Đề tài nghiên cứu sử dụng xỉ thép đền làm nền đường và xử lý sâu nền đất yếu vì sự phát triển xanh

Quy trình thiết kế, thi công và nghiệm thu công tác Địa kỹ thuật đặc biệt: Thoát nước thẳng đứng Quy trình kỹ thuật thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc xỉ thép theo công nghiệ cọc đất xi măng của Nhật Bản (Công nghệ trộn ướt) Quy trình thiết kế, thi công, nghiệm thu cọc xỉ thép (Công nghệ trộn khô xỉ thép, xi măng và đất) Hướng dẫn quy trình thi công và nghiệm thu cọc xỉ thép để gia cố nền đất yếu bằng công nghệ cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile, SCP)125 Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu cọc Bê tông xỉ thép (theo công nghệ cọc khoan nhồi) 22TCN 2572000 Quy trình kỹ thuật khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu và quan trắc công tác đắp đất tôn nền trên đất yếu bằng cát, đất và xỉ thép.

CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN AA

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP ĐỂ LÀM NỀN ĐƯỜNG VÀ

XỬ LÝ SÂU NỀN ĐẤT YẾU VÌ SỰ PHÁT TRIỂN XANH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

"Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm nền đường giao thông và xử lý sâu

nền đất yếu vì sự phát triển xanh"

Chủ nhiệm Đề tài:

GS TSKH Nguyễn Trường Tiến

Các cán bộ tham gia Đề tài:

GS TS Lê Đức Thắng KSCC Trần Văn Việt

TS Nguyễn Ngọc Phúc Thạc sĩ Lê Thu Hạnh Thạc si Vũ Duy Phan

Kỹ sư Bùi Bảo Trung

Kỹ sư Hoàng Thu Hà

Kỹ sư Phan Thanh Tiền

Tham gia đóng góp cho Đề tài:

 Hội viên Hội Cơ học đất và Địa kỹ thuật côngtrình Việt Nam

 Một số chuyên gia quốc tế và bạn đồng nghiệpViệt Nam

Cơ quan sử dụng kết quả nghiên cứu của đề

tài Công ty TNHH Vật liệu xanh

Giám đốc

Trương Hoàng Nguyễn

Cơ quan chủ trì đề tài Công ty CP tư vấn AA Tổng giám đốc

Lê Thu Nga

2.1.2 Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu hóa học 9

2.2 Đặc tính kỹ thuật của sản phẩm đá nhân tạo ECOSLAG 10

2.2.4.2 Ổn định cấu trúc, thể tích của Ecoslag: 19

3 Các kinh nghiệm sử dụng xỉ thép của thế giới 23

4.2 Thí nghiệm đầm chặt và phân tích thành phần hóa học xỉ thép 30

5 Các kết quả nghiên cứu chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép bằng bàn nén động tại

5.1. Giới thiệu tổng quan về thiết bị Bàn nén động ZFG 3000GPS. 68

5.2 Danh mục điểm đo tại hiện trường KCN Phú Mỹ 1 (nền đất dăm sạn hoặc

6.1.1 Phạm vi áp dụng 84

6.2 Quy trình kỹ thuật thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc xỉ thép theo công

nghiệ cọc đất xi măng của Nhật Bản (Công nghệ trộn ướt) 102

6.3 Quy trình thiết kế, thi công, nghiệm thu cọc xỉ thép (Công nghệ trộn khô

6.4 Hướng dẫn quy trình thi công và nghiệm thu cọc xỉ thép để gia cố nền đất

yếu bằng công nghệ cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile, SCP)125 162

