Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực bà rịa vũng tàu trong xây dựng đường ôtô

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI  MAI HỒNG HÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP KHU VỰC BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, năm 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI  MAI HỒNG HÀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP KHU VỰC BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 9.58.02.05 Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng đường ôtô đường thành phố LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lã Văn Chăm Hà Nội, năm 2019 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật I MỤC LỤC TRANG LỜI CẢM ƠN XI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP VÀ SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Khái niệm xỉ thép Quá trình hình thành xỉ thép Hiện trạng công nghệ ngành thép Việt Nam Quá trình hình thành xỉ thép từ lò điện hồ quang Công nghệ xử lý xỉ thép Các kết qủa nghiên cứu xỉ thép nước Tính chất hóa học Tính chất lý 14 Các nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm kết cấu móng đường tơ nước ngồi 17 Các kết qủa nghiên cứu xỉ thép nước 23 Những vấn đề tồn luận án cần giải 34 mục tiêu nội dung đề tài nghiên cứu 34 Mục tiêu 34 Nội dung 34 Phương pháp nghiên cứu 36 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 38 NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ, HÓA CỦA XỈ THÉP SAU KHI TÁI CHẾ 38 Phân tích, đánh giá thực trạng xỉ thép nhà máy sản xuất thép khu vực Bà Rịa Vũng Tàu 38 Về tình hình sản xuất thép khu vực Bà Rịa Vũng Tàu 38 Các khó khăn việc xử lý chất thải rắn tạo từ nhà máy sản xuất thép khu vực Bà Rịa Vũng Tàu 41 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật II Những vấn đề tồn từ việc ứng xử, sử dụng xỉ thép 42 Nghiên cứu đặc tính xỉ thép nhà máy sản xuất thép khu vực bà rịa vũng tàu 44 Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm 44 Các tiêu xỉ thép nghiên cứu 46 Kết thí nghiệm 47 Phân tích, đánh giá, nhận xét kết thí nghiệm 50 Phân tích thống kê kết thí nghiệm 50 Nhận xét kết thiết kế thí nghiệm 58 So sánh, đánh giá tiêu lý xỉ thép với cấp phối đá dăm làm móng đường 59 Nhận xét, đánh giá thành phần hóa học xỉ thép 61 Nhận xét, đánh giá ảnh hưởng đến môi trường xỉ thép 61 Kết luận chương 62 CHƯƠNG 63 NGHIÊN CỨU TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT XỈ THÉP GIA CỐ XI MĂNG LÀM MĨNG ĐƯỜNG Ơ TÔ 63 Nghiên cứu sở khoa học sử dụng vật liệu xây dựng mặt đường 63 Khái niệm chung gia cố vật liệu 63 Sự hình thành cường độ lớp vật liệu gia cố xi măng 64 Cơ sở lý thuyết tính tốn thành phần phối hợp loại vật liệu 65 Vật liệu dùng giải pháp gia cố 65 Xỉ thép: 65 Xi măng: 66 Nước: 66 Cát hạt mịn: 66 Đá mi: 67 Phương pháp tính tốn lựa chọn tỷ lệ phối trộn để cải thiện đường cấp phối hạt xỉ thép: 68 Lựa chọn tỷ lệ phối hợp xỉ thép cát mịn 68 Lựa chọn tỷ lệ phối hợp xỉ thép đá mi: 70 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật III Thực nghiệm phòng giải pháp xỉ thép gia cố xi măng, xỉ thép phối trộn cát mịn đá mi gia cố xi măng: 71 Phương pháp tạo mẫu thí nghiệm 71 Các thí nghiệm thực phịng 72 Phân tích kết thí nghiệm xỉ thép gia cố xi măng 73 Phân tích kết thí nghiệm xỉ thép/cát mịn (tỷ lệ 80/20)+gia cố xi măng 82 Phân tích kết thí nghiệm xỉ thép/ đá mi (tỷ lệ 70/30)+gia cố xi măng 89 Phân tích, so sánh giải pháp sử dụng xỉ thép gia cố xi măng 95 Nhận xét, kết luận chương 99 CHƯƠNG 100 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG SỬ DỤNG XỈ THÉP LÀM LỚP MÓNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG XỈ THÉP 100 Nghiên cứu thực nghiệm trường đoạn đường thử nghiệm 100 Các thông tin chung đoạn thử nghiệm 100 Thiết kế đoạn thử nghiệm 101 Thi công đoạn thử nghiệm 103 Nội dung thí nghiệm kiểm tra đoạn thử 104 Kết thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm 105 Xử lý, đánh giá kết thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm 109 Đánh giá nhận xét 113 Đề xuất kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép 113 Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường 114 Phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường 115 Lựa chọn phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường 115 Thông số vật liệu: 116 Đề xuất kết cấu mặt đường 122 Tính tốn kết cấu mặt đường 126 Công nghệ thi công, khai thác kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu xỉ thép 129 Nhận xét, kết luận Chương 133 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật IV DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 So sánh đá núi lửa xỉ thép [58-63] Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất phôi thép Hình 1.3 Sơ đồ cơng nghệ luyện thép lò điện hồ quang (EAF) [15] Hình 1.4 Quy trình tái chế xỉ thép Hình 1.5 Sản phẩm xỉ thép với nhiều kích thước khác Hình 1.6 Cơng nghệ xử lý xỉ thép Slovenia Hình 1.7 Nhà máy tái chế xỉ thép lắp đặt Đài Loan [66] Hình 1.8 Quy trình xử lý xỉ thép Nhật Bản Hình 1.9 Nhà máy xử lý xỉ thép Thái Lan Hình 1.10 Hình ảnh xỉ thép qt từ kính hiển vi điện tử [67] 13 Hình 1.11 Các ứng dụng xỉ thép Châu Âu [76] 18 Hình 1.12 Mặt đường bê tông nhựa đường cao tốc Egnatia 19 Hình 1.13 Độ ổn định động theo nhiệt độ 19 Hình 1.14 Cường độ chịu nén với tỷ lệ phối trộn khác [48] 20 Hình 1.15 Thi cơng mặt đường bê tơng nhựa dùng cốt liệu xỉ thép đường cao tốc Chonburi, Thái Lan 21 Hình 1.16 Dùng xỉ thép làm vật liệu cho lớp móng đường Caroni [51] 22 Hình 1.17 Đường đua Indianapolis Motor Speedway sử dụng bê tông asphalt xỉ thép 22 Hình 1.18 Một số cơng trình đường khác sử dụng xỉ thép 22 Hình 1.19 So sánh cường độ chịu nén BTN sử dụng xỉ thép đá dăm làm cốt liệu 30 Hình 1.20 Sơ đồ khung nghiên cứu đề tài 36 Hình 2.1 Lấy mẫu nhà máy tái chế xỉ thép Công ty TNHH Vật Liệu Xanh 44 Hình 2.2 Phân tích lựa chọn số mẫu cho tổ mẫu 45 Hình 2.3 Loại bỏ số liệu ngoại lai khối lượng riêng theo tiêu chuẩn Grubbs – ASTM E178 46 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật V Hình 2.4 Biểu đồ tổng hợp thống kê Khối lượng riêng xỉ thép 52 Hình 2.5 Xác định dạng hàm phân bố Khối lượng riêng 52 Hình 2.6 Biểu đồ xác định giá trị đặc trưng Khối lượng riêng xỉ thép 53 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt phối hợp xỉ thép cát mịn tỷ lệ khác 69 Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt phối hợp xỉ thép đá mi tỷ lệ khác 70 Hình 3.3 Mẫu xỉ thép gia cố tập kết để tiến hành bảo dưỡng 71 Hình 3.4 Thí nghiệm cường độ chịu nén 72 Hình 3.5 Thí nghiệm cường độ ép chẻ 72 Hình 3.6 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi 72 Hình 3.7 Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê 75 Hình 3.8 Biểu đồ Pareto yếu tố ảnh hưởng Rn 76 Hình 3.9 Ảnh hưởng yếu tố XM, Tuổi đến Rn 77 Hình 3.10 Ảnh hưởng tương tác yếu tố XMxTuổi đến Rn 78 Hình 3.11 Biểu đồ tổng hợp Rn xỉ thép gia cố xi măng 78 Hình 3.12 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rech 79 Hình 3.13 Biểu đồ tổng hợp Rech xỉ thép gia cố xi măng 80 Hình 3.14 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến E 81 Hình 3.15 Biểu đồ tổng hợp E xỉ thép gia cố xi măng 82 Hình 3.16 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rn 84 Hình 3.17 Biểu đồ tổng hợp Rn xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng 85 Hình 3.18: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rech 86 Hình 3.19 Biểu đồ tổng hợp Rech xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng 87 Hình 3.20 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến E 87 Hình 3.21 Biểu đồ tổng hợp E xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng 88 Hình 3.22: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rn 90 Hình 3.23 : Biểu đồ tổng hợp Rn xỉ thép+đá mi gia cố xi măng 92 Hình 3.24: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rech 93 Hình 3.25: Biểu đồ tổng hợp Rech xỉ thép+đá mi gia cố xi măng 93 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật VI Hình 3.26 Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến E 94 Hình 3.27: Biểu đồ tổng hợp E xỉ thép+đá mi gia cố xi măng 95 Hình 3.28: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rn 96 Hình 3.29: Biểu đồ tổng hợp Rn XT, XC, XD gia cố xi măng 97 Hình 3.30: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến Rech 97 Hình 3.31: Biểu đồ tổng hợp Rech XT, XC, XD gia cố xi măng 98 Hình 3.32: Biểu đồ ảnh hưởng yếu tố đến E 98 Hình 3.33: Biểu đồ tổng hợp E XT, XC, XD gia cố xi măng 99 Hình 4.1 Hình ảnh QL 55, đoạn qua trung tâm hành tỉnh BRVT 100 Hình 4.2: Kết cấu mặt đường QL55, trước thử nghiệm 101 Hình 4.3 Mặt đường QL 55 bị hư hỏng trước bóc bỏ để thử nghiệm 101 Hình 4.4: Kết cấu áo đường loại đoạn thử nghiệm 102 Hình 4.5: Kết cấu áo đường loại đoạn thử nghiệm 102 Hình 4.6: Sơ đồ bố trí loại kết cấu đoạn thử nghiệm 103 Hình 4.7 Thi cơng đọan đường thử nghiệm 104 Hình 4.8 Thí nghiệm kiểm tra đoạn đường thử nghiệm 105 Hình 4.9: Biểu đồ độ chặt, 95% CI 109 Hình 4.10: Biểu đồ kết độ chặt 110 Hình 4.11: Phân tích phù hợp phân phối chuẩn 110 Hình 4.12: Mơ đun đàn hồi mặt lớp móng 111 Hình 4.13: Mơ đun đàn