiên tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 58 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 4.2 Kiến nghị: - Có thể sử dụng xỉ thép để thay cốt liệu khoáng để sản xuất bê tơng nhựa nóng xây dựng đường tơ - Tỷ lệ thay tốt thay 80% cốt liệu đá xỉ 4.3 Dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo: Đây kết nghiên cứu ban đầu việc sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu cho BTAP, thời gian có hạn nên đề tài tập trung tính chất lý Trong tương lai, mở rộng nghiên cứu theo số hướng sau: - Tiếp tục nghiên cứu tính chất vật lý xỉ thép, đưa tiêu chuẩn có giá trị pháp lý để sử dụng xỉ thép cốt liệu - Nghiên cứu tiếp hao mòn bánh xe làm mặt đường bê tơng nhựa xỉ thép TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Họ, tên chữ ký ) Lớp: Cầu Đường Anh K49 ĐẠI DIỆN NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI (Họ, tên chữ ký ) GVHD: ThS Nguyễn Văn Du 59 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.vatlieuxanh.net/index.php Trần Hữu Bằng (2011), Nghiên cứu sử dụng hạt xỉ thải nhà máy thép khu vực tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu làm phụ gia khoáng cho bê tông xi măng xây dựng mặt đường ô tô, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học học Giao thông Vận tải Cơ sở II, Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Phi Sơn (2011), Nghiên cứu sử dụng phế thải xỉ sắt công nghệ sản xuất thép làm cốt liệu cho BTAP, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Quang Phúc (2010), Nghiên cứu số tính chất ứng dụng Mastic Asphalt xây dựng cơng trình giao thơng Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học GTVT, Hà Nội GS TS Trần Đình Bửu, GS TS Dương Học Hải (2006), Giáo trình xây dựng mặt đường tơ, tập II, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Trần Đình Bửu, Nguyễn Khải, Nguyễn Quang Chiêu (1975), Giáo trình xây dựng mặt đường ô tô, NXB Giao thông vận tải GS.TS Phạm Duy Hữu, PGS.TS Vũ Đức Chính, TS Đào Văn Đông, ThS Nguyễn Thanh Sang, (2010), BTAP hỗn hợp asphalt, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội TCVN 8819-2011 (2011), Tiêu chuẩn quốc gia: Mặt đường bê tơng nhựa nóng u cầu thi cơng nghiệm thu TCVN 8820-2011 (2011), Tiêu chuẩn quốc gia: Hỗn hợp bê tơng nhựa nóng – Thiết kế theo phương pháp Marshall TCVN 8860-2011 (2011), Tiêu chuẩn quốc gia: Bê tông nhựa – Phương pháp thử.23 Ziauddin A Khan, Rezqallah H Malkawi , Khalaf A Al-Ofi, and Nafisullah Khan (2002) Review of steel slag utilization in Saudi Arabia Pasetto M, Baldo N (2007) The use of EAF steel slag in bitumous mixes for flexible pavements: a numerical and experimental analysis Ivana Barišić, Sanja Dimter, Ivanka Netinger (2010) Possibilities Of Application Of Slag In Road Construction Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS Nguyễn Văn Du