6.4.3 Thiết bị ghi in biểu đồ thi công (Recording equipment) 165

7 Quy trình kỹ thuật khảo sát, thiết kế, thi công, nghiệm thu và quan trắc

công tác đắp đất tôn nền trên đất yếu bằng cát, đất và xỉ thép. 211

7.2.6 Tính toán ổn định mái dốc của lớp đất đắp 224

7.2.7 Tính toán độ ổn định của mái dốc dưới tác động áp lực nước và dòng chảy. 231

7.3 Thi công lớp đất đắp, quan trắc và kiểm tra chất lượng 235

7.4.5 Một số vấn đề kỹ thuật và kinh tế trong lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu 246

7.5 Hướng dẫn quy trình tôn nền trên đất yếu 248

7.5.5 Hồ sơ hoàn công 251

7.5.6 Hướng dẫn kỹ thuật tôn nền bằng công nghệ bơm phun cát xỉ thép và đất 251

8 Tiêu chuẩn cơ sở “Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu các lớp kết

cấu áo đường bằng cấp phối thiên nhiên và xỉ thép được lập trên cơ sở

8.2 Những yêu cầu kỹ thuật đối với cấp phối tự nhiên và xỉ thép 256

9 Đề cương thí nghiệm hiện trường cọc xỉ thép 263

9.2 Điều kiện địa chất công trình tại hiện trường Long An. 263

9.3 Điều kiện địa chất công trình tại KCN Phú Mỹ II, huyện Tân Thành, tỉnh

Bà Rịa Vũng Tàu.(Nhà máy Vật liệu xanh, khảo sát 2009) 289

Phụ lục Phụ Lục 6.1.A_Các vấn đề thực hành về thoát nước thẳng đứng 299

PHỤ LỤC Phụ Lục 6.1.C_Quy trình giám sát thi công giếng cát

(phục vụ cho nhà thầu và tư vấn giám sát)

Phụ lục 6.3.A _áp dụng thực tế của phương pháp trộn sâu 348

337

Phụ lục 6.3.B_Các giải pháp thiết kế (aspects of design) 362

Phụ lục 6.3.C_Tính toán nền gia cố theo biến dạng 373

Phụ lục 6.3.D_Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng

nén của mẫu đất-xỉ thép, xi măng (phương pháp trộn khô)

Phụ lục 6.3.E_Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng

nén của mẫu đất-xỉ thép xi măng ( phương pháp trộn ướt)

375 378

Phụ lục 6.3.G_Cường độ chịu nén của một số hỗn hợp gia cố "Đất - xi măng” 381

PHỤ LỤC 7.6.D Giới hạn lún và độ sâu vùng ảnh hưởng 390

Phụ lục 8.A_Trích dẫn cấu tạo tần mặt và tầng móng theo "Quy trình thiết kế

Phụ lục 8.B: Các yêu cầu về thiết kế nền đường bằng xỉ thép (Dựa trên TCVN

Phụ lục 10.A_ Tiêu chuẩn cơ sở TCCS 11:2012

“Thí nghiệm độ đầm chặt và đo mô đun đàn hồi bằng thiết bị bàn nén động

1 Mở đầu.

Báo cáo tổng kết Đề tài "Nghiên cứu sử dụng xỉ thép để thay thế cát, dá, xi măng làmđường giao thông và cọc xử lý nền đất yếu vì sự phát triển xanh" được thực hiện theoHợp đồng số 08/2012-HĐTV ngày 01 tháng 11 năm 2012 giữa công ty Vật liệu xanh

và Công ty CP tư vấn AA

Xỉ thép được hình thành trong lò điện luyện thép ở nhiệt độ 16000C, giống như sự hìnhthành mác ma Xỉ thép có các thành phần hóa học chủ yếu là: CaO = 26%, FeO vàFe203 khoảng 40%, SiO2 = 16%, Al2O3 = 8%, MgO = 7% Các kết quả nghiên cứutrong phòng, hiện trường và tại công trình thực tế đã khẳng định tính ưu việt của loại vậtliệu này Xỉ thép có tính bền sunphat cao, rất thích hợp để làm móng và nền ở vùng đất

có nhiều hữu cơ, nhiễm bẩn, nhiễm mặn

Xỉ thép là vật liệu xanh, có thể áp dụng rộng rãi trong thực tế, thay thế vật liệu xâydựng, đắp đất, tôn nền, xử lý đất yếu, chống trượt lở bờ sông, bờ biển, mái dốc

Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, quy trình khảo sát, thiết kế, thicông, nghiệm thu và quan trắc cọc xỉ thép và vật liệu xỉ thép được xây dựng Báo cáothừa hưởng các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước và các tiêu chuẩn, thiết kế, thicông, nghiệm thu hiện hành về các phương pháp xử lý đất yếu: giếng cát, cọc cát đầmchặt, cọc đất xi măng theo công nghệ khô, cọc đất xi măng theo công nghệ ướt và cọckhoan nhồi