hồi mặt đường BTN 10/2013 111 Hình 4.14: Phân tích khác biệt 2-Sample t-Test E 10/2013 112 Hình 4.15: Mô đun đàn hồi mặt đường BTN 12/2018 112 Hình 4.16: Phân tích khác biệt 2-Sample t-Test E 12/2018 113 Hình 4.17: Biểu đồ xác định hệ số lớp a3 lớp móng làm vật liệu hạt, theo tham số cường độ: mô đun đàn hồi ESB và/ trị số CBR 118 Hình 4.18: Biểu đồ xác định hệ số lớp a2 lớp móng làm vật liệu gia cố xi măng, theo tham số cường độ: Mô đun đàn hồi EBS 120 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật VII DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1 Thành phần hóa học trung bình xỉ thép Slovenia [44] 10 Bảng 1.2 Thành phần hóa học xỉ thép Romania (đơn vị: %) [68] 10 Bảng 1.3 Thành phần hoá học loại xỉ thép khác Đức 11 Bảng 1.4 Thành phần hoá học xỉ thép đá Dolomite Croatia 11 Bảng 1.5 Thành phần hoá học xỉ thép từ trình luyện thép (BOF), lò điện hồ quang (EAF) xỉ lò cao (Ladle slag) 12 Bảng 1.6 Thành phần hóa học xỉ thép Châu Âu [13] 13 Bảng 1.7 Thành phần hoá học loại xỉ từ nghiên cứu tác giả nước [34-36, 72, 78, 81-86] 13 Bảng 1.8 So sánh tính chất vật lý xỉ thép với đá vôi tự nhiên 15 Bảng 1.9 Khối lượng thể tích, khối lượng riêng xỉ thép Croatia 15 Bảng 1.10 So sánh tính chất vật lý xỉ thép cốt liệu tự nhiên 15 Bảng 1.11 Tính chất vật lý đá vơi xỉ thép 16 Bảng 1.12 Tính chất lý xỉ thép đá granite Ấn Độ [41] 16 Bảng 1.13 So sánh tính chất lý xỉ thép đá granite, đá sỏi Đức 16 Bảng 1.14 Thành phần hạt cốt liệu xỉ thép 17 Bảng 1.15 Các tiêu lý xỉ thép làm cốt liệu lớn nhỏ Hy Lạp 17 Bảng 1.16 Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ mô đun đàn hồi [48] 20 Bảng 1.17 Bảng kết phân tích thành phần nguy hại xỉ thép 24 Bảng 1.18: Cường độ chịu nén mẫu BTXM thông thường BTXM có sử dụng phụ gia khống xỉ thép 24 Bảng 1.19 Tính chất lý cốt liệu xỉ thép dùng để chế tạo bê tông xi măng 25 Bảng 1.20 Tổng hợp thành phần hoá học xỉ đá dăm khu vực phía Nam, % [21] 27 Bảng 1.21 Tính chất lý xỉ thép [21] 29 Bảng 1.22: Đặc tính xỉ thép (Bảng Quyết định số 430/QĐ-BXD, [11]) 31 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật VIII Bảng 1.23 Ứng dụng chủ yếu xỉ thép lĩnh vực vật liệu xây dựng (Trích Bảng Quyết định số 430/QĐ-BXD, [11]) 32 Bảng 1.24 Chỉ dẫn kỹ thuật (trích bảng 10 Quyết định số 430/QĐ-BXD, [11]) 33 Bảng 2.1 Thống kê dự án sản xuất thép địa bàn BRVT 38 Bảng 2.2: Tổng hợp nhà máy, dự án luyện phôi thép BRVT 40 Bảng 2.3 Bảng tổng hợp tiêu lý phương pháp thí nghiệm xỉ thép [3-5] 47 Bảng 2.4 Bảng tổng hợp thí nghiệm phân tích thành phần hóa học xỉ thép [1] 47 Bảng 2.5: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm tiêu lý xỉ thép 49 Bảng 2.6 Bảng tổng hợp kết phân tích thành phần hạt xỉ thép 50 Bảng 2.7 Kết phân tích thành phần hóa học xỉ thép 50 Bảng 2.8 Tổng hợp tiêu lý xỉ thép 59 Bảng 2.9 Tổng hợp thành phần hóa học xỉ thép 59 Bảng 2.10 So sánh tiêu lý xỉ thép cấp phối đá dăm theo TCVN88592011 60 Bảng 2.11 Tổng hợp so sánh tiêu lý xỉ thép với CPĐD [23] 60 Bảng 3.1 Các tiêu lý xi măng PCB40 66 Bảng 3.2 Chỉ tiêu lý hoá học cát mịn dùng để phối trộn với xỉ thép 66 Bảng 3.3: Thành phần hạt cát mịn 67 Bảng 3.4 Chỉ tiêu lý đá mi dùng để phối trộn với xỉ thép 67 Bảng 3.5 Thành phần hạt đá mi 68 Bảng 3.6 Bảng phân tích thành phần hạt phối hợp xỉ thép cát mịn 69 Bảng 3.7 Bảng phân tích thành phần hạt phối hợp xỉ thép đá mi 70 Bảng 3.8 Bảng kết thí nghiệm xỉ thép gia cố xi măng 73 Bảng 3.9 Bảng kết thí nghiệm xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng 83 Bảng 3.10: Bảng kết thí nghiệm xỉ thép+đá mi gia cố xi măng 89 Bảng 4.1: Kết thí nghiệm độ chặt cấp phối sỏi đỏ 106 Bảng 4.2: Kết thí nghiệm độ chặt cấp phối đá dăm loại 106 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm độ chặt cấp phối xỉ thép 106 Bảng 4.4: Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi đất CPSĐ 107 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 131 Dùng máy san để san phẳng vật liệu xỉ thép Kết thúc trình san phải đảm bảo lớp vật liệu xỉ thép hoàn toàn đồng thành phần hạt cốt liệu Căn vào tính thiết bị, chiều dày thiết kế, phân thành lớp thi cơng Chiều dày rải lớp thi công trước lu lèn không lớn 20 cm Chiều dày lớp thi công sau lu lèn xác định thông qua hệ số rải (Krải), tùy thuộc vào kích thước cốt liệu, lấy Krải =1,3÷1,35 Chiều dày rải (thơng qua hệ số lu lèn) phải vào kết thi cơng thí điểm, xác định hệ số rải (hệ số lu lèn) sơ K rải sau: K rai   k max  K yc  kr Trong đó:  kmax :là khối lượng thể tích khơ lớn theo kết thí nghiệ m đầm nén tiêu chuẩn, g/cm ;  kr :là khối lượng thể tích khô vật