Chắc chắn báo cáo tổng kết đề tài sẽ được tiếp tục bổ xung, hoàn thiện

Các kết quả nghiên cứu đủ cơ sở để ban hành các tiêu chuẩn cơ sở để sử dụng xỉ thépcho các mục tiêu sau:

Thay thế cát và đá để làm nền đường và san lấp mặt bằng các loại công trình

 Thay thế cát và đá để làm giếng cát, cọc cát đầm chặt và cọc đá

 Thay thế 25% đến 90% xi măng để làm cọc đất xi măng

 Thay thế từ 25% đến 90% xi măng để làm cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi

 Làm tường cừ bảo vệ bờ sông, bờ biển

 Sử dụng trong công nghiệp bê tông

Yêu cầu của 22TCN 249 - 1998

Đá dăm thông th- ờng

Bão hòa

1 Nam(TMN)Thép Miền 8.1% 8.4% 1400 đối với loại 1Đạt, >1000 9% đến 13%1000

daN/cm2 đến1200daN/cm2

2 Việt(TV)Thép 8.5% 8.4% 1400 đối với loại 1Đạt, >1000

Bảng chỉ tiêu độ mài mòn Los Angeles theo AASHT0 T96-1994

TT Loại mẫu Kết quả Yêu cầu của 22 TCN 249-1998 22TCN 252 - Yêu cầu của

1998

Đá dăm thông thờng

1 Nam(TMN)Thép Miền 19.53% Đạt, <25% vớiloại 1 Đạt, <30% vớiloại 1 18% đến

Bảng chỉ tiêu thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý khác của xỉ

2.1.2.Kết quả thớ nghiệm một số chỉ tiờu húa học

Mẫu đợc đa đi phân tích thành phần hóa học Kết quả phân tích đợc tổng hợp theo bảng

c h ú : Xem kết quả phân tích của CASE và TTPTTN tại phụ lục kèm theo

Kết quả phân tích cho thấy thành phần hóa học chủ yếu của xỉ thép Thép MiềnNam(TMN) và Thép Việt(TV) là CaO, SiO2, FeO(Fe2O3), Al2O3 và MnO

2.1.3.Kết quả phõn tớch thành phần khoỏng

3 Mẫu được phõn tớch thành phần khoỏng bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X (XRD) Kếtquả phõn tớch thành phần khoỏng cho thấy cỏc khoỏng chớnh trong xỉ thộp làWustite(FeO), Dicalciumsilicate (2Cao.SiO2), Brownmillerite (4Cao.Al2O3.Fe2O3),Mayenite (12CaO.7Al2O3), Bredigite (Ca14Mg2(SiO4)8) Như vậy thành phần khoỏng chủyếu là cỏc khoỏng cú trong clinker xi măng và chứa nhiều oxit sắt

4.1.1.Kết luận và kiến nghị

4.1.1.1 Kết luận

 Kết quả phân tích thành phần hóa và thành phần khoáng cho thấy xỉ lò củaThép Miền Nam (TMN) và Thép Việt (TV) có thể sử dụng trong công nghiệpsản xuất xi măng

 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý trên cho thấy về mặt cơ lý vật liệu xỉ lò củaThép Miền Nam (TMN) và Thép Việt (TV) hoàn toàn có thể trở thành vật liệusan nền, vật liệu móng của kết cấu áo đường giao thông hoặc sử dụng trong bêtông nhựa nóng

2.2 Đặc tính kỹ thuật của sản phẩm đá nhân tạo ECOSLAG

2.2.1 Đánh giá chất lượng xỉ thép nguyên liệu đầu vào.

Việc đánh giá chất lượng nguyên liệu xỉ thép đầu vào do Phân Viện Khoa Học CôngNghệ Xây Dựng Miền Nam thuộc Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Việt Nam (BộXây dựng) tiến hành lấy mẫu kiểm tra một số chỉ tiêu hóa học, thành phần khoáng vàtính chất cơ lý để xem xét khả năng sử dụng của xỉ lò điện hồ quang (EAF)

2.2.2.Thí nghiệm và kết quả thí nghiệm.