liệu xỉ thép trạng thá i rời (chưa đầm nén), g/cm ; K yc độ chặt yêu cầu lớp xỉ thép, % Trong trường hợp chiều dày rải lớp không vượt 20 cm, cho phép sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn 70 mm Khi chiều dày rải lớp lớn 25 cm cho phép sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn 100 mm Để đảm bảo độ chặt lu lèn tồn bề rộng móng, khơng có khn đường đá vỉa, phải rải vật liệu xỉ thép rộng thêm bên tối thiểu 25 cm so với bề rộng thiết kế móng Tại vị trí tiếp giáp với vệt rải trước, phải tiến hành loại bỏ vật liệu xỉ thép rời rạc mép vệt rải trước rải vệt Trong trình rải vật liệu xỉ thép, phải bố trí cơng nhân lái máy lành nghề (thợ từ bậc trở lên) nhân công phụ theo máy nhằm hạn chế xử lý kịp tượng phâ n tầng vật liệu Với vị trí vật liệu bị phân tầng, phải loại bỏ toàn vật liệu thay vật liệu xỉ thép Việc xác lập sơ đồ vận hành máy san phải dựa vào kết công tác thi công thí điểm Phải thường xuyên kiểm tra cao độ, độ phẳng, độ dốc ngang, độ dốc dọc, độ ẩm, độ đồng vật liệu xỉ thép suốt trình san rải Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 132  Lu lèn lớp xỉ thép Phải lựa chọn loại lu phối hợp loại lu sơ đồ lu lèn tùy thuộc vào chiều dày, chiều rộng độ dốc dọc lớp móng đường Thơng thường, sử dụng lu nhẹ 6÷8 T với vận tốc chậm Km/h để lu 5÷6 lượt đầu, sau sử dụng lu rung 10÷12 T lu bánh lốp có tải trọng bánh 2,5÷4 T để lu tiếp từ 25÷30 lượt đạt độ chặt yêu cầu, hồn thiện 2÷3 lượt lu bánh sắt nặng 8-10 T Số lần lu lèn phải đảm bảo đồng tất điểm mặt móng (kể phần mở rộng), đồng thời phải bảo đảm độ phẳng sau lu lèn Việc lu lèn phải thực từ chỗ thấp đến chỗ cao, vệt bánh lu sau chồng lên vệt lu trước 20 cm Những đoạn đường thằng, lu từ mép vào tim đường đoạn đường cong, lu từ phía bụng đường cong dần lên phía lưng đường cong Ngay sau giai đoạn lu lèn sơ bộ, phải tiến hành công tác kiểm tra cao độ, độ dốc ngang, độ phằng phát vị trí bị lồi lõm, phân tầng đ ể bù phụ, sửa chữa kịp thời:  Nếu thấy tượng khác thường rạn nứt, gợn sóng, xơ dồn rời rạc khơng c hặt… phải dừng lu, tìm ngun nhân xử lý triệt để lu tiếp Tất cơng tác phải hồn tất trước đạt 80 % công lu;  Nếu phải bù phụ sau lu lèn xong, bề mặt lớp móng xỉ thép phải cày xới với chiều sâu tối thiểu cm trước rải bù Trong trình lu lèn phải tưới nước để đảm bảo độ ẩm cho vật liệu xỉ thép Lượng nước cần tưới khác phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khu vực thi công, Khi thi công vào mùa hè, phải dùng nước với định mức 7÷8 lít/m2/lượt tưới để tưới ẩm lớp xỉ thép dày khơng q 20cm, phải chia làm 2÷3 lượt tưới nước không thấm xuống đất Trong trường hợp chiều dày lớp rải lớn 25 cm, lượng nước cần tưới 10÷12 lít/m2/lượt tưới, chia 2÷3 lượt tưới Về mùa mưa lượng nước cần tưới Độ ẩm trung bình vật liệu xỉ thép trình lu lèn phải ln trì 3÷4 % theo khối lượng Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 133 Sơ đồ công nghệ lu lèn áp dụng để thi công đại trà cho lớp vật liệu loại lu sử dụng, trình tự lu, số lần lu phải xây dựng sở thi cơng thí điểm lớp móng xỉ thép  Bảo dưỡng tưới lớp nhựa thấm bám Phải thường xuyên giữ đủ độ ẩm mặt lớp móng xỉ thép để tránh hạt mịn bị gió thổi Đồng thời khơng cho xe cộ lại lớp móng chưa tưới nhựa thấm bám để tránh bong bật Đối với lớp móng trên, cần phải nhanh chóng tướ i nhựa thấm bám nhựa lỏng MC-70 (phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 8818-1:2011) nhũ tương nhựa đường loại SS-1h CSS-1h (phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 8817-1:2011)  Trước tưới nhựa thấm bám, phải tiến hành làm vệ sinh bề mặt lớp móng nhằm loại b ỏ bụi, rác, vật liệu rời rạc dụng cụ thích hợp chổi, máy nén khí khơng làm bong bật cốt liệu lớp móng;  Khi tưới nhựa thấm bám, nhiệt độ khơng khí phải lớn 8o C, đồng thời phải đảm bảo vật liệu tưới có nhiệt độ thích hợp khoảng 70o C ±10 o C nhựa lỏng MC70;  Tiến hành phun tưới nhựa thấm bám đồng tồn bề mặt lớp móng thiết bị chuyên dụng với áp lực phun từ 0,2 MPa đến 0,5 MPa định mức 1,2 l/m ± 0,1 l/m2 nhựa lỏng MC70 1,8 l/ m nhũ tương SS1h CSS-1h Nếu phải bảo đảm giao thông, sau tưới lớp thấm bám phải phủ lớp đá mạt kích cỡ 0,5 cm x 0,1 cm với định lượng 10 l/m ± l/m lu nhẹ khoảng – lần/điểm Đồng thời, phải bố trị lực lượng tu, bảo dưỡng hành ngày để thoát nước bề mặt, bù phụ, quét gạt hạt đá bị văng dạt lu lèn chỗ có tượng bị bong bật xe chạy 4.2.7.2 Công nghệ khai thác kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu xỉ thép Công nghệ khai thác trì kết cấu mặt đường khơng có khác biệt so với kết cấu truyền thống sử dụng địa phương NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG Việc sử dụng xỉ thép nhu cầu tất yếu với mục đích bảo vệ mơi trường đồng thời tận dụng tối đa đa dạng hóa nguồn vật liệu xây dựng nói chung Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 134 xây dựng đường tơ nói riêng, đặc biệt đáp ứng nhu cầu vật liệu xây dựng cho mạng lưới đường giao thông địa phương Những nhận xét, kết luận rút ra: (1) Đã thiết kế, thi công đánh giá sau năm khai thác kết cấu áo đường sử dụng xỉ thép làm lớp móng có đối chứng với kết cấu sử dụng lớp móng cấp phối đá dăm Kết thực nghiệm trường cho thấy sử dụng xỉ thép không gia cố tương đương lớp cấp phối đá dăm; (2) Đã đề xuất kết cấu mặt đường sử dụng lớp vật liệu xỉ thép đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; (3) Đã xác định thông số lớp vật liệu xỉ thép không gia cố Bảng 4.9 xỉ thép có gia cố xi măng Bảng 4.12 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Xây dựng đường ô tô cần khối lượng vật liệu lớn, việc nghiên cứu nguồn xỉ thải công nghiệp để tái sử dụng, nhằm tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường cần thiết, phù hợp với định hướng Nhà nước Tận dụng nguồn xỉ thép làm vật liệu xây dựng đường ô tô vừa giảm ô nhiễm mơi trường vừa có nguồn vật liệu để xây dựng cơng trình, hạ giá thành xây dựng Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thí nghiệm phịng ngồi trường thiết bị thí nghiệm đại với số mẫu thử hợp lý, phân tích thống kê để đạt kết sau: A CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN (1) Đã xác định cấp phối xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu công ty Vật Liệu Xanh tái chế đáp ứng yêu cầu cấp phối làm móng đường, góp phần tiết kiệm tài nguyên, giảm ô nhiễm môi trường (2) Đã nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật Rn, Rech mô đun đàn hồi (Eđh) loại cấp phối: + Cấp phối xỉ thép gia cố xi măng; + Cấp phối xỉ thép phối trộn cát mịn gia cố xi măng; + Cấp phối xỉ thép phối trộn đá mi gia cố xi măng Và thành lập phương trình hồi quy, chứng minh cấp phối xỉ thép phối trộn đá mi gia cố xi măng có cường độ cao nhất, đưa khuyến cáo tỷ lệ xi măng 4%-6% hợp lý (3) Thực nghiệm trường đoạn đường thay cấp phối đá dăm cấp phối xỉ thép đạt hiệu tốt (4) Đề xuất kết cấu áo đường sử dụng cấp phối xỉ thép làm lớp móng B HẠN CHẾ Đề tài tiến hành thử nghiệm trường sử dụng xỉ thép dùng làm móng đường tơ giải pháp kết hợp xỉ thép với hàm lượng hợp lý đá mi cát mịn gia cố xi măng thực phịng, chưa có điều kiện thực trường Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 136 C KIẾN NGHỊ Xây dựng quy trình thi cơng nghiệm thu lớp móng kết cấu áo đường tô vật liệu xỉ thép tái chế D HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Nghiên cứu thực nghiệm trường để đánh giá giải pháp phối trộn xỉ thép với cát mịn, đá mi gia cố xi măng dùng làm lớp móng đường tơ Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ STT Tên cơng trình/ báo Địa đăng tải Nghiên cứu sử dụng xỉ thép tái chế làm lớp móng đường tơ Hiệu chỉnh thành phần cấp phối bê tông cốt liệu xỉ thép Xác định đặc trưng học bê tông sử dụng xỉ thép cốt liệu lớn Ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép cốt liệu xỉ thépcốt liệu xỉ thép Study on the physical and mechanical properties of concret0e using steel slag as coarse aggregate Tạp chí Khoa học cơng nghệ GTVT, số 27+28 – 05/2018 Tạp chí Người Xây dựng, số 293&294, tháng 3&4/2016 Tạp chí Xây dựng, số tháng 2/2016 Tạp chí Người Xây dựng, số 285&286, tháng 7&8/2015 Tạp chí Hội thảo “Pavement Material Recycle and Reuse Conference – 12th PMRRC” Trường Đại học National I-Lan, Đài Loan, tháng 10/2016 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XVI TÀI LIỆU THAM KHẢO A TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] Bộ Khoa học Công nghệ (2002) -TCVN 6705:2009, Chất thải rắn thông thường - Phân loại [2] Bộ Tài nguyên Môi trường (2009) -QCVN 07: 2009/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia ngưỡng chất thải nguy hại [3] Bộ Khoa học Công nghệ (2006) -TCVN 7572:2006, Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử [4] Bộ trưởng Bộ Giao thơng vận tải (2006) -22TCN 333:06, Quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm [5] Bộ Giao thông vận tải (2006) -22 TCN 211:06, Áo đường mềm - Các yêu cầu thiết kế [6] Bộ Khoa học Cơng nghệ (2011) -TCVN 8859-2011, Lớp móng cấp phối đá dăm kết cấu áo đường ô tô – vật liệu, thi công nghiệm thu [7] Bộ Xây dựng (2004) -TCXDVN 302-2004, Nước trộn bê tông vữa yêu cầu kỹ thuật [8] Bộ Giao thông vận tải (2001) -22TCN 