Phân Viện Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng đã tiến hành các bước theo trình tự nhưsau:

 Lấy mẫu vật liệu tại bãi chứa của nhà máy;

 Tiến hành thí nghiệm thành phần hóa học, thành phần khoáng và chỉ tiêu cơ lý

Trên cơ sở kết quả phân tính sẽ đánh giá bước đầu về khả năng sử dụng vật liệu xỉ lòđiện trong xây dựng, làm đường

2.2.2.1 Lấy mẫu vật liệu:

Phân Viện Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng Miền Nam đã tiến hành lấy mẫu trực tiếptại bãi chứa xỉ của nhà máy Hiện nay công ty đang xử lý xỉ lò điện của nhà máy Thép

Miền Nam (TMN) và nhà máy thép Thép Việt (TV) (Pomina 2) Xỉ thép được lấy đạidiện một cách ngẫu nhiên cho từng loại xỉ và khối lượng mẫu lấy cho mỗi loại xỉ là1.000 kg.

Mẫu được đóng bao và vận chuyển về Phân Viện Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng đểtiến hành xử lý và thí nghiệm

Mẫu của các loại xỉ khác nhau được gia công đập nhỏ đến kích cỡ hạt theo yêu cầu củathí nghiệm Tiến hành thu gọn mẫu theo nguyên tắc chia 4 đến khi đạt đến khối lượngcần thiết để tiến hành các thí nghiệm

2.2.2.2 Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu

Kết quả phân tích cho thấy thành phần hóa học chủ yếu của xỉ thép Thép Miền Nam (TMN) và Thép Việt (TV) là CaO, SiO2, FeO(Fe2O3), Al2O3 và MnO.

 Thành phần khoáng:

Mẫu được phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kếtquả phân tích thành phần khoáng cho thấy các khoáng chính trong xỉ thép là Wustite(FeO), Dicalcium Silicate (2Cao.SiO2), Brownmillerite (4CaO.Al2O3.Fe2O3),Mayenite(12CaO.7Al2O3), Bredigite(Ca14Mg2(SiO4)8) Như vậy thành phần khoángchủ yếu là các khoáng có trong clinker xi măng và chứa Oxit Sắt

Kết quả phân tích thành phần khoáng của xỉ Thép Miền Nam

Ghi chú: Xem kết quả phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp XRD tại phụ

lục kèm theo

Xỉ thép đã được các nước trên thế giới xử dụng như là thành phần sản xuất xi măng Tại

Mỹ, Châu Âu đều cho phép xử dụng xỉ để sản xuất xi măng Tiêu chuẩn Mỹ quy định khối lượng xỉ trong xi măng có thể từ 25% đến 75% Châu Âu có thể xử dụng từ 36%

đến 95% Vì vậy, hoàn toàn có thể xử dụng xỉ thép từ các nhà máy thép lò điện hồ

quang trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu để sản xuất xi măng tại Việt Nam.

Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của xỉ như sau:

Kết quả chỉ tiêu nén đập trong xi lanh theo TCVN 7572-11-2006

Kh« B¶o hßa

1 Thép Miền

Đạt, >1000 đốivới loại 1

9% đến 13%

1000 daN/cm2đến 1200daN/cm2

2 Thép Việt

Đạt, >1000 đốivới loại 1

Chỉ tiêu độ mài mòn Los Angeles theo AASHT0 T96-1994

Số

Yªu cÇu cña 22 TCN 249-1998

Yªu cÇu cña 22 TCN 252 -1998

§¸ d¨m th«ng thêng

 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý trên cho thấy về mặt cơ lý vật liệu xỉ lò của Thép Miền Nam (TMN) và Thép Việt (TV) hoàn toàn có thể trở thành vật liệu làm nền hạ công trình, vật liệu móng của kết cấu áo đường giao thông hoặc sử dụng trong bê tông nhựa nóng.