274-01, Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế mặt đường mềm [9] (2011) Quy trình thí nghiệm xác định cường độ kéo ép chẻ vật liệu hạt liên kết chất kết dính [10] Cơng văn 31/BXD-VLXD (2011), "Xin ý kiến giải pháp tái chế xỉ thép từ lò điện hồ quang thành vật liệu xây dựng, vật liệu làm đường giao thông hạn chế khai thác tài nguyên bảo vệ môi trường", Bộ Xây Dựng, Việt Nam [11] Quyết định 3230/QĐ-BGTVT (2017), "Ban hành dẫn kỹ thuật “xỉ gang xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng"", Bộ Xây dựng Việt Nam [12] Quyết định 3230/QĐ-BGTVT (2012), "Ban hành quy định tạm thời thiết kế mặt đường bê tông xi măng thơng thường có khe nối xây dựng cơng trÌnh giao thơng", Bộ Giao thong vận tải, Việt Nam [13] Tài liệu hướng dẫn Sản xuất Trung tâm Việt Nam, 2008 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XVII [14] Nguyễn Xuân Trục, Dương Ngọc Hải Vũ Đình Phụng, Sổ tay thiết kế đường ô tô tập II Nhà xuất xây dựng: Hà Nội, 2007 [15] Lê Việt Hùng (2016), Hiện trạng, quy định tiêu chuẩn sử dụng xỉ gang xỉ thép Việt Nam, Ứng dụng xỉ gang/thép ngành cơng nghiệp xây dựng phát triển bền vững Hà Nội [16] Lê Thanh Chương (2012), Biến xỉ thép thành vật liệu có ích Web: http://www.baoxaydung.com.vn/news/vn/vat-lieu/thi_truong/bien-xi-thepthanh-vat-lieu-co-ich.html [17] Cơng ty TNHH Vật liệu lanh, "Bản Tin Vật liệu xanh," ed, 2012 [18] Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng Mai Hồng Hà (2016), "Hiệu chỉnh thành phần cấp phối bê tông cốt liệu xỉ thép", Người Xây Dựng [19] Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng Mai Hồng Hà (2016), "Xác định đặc trưng học bê tông sử dụng xỉ thép cốt liệu lớn," Tạp chí Xây Dựng, vol 02 [20] Nguyễn Thị Thuý Hằng et al (2015), "Ứng xử chịu uốn dầm bê tơng cốt thép cốt liệu xỉ thép", Tạp chí Người Xây Dựng [21] Nguyễn Văn Du (2016), "Nghiên cứu khả sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất bê tơng nhựa nóng khu vực phía nam Việt Nam," Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học học Giao thông Vận tải Cơ sở II, Tp Hồ Chí Minh [22] Nguyễn Quốc Hiển Mai Hồng Hà (2015), "Nghiên cứu tái chế xỉ lò từ nhà máy luyện thép để sử dụng làm vật liệu cho lớp móng đường giao thơng," Đề tài cấp Bộ, Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh, Bộ Giao thơng vận tải [23] Nguyễn Văn Hùng Nguyễn Văn Du (2010), "Đánh giá số tồn sản xuất, sử dụng cấp phối đá dăm làm móng đường tơ Tp Hồ Chí Minh đề xuất giải pháp khắc phục," Đề tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học học Giao thơng Vận tải Cơ sở II [24] Dương Học Hải, Giáo trình xây dựng mặt đường ô tô, tập Nhà xuất giáo dục: Hà Nội, 2007 [25] Trần Đình Bửu Dương Học Hải, Giáo trình xây dựng mặt đường tô, tập Nhà xuất giáo dục: Hà Nội, 2007 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XVIII [26] Nguyễn Quang Chiêu Lã Văn Chăm, Xây dựng đường ô tô Nhà xuất giao thông vận tải: Hà Nội, 2008 B TÀI LIỆU TIẾNG ANH [27] Japanese Industrial Standards (2013) -JIS A 5011:2013, Iron and steel slag for road construction [28] American Society for Testing and Materials International (2003) -ASTM D2940-03, Standard Specification for Graded Aggregate Material For Bases or Subbases for Highways or Airports [29] British Standards Institution (2013) -BS EN 13242:2002+A1:2007, Aggregates for unbound and hydraulically bound materials for use in civil engineering work and road construction [30] American Society for Testing and Materials International (2015) -ASTM E178-15, Standard Practice for Dealing With Outlying Observations [31] American Society for Testing and Materials International (2015) -ASTM C670-15, Standard Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for Construction Materials [32] American Society for Testing and Materials International (2014) -ASTM C131-14, Standard Test Method for Resistance to Degradation of Small-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine [33] J Setién, D Hernández J J González (2009), "Characterization of ladle furnace basic slag for use as a construction material", Construction and Building Materials 23, vol [34] Frank Wachsmuth et al (1981), "Contribution to the structure of BOF-slags and its influence on their volume stability", Canadian Metallurgical Quarterly, vol 20, no 3, pp 279-284 [35] A Srinivasa Reddy, RK Pradhan Sanjay Chandra (2006), "Utilization of basic oxygen furnace (BOF) slag in the production of a hydraulic cement binder", International journal of mineral processing, vol 79, no 2, pp 98-105 [36] J Geiseler (1996), "Use of steelworks