2.2.3 Các ưu điểm của Ecoslag:

 Ecoslag là cốt liệu xỉ thép thân thiện với môi trường do Vật liệu Xanh sản xuất từ xỉ

lò điện hồ quang được sử dụng thay thế đá đ ể làm đường

 Đá nhân tạo Ecoslag tốt hơn vật liệu tự nhiên ở những đặc điểm sau: cấu trúc, độ cứng, khả năng chống bong tróc, độ ma sát, độ bền và độ kết dính:

- Mật độ cốt liệu xỉ thép dày và nặng hơn 20% so với đá;

- Khả năng hút nước cao hơn đá;

- Độ ma sát và khả năng chống mòn cao;

- Độ cứng cao;

- Chỉ số bong tróc của xỉ thép thấp hơn nhiều so với đá;

- Chịu được sự giãn nở cao và độ ẩm thấp;

- Xỉ thép với độ pH dao động 10-11 cho khả năng kết dính cao với nhựa đường, do đó duy trì độ dính tốt;

- Bề mặt thô, nhám nên khả năng chống trơn, trượt cao, điều này rất quan trọng trong việc chống trượt cho đường giao thông và giảm thiểu tác động của rêu, sương, độ ẩm;

- Thành phần chủ yếu là các khoáng chất tương tự như thành phần của xi măng

Đặc tính kỹ thuật của Ecoslag

Cường độ chịu nén MPa 52 (tương đương với cốt

liệu đá dăm mác 100 MPa)

Ổn định trong môi trường

21.4

- Với tính chất đặc biệt như trên, Ecoslag được sử dụng vào mục đích làm đường giaothông Ứng dụng lớn nhất của xỉ thép là sử dụng làm bê tông asphalt sẽ tạo ra nhữngcon đường chất lượng cao, cụ thể là:

- Độ bền cao hơn;

- Khả năng định hình vĩnh viễn cao.;

- Độ chống trượt cao;

- Giảm tiếng ồn và tiêu thoát nước bề mặt nhanh

 Ecoslag của Vật liệu Xanh được sử dụng vào các mục đích sau:

- Làm cốt liệu bê tông asphalt;

- Làm các lớp móng của đường giao thông;

- Gia tải cho các công trình đường giao thông;

- Chống lún, lầy, trơn trượt cho đường giao thông trong quá trình thi công

 Ưu điểm của sản phẩm Ecoslag:

- Cấu trúc, các đặc tính kỹ thuật của xỉ thép tốt hơn các loại đá đang sử dụng làm đường giao thông;

- Giá thành thấp hơn so với cốt liệu đá tự nhiên (chỉ bằng 2/3 so với đá);

- Thi công thuận lợi trong mùa mưa, địa hình ngập nước hoặc nền đất yếu;

- Chất lượng công trình tốt hơn, kéo dài tuổi thọ công trình hơn so với sử dụng đá tự nhiên;

- Giúp Chủ đầu tư giảm chi phí đầu tư và vận hành, rút ngắn thời gian thi công công trình;

- Góp phần cùng với cộng đồng bảo vệ môi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên

Xỉ thép không chỉ có giá thành thấp hơn đá, mang lại chất lượng cao cho công trình, thicông thuận lợi và dễ dàng Nó còn giúp chủ đầu tư tiết kiệm được vật liệu khi thi cônghơn so với đá Do xỉ thép có độ bền, chịu mài mòn và khả năng kết dính cao, có trọnglượng nặng hơn các vật liệu tự nhiên nên được tính toán theo % tương ứng với tổngkhối lượng thành phần, ưu điểm này sẽ làm giảm khối lượng vật liệu khi thi công

Thi công bằng cốt liệu xỉ thép tiết kiệm vật liệu hơn so với đá

2.2.4.Giải pháp kỹ thuật ổn định cấu trúc ECOSLAG

và MgO + H2O Mg(OH)2

khi đó sẽ xảy ra sự biến dạng thể tích của cốt liệu xỉ thép, ảnh hưởng đến chất lượngcông trình Vì vậy, xử lý CaO, MgO tự ra là rất cần thiết trước khi sử dụng xỉ thép

Làm nguội nhanh

 Có hai giải pháp để xử lý ổn định thể tích của xỉ thép, đó là: làm nguội ngoài trời

(Air cooled slag) và làm nguội bằng nước ( Water cooled slag) Đối với việc làm nguội ngoài trời, đòi hỏi thời gian lão hóa (ageing) kéo dài (thông thường khoảng 6

tháng), điều này cần bãi chứa có diện tích lớn mới có thể lưu giữ được khối lượng lớn xỉ thép Trong khi đó, làm nguội xỉ thép bằng nước sẽ giúp rút ngắn thời gian lão hóa xỉ thép

Làm nguội xỉ thép sau 15 ngày

Lão hóa xỉ thép sau 30 ngày

 Quá trình làm nguội nhanh và lão hóa sẽ đẩy nhanh phản ứng (1) và ổn định thể tích, cấu trúc của xỉ thép theo phản ứng (2):

Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O (2)

Mg(OH)2 + CO2  MgCO3 + H2O

 Kết quả thí nghiệm cho thấy, sử dụng nước để làm nguội nhanh và lão hóa xỉ thép

 Ngoài giải pháp làm nguội nhanh và lão hóa xỉ thép tại các nhà máy thép, khi tiến hành xử lý xỉ thép thành cốt liệu xây dựng, làm đường, trong quá trình đập, nghiền làm nhỏ kích thước xỉ thép, tăng cường thêm phun nước, rửa để ổn định tối đa thể tích xỉ thép.

2.2.4.2 Ổn định cấu trúc, thể tích của Ecoslag:

 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý cho thấy về mặt cơ lý vật liệu đá nhân tạo Ecoslag sản xuất từ xỉ lò điện hồ quang của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh có thể sử dụng làm vật liệu dùng trong xây dựng, giao thông như làm nền hạ công trình, vật liệu móng của kết cấu áo đường, bê tông nhựa nóng,…

 Tuy nhiên để xem xét tính ổn định của vật liệu Ecoslag, chúng ta cần xem xét thànhphần hóa và thành phần khoáng của các vật liệu này Các nguyên liệu này được cấutạo từ các loại oxít chủ yếu như sau CaO, MgO, TiO 2, Al2O3, FeO, Fe2O3 , MnO,SiO2 Trong đó CaO, MgO, Al2O3, FeO, SiO2 chiếm chủ yếu Các oxít này kết hợpvới nhau để tạo ra một số khoáng Wustite (FeO), Dicalcium Silicate (2Cao.SiO2),Brownmillerite (4CaO.Al2O3.Fe2O3), Mayenite (12CaO.7Al2O3), Bredigite(Ca14Mg2(SiO4)8)

 Căn cứ vào thành phần khoáng và thành phần hóa, chúng ta có thể nhận thấy cáckhoáng và một số oxit có tính thủy lực Điều này cho thấy vật liệu xỉ có thể trở thànhchất kết dính thủy lực khi được nghiền mịn Tuy nhiên nếu sử dụng làm cốt liệu chogiao thông như san nền, móng của kết cấu áo đường, bê tông nhựa nóng và nền hạcông trình, cốt liệu bê tông,…thì việc làm cho ổn định thể tích trước khi sử dụng làviệc cần thiết

 Khi các vật liệu này tiếp xúc với nước thì có xảy ra phản ứng với nước (xem phản ứng 1) tạo ra sản phẩm mới (xem phản ứng 2) Do các vật liệu này ở dạng cục, kích thước lớn nên tiết diện bề mặt nhỏ, vì vậy phản ứng này chỉ xảy ra trên bề mặt hạt cốt liệu này và giảm dần theo thời gian do điều kiện của phản ứng Điều này tương tựnhư lõi hạt xi măng không phản ứng với nước mặt dù trãi qua thời gian rất dài

 Vì vậy để vật liệu này sử dụng làm đường , nền hạ công trình, cốt liệu bê tông, Công

ty TNHH Vật liệu Xanh đã thực hiện các giải pháp sau trong quy trình sản xuất xỉ lòđiện hồ quang thành vật liệu xây dựng:

- Xỉ nguyên liệu tại các nhà máy luyện thép khi ra khỏi lò điện đã được làm nguội

- Xỉ được vận chuyển về đến nhà mỏy tỏi chế xỉ thộp, tại đõy xỉ được phun nước ướttrước khi đưa vào bói chứa Giải phỏp này giỳp cho giảm bụi khi đổ xỉ thộp, đồngthời tăng cường thờm quỏ trỡnh lóo húa xỉ thộp;

- Xỉ thộp được lưu giữ tại bói chứa để chờ đưa vào Trạm nghiền, sàng xỉ thộp thànhVLXD Thời gian chờ xử lý khoảng 1-6 thỏng, đõy là thời gian thớch hợp để lóo húa

xỉ thộp bằng phương phỏp tự nhiờn (tận dụng độ ẩm, thời tiết mưa);

- Trước khi đưa vào mỏy nghiền, xỉ được phun nước để làm ướt với mục đớch giảm bụikết hợp tăng cường nước để đẩy nhanh quỏ trỡnh lóo húa xỉ thộp;

- Trong quỏ trỡnh đập, nghiền để làm nhỏ kớch thước hạt để đạt cấp phối hạt theo yờucầu của tiờu chuẩn sử dụng, tiếp tục tưới nước để tạo điều kiện xảy ra phản ứng vớinước cho tất cả cỏc hạt cốt liệu;

- Xỉ thành phẩm được đưa ra bói chứa thành phẩm Tựy theo đơn hàng, xỉ thộp đượclưu giữ tại bói khoảng 1-3 thỏng Với thời gian này đủ thớch hợp để đạt tới trạng thỏi

ổn định của cốt liệu và sản phẩm phản ứng chuyển sang trạng thỏi bền

- Trong trường hợp sử dụng xỉ thộp làm phụ gia xi măng, thời gian thời gian ổn địnhđối với cỏc khoỏng xi măng khoảng sau 1.000 giờ hydrat húa Riờng đối với cỏc OxitMgO (periclase), CaO thỡ thời gian ổn định lõu hơn khoảng khoảng 180 ngày

Như vậy, giải phỏp kỹ thuật của Vật liệu Xanh vừa tăng cường sử dụng nước kết hợpvới việc để xỉ thộp tự nhiờn ngoài trời, đồng thời, tại Bà Rịa – Vũng Tàu, mựa mưa kộodài khoảng 6 thỏng từ thỏng 5 cho đến hết thỏng 11 đảm bảo xỉ thộp ổn định thể tớch, đạttiờu chuẩn sử dụng cốt liệu trong làm đường, xõy dựng

Cốt liệu Ecoslag thành phẩm do Vật liệu Xanh sản xuất

2.3 Phõn tớch về ứng dụng xỉ thộp trong giao thụng

 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý trên cho thấy về mặt cơ lý vật liệu xỉ lò của Công

ty TNHH Vật Liệu Xanh có thể trở thành vật liệu dùng trong giao thông nh sannền, vật liệu móng của kết cấu áo đờng, bê tông nhựa nóng

 Tuy nhiên để xem xét tính ổn định của loại vật liệu này chúng ta cần xem xét thànhphần hóa và thành phần khoáng của các vật liệu này Các nguyên liệu này được cấutạo từ các loại oxít chủ yếu như sau CaO, MgO, TiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MnO, SiO2

Trong đó CaO, MgO, Al2O3, FeO, SiO2 chiếm chủ yếu Các oxít này kết hợpvới nhau để tạo ra một số khoáng Wustite(FeO), Dicalcium silicate(2Cao.SiO2),Brownmillerite (4Cao.Al2O3.Fe2O3), Mayenite (12CaO.7Al2O3), Bredigite(Ca14Mg2(SiO4)8)

 Căn cứ vào thành phần khoáng và thành phần hóa, chúng ta có thể nhận thấy cáckhoáng và một số oxit có tính thủy lực Điều này cho thấy vật liệu xỉ có thể trở thànhchất kết dính thủy lực khi được nghiền mịn Tuy nhiên nếu sử dụng làm cốt liệu chogiao thông như san nền, móng của kết cấu áo đường, bê tông nhựa nóng thi việc làmcho ổn định thể tích trước khi sử dụng là việc cần thiết

 Khi các vật liệu này tiếp xúc với nước thì có xảy ra phản ứng với nước tạo ra sảnphẩm mới Do các vật liệu này ở dạng cục, kích thước lớn nên tiết diện bề mặt nhỏ vìvậy phản ứng này chỉ xảy ra trên bề mặt hạt cốt liệu này và giảm dần theo thời gian

do điều kiện của phản ứng Điều này tương tự như lõi hạt xi măng không phảnứng với nước mặt dù trãi qua thời gian rất dài

 Vì vậy để vật liệu này sử dụng làm đường cần thực hiện các giải pháp sau:

- Gia công đập vỡ hạt cốt liệu đạt cấp phối hạt theo yêu cầu của tiêu chuẩn sử dụng

- Tưới nước để tạo điều kiện xảy ra phản ứng với nước cho tất cả các hạt cốt liệu

- ủ cốt liệu với thời gian thích hợp nhằm đạt tới trạng thái ổn định của cốt liệu và sảnphẩm phản ứng chuyển sang trạng thái bền Về thời gian ủ, căn cứ vào một số tài liệu

về xi măng , thời gian ổn định đối với các khoáng xi măng khoảng sau 1000h hydrathóa Riêng đối với các o xit MgO(periclase), CaO thì thời gian ổn định lâu hơnkhoảng khoảng 180 ngày

H×nh vÏ m« t¶

Nguån: Lea's Chemistry of Cement and Concrete-N¨m 2004

 Kết quả phân tích thành phần khoáng của xỉ thải từ Nhà máy Thép Việt bằng phươngpháp nhiễu xạ tia X do Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam được thể hiện trongkết quả

 Kết quả phân tích cho thấy thành phần khoáng chủ yếu là Calcium Silicate(2CaO.SiO2-belite) và Bredigite( Ca1.7MgO.3SiO4).

 Khoáng Calcium Silicate( 2CaO.SiO2-belite) là thành phần chính và quan trọng củaclinker của sản xuất xi măng Khoáng Bredigite( Ca1.7MgO.3SiO4) cũng là mộtthành phần khoáng của xi măng Các khoáng này được hình thành khi nung luyệnClinker trong lò quay (Nguồn: Lea's Chemistry of Cement and Concrete, PeterHewlett, Elsevier Science & Technology Books, January 2004)

3 Các kinh nghiệm sử dụng xỉ thép của thế giới

Kết quả lão hóa xỉ thép bằng nước và làn nguội tự nhiên ngoài trời

 Theo Tiêu chuẩn công nghiệp của Hàn Quốc, hệ số giãn nở cho phép là 0,15%, nếu

không tiến hành lão hóa, hệ số giãn nở xỉ thép không đáp ứng tiêu chuẩn cho phép; nếu làm nguội xỉ thép theo phương pháp để tự nhiên ngoài trời, phải mất 1 tháng mới có thể đạt tiêu chuẩn cho phép < 0,15% Trong khi đó, chỉ cần làm nguội bằng nước, sau 3 ngày, hệ số giãn nở của xỉ thép < 0,08%.

Giá trị pH của xỉ lò điện sau khi được lão hóa (EAFSA)

Xỉ EAF trước khi lão hóa (ảnh SEM) Xỉ EAF sau khi lão hóa

3.2 Mỹ và Châu Âu

Xỉ lò đã được các nước trên thế giới xử dụng như là thành phần sản xuất xi măng Tại

Mỹ, Châu Âu đều cho phép xử dụng xỉ để sản xuất xi măng Tiêu chuẩn Mỹ quy địnhkhối lượng xỉ trong xi măng có thể từ 25% đến 75% Châu Âu có thể xử dụng từ 36%đến 95%

Bảng Thành phần hóa của các loại xi măng theo tiêu chuẩn Mỹ

Nguồn: ASTM International

Thành phần hóa của xi măng theo tiêu chuẩn Châu Âu

Nguồn: ENV

4 Các kết quả nghiên cứu chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép trong phòng thí nghiệm cơ

học đất.

4.1 Thí nghiệm phân tích thành phần hạt

4.2 Thí nghiệm đầm chặt và phân tích thành phần hóa học xỉ thép

4.3 Kết quả thí nghiệm Betong 620 Thí nghiệm CPC (R60)