slag in Europe", Waste management, vol 16, no 1-3, pp 59-63 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XIX [37] Gurmel S Ghataora, Richard J Freer-Hewish James Jessic, "The utilisation of recycled aggregates generated from highway arisings and steel slag fines," Department of Civil Engineering, School of Engineering, The University of Birmingham2004 [38] Verapathran Maruthachalam Murthi Palanisamy (2014), "High performance concrete with steel slag aggregate" [39] Tahir Sofilić, Ana Mladenovič Una Sofilić (2010), "Characterization of the EAF steel slag as aggregate for use in road construction," in CISAP4, 4th International Conference on Safety & Environment in Process Industry [40] M Maslehuddin et al (2003), "Comparison of properties of steel slag and crushed limestone aggregate concretes", Construction building materials, vol 17, no 2, pp 105-112 [41] Maruthachalam Verapathran Palanisamy Murthi (2014), "High performance concrete with steel slag aggregate", Gradevinar, vol 66, pp 605612 [42] S Lykoudis I Liapis (2010), Egnatia Odos, the 670 km project and EAF slag, Ferrous Slag–Resource Development for an Environmentally Sustainable World, Proceedings of the 6th European Slag Conference, Madrid, Spain, EUROSLAG Publication [43] Jianlong Guo, Yanping Bao Min Wang (2018), "Steel slag in China: Treatment, recycling, and management", Waste management, vol 78, pp 318330 [44] Ana Mladenović (2009), Application of steel slag aggregate in road construction, ARCHES and SPENS Final Seminar, Slovenian National Building and Civil Engineering Institute [45] Hendrik G Van Oss (2003), "Slag-iron and steel", US geological survey minerals yearbook, vol [46] Ebenezer Akin Oluwasola, Mohd Rosli Hainin Md Maniruzzaman A Aziz (2014), "Characteristics and utilization of steel slag in road construction", Jurnal Teknologi, vol 70, no Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XX [47] Yongjie Xue et al (2006), "Experimental investigation of basic oxygen furnace slag used as aggregate in asphalt mixture", Journal of Hazardous Materials, vol 138, no 2, pp 261-268 [48] Weiguo Shen et al (2009), "Investigation on the application of steel slag–fly ash–phosphogypsum solidified material as road base material", Journal of hazardous materials, vol 164, no 1, pp 99-104 [49] Ibrahim M Asi, Hisham Y Qasrawi Faisal Shalabi (2007), "Use of steel slag aggregate in asphalt concrete mixes", Canadian Journal of Civil Engineering, vol 34, no 8, pp 902-911 [50] Sitthisak Wittayangkoon Siam Steel Mill Services Limited (2007), EAF slag for road construction in Thailand, 3rd Global Slag Conference and Exhibition, Turkey [51] Tractor Levelling slag and building road Caroni Central Web: https://www.youtube.com/watch?v=E5V6UizC174 [52] Luciana Rohde, Washington Peres Núñez Jorge Augusto Pereira Ceratti (2003), "Electric arc furnace steel slag: base material for low-volume roads", Transportation research record, vol 1819, no 1, pp 201-207 [53] BA Asmatulaev et al (2007), "Using blast-furnace slag in road construction", Steel in Translation, vol 37, no 8, pp 722-725 [54] Ivana Barišić, Ivanka Netinger Grubeša Branimir Hackenberger Kutuzović (2017), "Multidisciplinary approach to the environmental impact of steel slag reused in road construction", Road Materials Pavement Design, vol 18, no 4, pp 897-912 [55] Heribert Motz (2008), Utilisation of steel slag in Germany – Technical and Environmental aspects, Sustainability of Steel Sector, Sao Paulo, Brasil [56] Ahmed Ebrahim Abu El-Maaty Behiry (2013), "Evaluation of steel slag and crushed limestone mixtures as subbase material in flexible pavement", Ain Shams Engineering Journal, vol 4, no 1, pp 43-53 [57] American Society for Testing and Materials (1999) -ASTM C 989-99, Standard Specification for Ground Granulated Blast-Furnace Slag for Use in Concrete and Mortars Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XXI [58] Construction Aggregate Web: https://en.wikipedia.org/wiki/Magma [59] The lava flow from Mt Kilauea inches closer to the village of Pahoa, Hawaii Web: https://www.yahoo.com/news/photos/hawaii-lava-flow-slideshow/lavaflow-mt-kilauea-inches-closer-village-pahoa-photo-005440882.html [60] Lava flow on Hawaii Lava is the extrusive equivalent of magma Web: https://en.wikipedia.org/wiki/Magma [61] Using steel slag aggregate in construction Web: https://www.lta.gov.sg/content/ltaweb/en/about-lta/lta-and-thecommunity/lta-and-the-environment/using-steel-slag-aggregate-inconstruction.html [62] Slag pour at steel mill in Jubail, Saudi Arabia Web: https://www.alamy.com/slag-pour-at-sunset-in-steel-mill-jubail-saudi-arabiaimage1715400.html [63] Iñigo Ortega-Fernández1 et al (2015), "New Thermal Energy Storage Materials From Industrial Wastes: Compatibility of Steel Slag With the Most Common Heat Transfer Fluids", Journal of Solar Energy Engineering, no SOL-14-1247 [64] Soraya Hosseini et al (2016), "Production and applications of electric-arcfurnace slag as solid waste in environmental technologies: a review", vol 5, no 1, pp 1-11 [65] Holger Motz Jens Geiseler (2001), "Products of steel slags an opportunity to save natural resources", Waste management, vol 21, no 3, pp 285-293 [66] S3R Company (2006), Ferro-Alloys using the Sensor Separation Technique Web: https://slideplayer.com/slide/1527017/ [67] Tahir Sofilić, Ana Mladenovič Una Sofilić (2011), "Defining of EAF steel slag application possibilities in asphalt mixture production", Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, vol 19, no 2, pp 148-157 [68] R Alizadeh et al (2003), "Utilization of electric arc furnace slag as aggregates in concrete–environmental issue," in Proceedings of the 6th CANMET/ACI international conference on recent advances in concrete technology Bucharest, Romania, pp 451-464 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XXII [69] Ivanka Netinger, Marija Jelčić Rukavina Ana Mladenovič (2013), "Improvement of post-fire properties of concrete with steel slag aggregate", Procedia Engineering, vol 62, pp 745-753 [70] Irem Zeynep Yildirim Monica Prezzi (2011), "Chemical, mineralogical, and morphological properties of steel slag", Advances in Civil Engineering, vol 2011 [71] B Das et al (2007), "An overview of utilization of slag and sludge from steel industries", Resources, conservation recycling, vol 50, no 1, pp 40-57 [72] Juckes Lewis M (2003), "The volume stability of modern steelmaking slags", Mineral processing Extractive metallurgy, vol 112, no 3, pp 177-197 [73] P-Y Mahieux, J-E Aubert G Escadeillas (2009), "Utilization of weathered basic oxygen furnace slag in the production of hydraulic road binders", Construction Building Materials, vol 23, no 2, pp 742-747 [74] HY Poh, Gurmel S Ghataora Nizar Ghazireh (2006), "Soil stabilization using basic oxygen steel slag fines", Journal of materials in Civil Engineering, vol 18, no 2, pp 229-240 [75] Der-Hsien Shen, Chia-Ming Wu Jia-Chong Du (2009), "Laboratory investigation of basic oxygen furnace slag for substitution of aggregate in porous asphalt mixture", Construction Building Materials, vol 23, no 1, pp 453-461 [76] Position paper on the status of ferrous slag, 32, 2012 [77] Caijun Shi (2004), "Steel slag—its production, processing, characteristics, and cementitious properties", Journal of Materials in Civil Engineering, vol 16, no 3, pp 230-236 [78] Tossavainen et al (2007), "Characteristics of steel slag under different cooling conditions", Waste management 27, vol 10, pp 1335-1344 [79] J Waligora et al (2010), "Chemical and mineralogical characterizations of LD converter steel slags", Materials Characterization vol 61, no 1, pp 3948 [80] Wu Xuequan et al (1999), "Study on steel slag and fly ash composite Portland cement", Cement Concrete Composites, vol 29, no 7, pp 1103-1106 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật XXIII [81] M Barra, EV Ramonich MA Munoz (2001), "Stabilization of soils with steel slag and cement for application in rural and low traffic roads," in Beneficial Use of Recycled Materials in Transportation ApplicationsUniversity of New Hampshire, Durham [82] MP Luxán et al (2000), "Characteristics of the slags produced in the fusion of scrap steel by electric arc furnace", Cement Concrete Composites, vol 30, no 4, pp 517-519 [83] Juan M Manso et al (2006), "Durability of concrete made with EAF slag as aggregate", Cement Concrete Composites, vol 28, no 6, pp 528-534 [84] PE Tsakiridis et al (2008), "Utilization of steel slag for Portland cement clinker production", Journal of Hazardous Materials, vol 152, no 2, pp 805811 [85] Maria Nicolae, Irina Vỵlciu Florian Zaman (2007), "X-ray diffraction analysis of steel slag and blast furnace slag viewing their use for road construction", UPB Scientific Bulletin Series B, vol 69, no 2, pp 99-108 [86] GR Qian et al (2002), "Hydrothermal reaction and autoclave stability of Mg bearing RO phase in steel slag", British ceramic transactions, vol 101, no 4, pp 159-164 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật