Báo cáo chuyên đề Bê tông xỉ thép

GIỚI THIỆU CHUNG Ở Việt Nam hiện nay, nguồn vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như cát, đá đang ngày một khan hiếm dần, xỉ thép lại có nhiều tính chất cơ lý tương tự như đá nghiền, nên việc

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP: 3

I.1: Xỉ thép là gì: 3

I.2: Các dạng Xỉ thép: 4

I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang: 5

I.4: Các thành phần có trong xỉ thép: 6

I.5: Các tính chất cơ học của xỉ thép: 7

I.6: Ứng dụng của xỉ thép: 7

I.7: Các nghiên cứu về Bê tông xỉ thép: 10

I.8: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép là cốt liệu nhỏ thay cát trong Bê tông: 12

I.9: Ứng dụng của xỉ thép làm cốt liệu lớn trong bê tông 13

I.10: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào Bê tông ở Việt Nam 14

I.10.1 Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt 14

I.10.2 Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng cho BTXM trong xây dựng mặt đường giao thông 16

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG XỈ THÉP THAY THẾ ĐÁ VÀ BÊ TÔNG THƯỜNG: 18

II.1: Mẫu xỉ thép thí nghiệm 18

II.2: Các kiểm tra chỉ tiêu xỉ thép trước khi đúc mẫu 18

II.2.1 Thành phần hạt của xỉ thép 18

II.2.2 Khối lượng riêng, khối lượng thể tích của xỉ thép 20

II.2.3 Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép 21

II.2.4 Các chỉ tiêu hóa học của xỉ thép 22

II.2.5 Cường độ và hệ số hóa mềm 23

II.2.6 Chỉ tiêu về độ góc cạnh của xỉ thép : 24

II.2.7 Chỉ tiêu cơ học của xỉ thép : 26

II.2.8 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép 27

II.3: Các chỉ tiêu cơ lý đá: 28

II.3.1 Tính chất cơ lí 28

II.3.2 Thành phần hạt 28

II.3.3 Chỉ tiêu cơ lý cát: 29

II.4: Chỉ tiêu cơ lý xi măng: 30

II.5: Thiết kế thành phần cấp phối Bêtông ximăng thông thường và Bêtông có sử dụng xỉ thép thay đá 30

II.5.1 Các bước thiết kế bêtông thông thường 30

II.5.2 BIỂU KẾT QUẢ THIẾT KẾ BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG 33

II.6: Các bước thiết kế bêtông sử dụng xỉ thép thay đá 1x2 34

II.7: Xác định cường độ bê tông 39

II.8: Đánh giá sơ bộ 47

II.9: So đánh, đánh giá cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép và bê tông thông thường 49

II.10: Các vấn đề về môi trường và sức khỏe con người 50

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 53

III.1: Ưu điểm của BTXT: 53

III.2: Hạn chế của BTXT ở Việt Nam: 53

GIỚI THIỆU CHUNG

Ở Việt Nam hiện nay, nguồn vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (như cát, đá) đang ngày một khan hiếm dần, xỉ thép lại có nhiều tính chất cơ lý tương tự như đá nghiền, nên việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thành vật liệu thay thế dùng cho các công trình xây đựng giao thông là một vấn đề cần sớm được giải quyết

Mục đích của chuyên đề là nghiên cứu thay thế xỉ thép cho cốt liệu đá trong bê tông xi măng để xem xét so sánh cường độ của bê tông xỉ thép và bê tông xi măng Thông qua đó, so sánh cường độ của bê tông xỉ thép với chỉ tiêu cường độ của bê tông

xi măng hiện tại Nó sẽ là cơ sở vững chắc, góp phần giúp cho việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thay thế cho các vật liệu khác dùng trong các công trình giao thông được giải quyết triệt để hơn

Báo cáo gồm các chương chính như sau:

- Chương I: Tổng quan về xỉ thép

- Chương II: Các chỉ tiêu cơ lí về BTXM cốt liệu Xỉ thép thay đá

- Chương III: Kết luận

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP:

I.1: Xỉ thép là gì:

- Xỉ là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất Trong quặng sắt thường có lẫn những tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với quặng sắt một hàm lượng đá vôi thích hợp nhất định vào

sử dụng như chất độn xi- măng hoặc cốt liệu san lấp nền hay cốt liệu cho bê- tông nhựa đường Cốt liệu xỉ thép làm san lấp nền giúp cải thiện cơ tính và tính bền nhờ phản ứng kết dính khi gặp nước, bùn Tuy nhiên nhìn chung trong số các trường hợp ứng dụng thực tế hiện nay đều không tận dụng hết các tính chất của xỉ từ quan điểm khoa học vật liệu

Hơn 90% lượng xỉ vẫn đang đổ đống trong bãi thải tại chỗ trong các nhà máy hay chôn lấp sâu

Hình1.2: Hàng tấn xỉ thép đổ đi mỗi năm

I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang:

- Theo các báo cáo nghiên cứu khoa học về xỉ thép lò điện hồ quang (Heribert Motz Fehs, 2010), không có loại vật liệu nào có thành phần khoáng giống với lớp vỏ trái đất nhất như xỉ thép Do đó, sau khi tiến hành một số giải pháp kỹ thuật đẩy nhanh quá trình lão hóa (ageing) xỉ thép như: kỹ thuật phun nước nóng ở nhiệt độ 100OC, hấp hơi hoặc để ngoài trời tự nhiên, xỉ thép sẽ trở thành vật liệu có ích sử dụng cho xây dựng, làm đường, xử lý chất thải, nông nghiệp,… và được xem là “đá nhân tạo”

- Sản phẩm xỉ thép sau khi được xử lý và phân loại được xem là đá nhân tạo với nhiều kích thước khác nhau, phục vụ cho các mục đích khác nhau

- Nhà máy sử dụng công nghệ S3R (Stainless Steel Scrap Recovery) của Hofung Technology Co., Ltd (China), RecCo BV (Hà Lan) và Evergoed NV (Hà Lan) Công nghệ này chủ yếu tách sắt trong xỉ thép có chứa nhiều sắt

- Công nghệ luyện thép bằng lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu đầu vào là sắt, thép phế liệu để luyện thép Để tách các tạp chất có trong thép phế liệu đầu vào, sử dụng vôi và một số chất trợ dung đưa vào lò luyện, Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie Xỉ thép được nấu chảy ở nhiệt độ 1400 – 16000C Ở nhiệt độ này, các hợp chất nóng chảy hoàn toàn Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ Sản phẩm

xỉ thép có các dạng khác nhau, phụ thuộc vào quá trình nung luyện và chế độ làm lạnh sau khi nấu chảy xỉ sẽ nổi lên trên, thép lỏng nằm ở lớp phía dưới Lớp xỉ được tháo ra khỏi lò, được làm nguội và chuyển sang trạng thái rắn Khi nguội, xỉ được đưa tới bãi chứa và chuyển đến nhà máy xử lý, tái chế thành các sản phẩm có ích, phần thép trong

lò được đúc thành phôi

Hình1.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang

- So sánh tính chất cơ lí của xỉ thép với đá dăm

Bảng 1.2: So sánh tính chất cơ lí của xỉ thép với đá dăm

3.51 0.85 0.12 11.6 Thành phân hóa học

CaCO3

SiO2

Fe2O3

95.0 5.0 0.0

10.0 1.0 89.0

I.5: Các tính chất cơ học của xỉ thép:

- Xỉ thép có tính chất cơ học rất tốt do cấu trúc tinh thể đặc biệt, được so sánh tương tự hoặc tốt hơn so với cấu trúc của đá tự nhiên

- Xỉ thép có những ưu điểm sau:

+ Nặng hơn so với hầu hết cốt liệu tự nhiên;

+ Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt;

+ Độ bền cao và chịu đựng tốt trong điều kiện thời tiết xấu

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

- Thay thế các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng

I.6: Ứng dụng của xỉ thép:

- Xỉ thép nếu đã qua quá trình xử lý, tái chế, sẽ cho ra các sản phẩm thay thế cho các vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông asphalt, làm vật liệu trải đường hoặc làm móng các công trình giao thông;

- Làm cốt liệu cho đổ bê tông làm nền nhà xưởng, kho bãi;

- Xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở các công trình đê, kè biển;

- Xử lý nước mưa nhiễm bẩn hoặc lọc nước thải có chứa nhiều chất bẩn và kim loại nặng

- Do tính chất hóa lý đặc biệt, xỉ thép còn được sử dụng làm vật liệu để xử lý nước thải nhiễm Phốt pho, nhiễm a xít…

- Ngoài ra, do hàm lượng đá vôi có nhiều trong xỉ thép và chứa một số khoáng chất đặc biệt nên nó còn có thể dùng làm phân bón, cải tạo đất hoặc phục hồi hệ sinh thái đáy biển, đáy sông bị tàn phá do các hoạt động nạo vét luồng tàu để làm cảng biển, cảng sông,…

- Với những tích chất như trên, xỉ thép được xem như là một sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, không phải là chất thải cần phải loại bỏ hoặc đem chôn lấp

I.7: Các nghiên cứu về Bê tông xỉ thép:

Theo thống kê ở châu Âu 85% lượng xỉ BOS (Basic Oxygen Steelmaking slag) đã được tái sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong đó 42% được ứng dụng trong xây dựng Còn ở Đức trong số 70% lượng xỉ EAF (Electric Arc Furnace slag) thì 66% được ứng dụng trong xây dựng còn lại 4% ứng dụng cho các mục đích khác nhau Trong lĩnh ` vực xây dựng xỉ được sử dụng chủ yếu làm cốt liệu cho

bêtông và phụ gia khoáng chế tạo bêtông ximăng” (Theo nguồn tài liệu sách Vật

liệu mới GS TS Phạm Duy Hữu)

Theo TS Minoru Fujiwara, Giám đốc Điều hành Hiệp hội xỉ Nhật Bản, quá trình sản xuất xỉ lò cao và xỉ thép đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước, đặc biệt

là Nhật Bản Theo số lượng thống kê trong ngành công nghiệp thép Nhật Bản, lượng xỉ lò cao trung bình là 290 kg/tấn gang và lượng xỉ thép trung bình cho 130 kg/tấn thép Tổng sản lượng xỉ lò cao và xỉ thép năm 2004 tại Nhật Bản là 37 triệu tấn Những loại xỉ này đã, đang được sử dụng có hiệu quả như là vật liệu thô cho lĩnh vực xây dựng dân dụng ở Nhật Bản

Xỉ thép có tính chất vô hại, những thành phần cadmium, thuỷ ngân, crôm, chì, asen và sêlen không phát hiện được trong nước có xỉ Xỉ này chứa silica và vôi nên nó được sử dụng làm phân bón ruộng lúa từ hơn 50 năm nay tại Nhật Bản, được nông dân đánh giá không chỉ cho sản lượng lúa mà còn cho chất lượng lúa tốt

Xỉ lò cao còn được cho xuống đáy biển khi bị che phủ bởi bùn để cải thiện môi trường sống cho các loài nhuyễn thể Vì tính chất cơ học và hoá học của xỉ lò cao tương tự như đá nghiền nên nó được sử dụng để làm vật liệu phụ cho xây dựng đường và làm cốt liệu thô cho bê tông Xỉ này cũng có những tính chất cơ học và hoá học tương tự như cát tự nhiên nên nó được sử dụng để làm cốt liệu mịn cho bê tông Bằng cách nghiền thành dạng bột, xỉ lò cao được dùng làm nguyên liệu cho xi măng vì có độ cứng cao Xi măng xỉ có cường độ tăng ở độ tuổi dài ngày

và bền vững

Jigar P.Patel (2006) đã nghiên cứu thay thế từ 25% đến 100% cốt liệu sử dụng trong bêtông bằng xỉ thép Nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của

xỉ thép đến tính chất của hỗn hợp bê tông và tính chất cơ học của bêtông Cấp phối

bê tông nghiên cứu được trình bày ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Bảng cấp phối bêtông nghiên cứu sử dụng xỉ thép thay thế cốt liệu

Phần trăm xỉ

thép thay

thế, %

Cốt liệu nhỏ, kg

Cốt liệu lớn, kg

Cốt liệu xỉ thép, kg

Khối lượng

xi măng, kg

Tỷ lệ N/X

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu tăng lên thì độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm xuống (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Độ sụt của hỗn hợp bêtông khi sử dụng xỉ thép thay thế cốt liệu

Hình 1.2 Biểu đồ thể hiện khối lượng thể tích của hỗn hợp bêtông

Bảng 1.5 Khối lượng thể tích của hỗn hợp bêtông

Tác giả cũng tập trung nghiên cứu tính chất cơ học của bêtông, ví dụ như cường

độ chịu kéo và chịu nén Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thay thế cốt liệu tự nhiên bằng cốt liệu xỉ thép không gây ảnh hưởng đáng kể, ngoại trừ thay thế tỷ lệ lớn hơn 75% Cỡ hạt và thành phần hạt của cốt liệu xỉ cũng giống như đối với cốt liệu đá tự nhiên Cường độ nén của mẫu bê tông thường ở 28 ngày đạt 35 Mpa, trong khi mẫu bê tông thay thế 100% cốt liệu xỉ thì đạt 40 Mpa

Bảng 1.6 Kết quả cường độ nén bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép

I.8: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép là cốt liệu nhỏ thay cát trong Bê tông:

Hisham Qasrawi (2009), nghiên cứu sử dụng xỉ thép phế thải không qua xử lý và có hàm lượng CaO thấp, hầu như không có tính chất hoạt tính, làm cốt liệu nhỏ thay cát trong bê tông Xỉ thải sử dụng với hàm lượng thay thế cát từ 0%, 15%, 30%, 50% và 100% dùng chế tạo bê tông có mác 25 đến 45MPa

Hình 1.3 Sự thay đổi cường độ chịu nén của bêtông khi thay đổi hàm lượng xỉ sắt

thay thế cốt liệu trong bêtông

Hình 1.4 Sự thay đổi cường độ chịu nén của bêtông theo thời gian khi thay đổi

hàm lượng xỉ sắt thay thế cốt liệu trong bêtông

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, xỉ thải sử dụng với hàm lượng 30%-50% làm cho cường độ chịu nén tăng 1.2 lần, cường độ chịu kéo tăng 1.4 lần (hình 1.12 và

1.13) Ngoài ra, độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm xuống khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng lên, khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông tăng khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng

I.9: Ứng dụng của xỉ thép làm cốt liệu lớn trong bê tông

Thay thế đá bằng xỉ thép để làm cốt liệu bê tông cho các công trình xây dựng sẽ mang lại hiệu quả cao về kinh tế và bảo vệ môi trường, đồng thời công trình vẫn đảm bảo chất lượng cao

Hình 1.5 Bê tông cốt liệu xỉ và bê tông thông thường

Trong bê tông cốt liệu xỉ, xỉ hoạt động như một chất cách điện tự nhiên, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản phẩm xây dựng, xỉ còn hoạt động như một chất chống cháy tự nhiên, gia tăng an toàn xây dựng Khi dùng cốt liệu xỉ, lượng xi măng tốn ít hơn so với cốt liệu đá Sân vận động Beijing National Indoor Stadium – Trung Quốc phục vụ thế vận hội Olympics 2008 sử dụng 80.000 tấn xỉ thép để xây dựng và công trình này được xem như là một công trình tiêu biểu và nhãn môi trường xanh Ngoài ra bê tông cốt liệu xỉ còn được dùng cho công trình nhà ga tàu điện ngầm Bắc Kinh – Trung Quốc, đổ bê tông nền kho bãi cảng Montreal – Canada,…

I.10: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào Bê tông ở Việt Nam I.10.1.Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm

bêtông asphalt

Năm 2011, nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Vật liệu Xây dựng – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh do TS Trần Văn Miền chủ trì kết hợp với Công ty TNHH Lê Phan đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphan ứng dụng làm lớp áo đường trong công trình giao thông Kết quả nghiên cứu các tính chất đạt được có thể tóm tắt như sau:

Về dung trọng: ở cùng một hàm lượng nhựa hấp phụ thì dung trọng của hỗn hợp BTN

sử dụng xỉ thép làm cốt liệu cao hơn đáng kể so với hỗn hợp BTN sử dụng đá dăm làm cốt liệu Xu hướng này đúng cho cả cốt liệu hạt mịn và cốt liệu hạt trung sử dụng cho BTN

Độ ổn định nhiệt độ: khi hàm lượng nhựa tăng lên thì độ ổn định tăng lên tương ứng (tuy nhiên với BTN sử dụng cốt liệu xỉ thì xu hướng này không rõ ràng bằng BTN nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm) Trong hầu hết các trường hợp thí nghiệm 1h và 24h thì

độ ổn định của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép đều cao hơn của BTN sử dụng đá dăm

Về cường độ chịu nén: BTN sử dụng cấp phối hạt mịn của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 4.5%-5.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 5.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể

sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 4.5%-5.0% BTN sử dụng cấp phối hạt trung của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 5.0%-6.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 6.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 5.5%-6.0% Khi nghiên cứu cường độ của BTN sử dụng cốt liệu đá dăm, xỉ thép ở hàm lượng nhựa tối ưu thì cường độ chịu nén của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hoặc tương đương BTN

sử dụng cốt liệu đá dăm (hình 1.24) Điều này có nghĩa là có thể sử dụng xỉ làm cốt liệu thay thế đá trong BTN để đạt các chỉ tiêu cơ lý theo yêu cầu

Hình 1.6 So sánh cường độ chịu nén của BTN sử dụng

xỉ thép và đá dăm làm cốt liệu

Thương số Marshall của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hẳn BTN sử dụng đá dăm Ở hàm lượng 5% của BTN hạt mịn thì độ chênh lệch chưa cao nhưng ở các hàm lượng còn lại của cả BTN cấp phối hạt mịn và hạt trung thì độ chênh lệch thương số Marshall thể hiện rõ rệt

Modun đàn hồi của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN sử dụng cốt liệu

đá dăm Ở hàm lượng nhựa 6.5% của BTN hạt mịn thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 7.88(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 3.52 (kG/cm2) Ở hàm lượng nhựa 5.50% của BTN hạt trung thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 11.38(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 8.14 (kG/cm2) (hình 1.25) Vì vậy, có thể ứng dụng xỉ thép cho việc sản xuất BTN áp dụng vào thực tế

Hình 1.7 So sánh modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép

và đá dăm làm cốt liệu

I.10.2.Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng cho BTXM trong

xây dựng mặt đường giao thông

Năm 2011, đề tài thạc sĩ của Trần Hữu Bằng đã tiến hành nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế hàm lượng xi măng trong thành phần BTXM theo tỉ

lệ 10%, 12%, 15% trong thành phần hỗn hợp của cốt liệu Kết quả cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép thu được có thể tóm tắt theo các bảng sau:

Bảng 1.5 So sánh cường độ chịu nén của BTXM

sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal)

(N/mm2)

R14 (N/mm2)

R28 (N/mm2)

R60 (N/mm2)

R90 (N/mm2)

Bảng 1.6 So sánh cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM

sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal)

(daN/cm2)

R60 (daN/cm2)

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ BÊ

TÔNG XỈ THÉP THAY THẾ ĐÁ VÀ BÊ TÔNG THƯỜNG: II.1: Mẫu xỉ thép thí nghiệm

Các mẫu xỉ thép dùng để nghiên cứu trong đề tài này được lấy của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, công ty đã đầu tư xây dựng dự án thu gom xỉ thép từ các nhà máy luyện thép trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, sử dụng công nghệ nghiền sàng di động để tái chế xỉ thép thành các sản phẩm sử dụng vào các mục đích khác nhau Dự

án đã được các Bộ ngành liên quan cho phép, sản phẩm xỉ thép sau khi tái chế bước đầu đã được ứng dụng trong thực tế song mới chỉ mang tính cục bộ, dưới đây là hình ảnh sản phẩm xỉ thép của Công ty Vật Liệu Xanh sau khi tái chế:

Hình 2.1 Bãi chứa xỉ thép thành phẩm chưa phân loại của Công ty Vật Liệu Xanh

Các mẫu xỉ thép được lấy trực tiếp từ bãi chứa của Công ty Vật Liệu Xanh tuân theo phương pháp lấy mẫu được quy định trong TCVN 7572-1:2006.Mẫu được lấy theo nhiều điểm khác nhau theo chiều cao đống vật liệu từ đỉnh xuống chân, sao cho mẫu lấy là đại diện của cả bãi vật liệu Sau đó mẫu được đưa về Phòng thí nghiệm chuyên ngành để tiến hành thí nghiệm phân tích

Vật liệu dùng trong các công trình giao thông với các mục đích chính là làm cốt liệu cho bê tông xi măng, làm cốt liệu cho bê tông nhựa và làm cấp phối dùng để thi công các lớp móng đường giao thông Trong phạm vi đề tài này, các chỉ tiêu cơ lý của

xỉ thép được nghiên cứu chủ yếu là các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ cho mục đích làm cốt liệu cho bê tông xi măng và làm cấp phối cho lớp móng đường giao

– Bộ sàng tiêu chuẩn bao gồm các kích thước mắt sàng: 40mm; 20 mm; 10mm;

5 mm;

Mẫu thử:

Mẫu xỉ thép sau khi được lấy từ bãi chứa về được sấy khô đến khối lượng

không đổi và để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm Sau đó mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư Khối lượng mẫu thí nghiệm phụ thuộc vào đường kính lớn nhất danh nghĩa Dmax của mẫu Đối với mẫu xỉ thép, ta chọn khối lượng mẫu thí nghiệm tối thiểu là 10kg

m

a 100 (%)

m

Trong đó: mi : khối lượng trên từng sàng (g);

m : tổng khối lượng mẫu thí nghiệm (g);

Hàm lượng sót tích lũy (Ai) tính theo công thức:

Phần trăm khối lượng tích lũy trên sàng

Phần trăm khối lượng lọt sàng tích lũy

Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt của mẫu xỉ thép

II.2.2.Khối lượng riêng, khối lượng thể tích của xỉ thép

Trình tự thí nghiệm:

Ngay sau khi làm khô bề mặt mẫu, tiến hành cân một lượng mẫu thử (khoảng 1000g) và cho vào bình thử, cho thêm nước đầy bình rồi tiến hành cân;

Sau đó đổ mẫu ra và tiến hành sấy khô mẫu, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cân;

Đổ đầy nước vào bình thử cho đầy rồi cân

Trong đó: m4 : khối lượng mẫu khô sau khi sấy (g);

m2 : khối lượng mẫu + bình thử + nước (g);

m3 : khối lượng bình thử + nước (g);

n

 : khối lượng riêng của nước (g/cm3);

Khối lượng thể tích khô (k)được tính theo công thức:

Trong đó: m1 : khối lượng mẫu bão hòa nước khô bề mặt (g);

Khối lượng thể tích bão hòa nước (bh)được tính theo công thức:

Kết quả thí nghiệm đối với mẫu xỉ thép được thống kê như sau:

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm về khối lượng riêng, khối lượng thể tích xỉ thép

STT Tên mẫu KL riêng (g/cm3) KL thể tích khô

(g/cm3)

KL thể tích bão hòa (g/cm3)

– Cân kỹ thuật độ chính xác 1%; bộ sàng tiêu chuẩn, theo TCVN 7572-2 : 2006;

tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ 105 oC đến 110 oC; thước lá kim loại; thanh gỗ thẳng, nhẵn, đủ cứng để gạt cốt liệu lớn ;

Phễu chứa vật liệu (xem hình);

Hình 2.3 Mô tả dụng cụ xác định khối lượng thể tích xốp

Kích thước tính bằng miliimét

Mẫu thử:

Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư Sấy khô mẫu đến khối lượng không đổi, sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng trước khi tiến hành thí nghiệm

Trình tự thí nghiệm

Mẫu thử được đổ vào phễu chứa, đặt thùng đong dưới cửa quay, miệng

thùng cách cửa quay 100mm theo chiều cao Xoay cửa quay cho vật liệu rơi tự do xuống thùng đong cho tới khi thùng đong đầy có ngọn Dùng thanh gỗ gạt bằng mặt thùng rồi đem cân

Trong đó: m1 : khối lượng thùng đong (kg);

m2 : khối lượng mẫu + thùng đong (kg);

V : thể tích thùng đong (m3);

Kết quả thí nghiệm đối với 6 mẫu xỉ thép được thống kê như sau:

Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm về khối lượng thể tích xốp của xỉ thép

II.2.4.Các chỉ tiêu hóa học của xỉ thép

Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7131-2002; ISO 11535-2007; ISO 2598-2007;

Mẫu xỉ thép được gửi phân tích tại Phòng thí nghiệm hóa nước của trung tâm thí

nghiệm kỹ thuật 3 (Quatest 3), kết quả phân tích được tổng hợp như sau:

Bảng 2.3 Thành phần hóa học trung bình của xỉ thép

(%)

- Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư

- Mẫu xỉ thép thí nghiệm là các cỡ hạt bao gồm: từ 5mm đến 10mm; từ 10mm đến 20mm và từ 20mm đến 40mm Xác định độ nén dập trong xi lanh, được tiến hành cả cho mẫu ở trong trạng thái khô hoặc trạng thái bão hòa nước Mẫu thử ở trạng thái khô thì mẫu được sấy đến khối lượng không đổi Mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước thì ngâm mẫu trong nước hai giờ Sau khi ngâm, lấy mẫu ra lau các mặt ngoài rồi thử ngay

Tiến hành thí nghiệm:

- Dùng xi lanh thép đường kính 75 mm cho cỡ hạt 5mm – 10mm, 10mm – 20mm;

xi lanh đường kính 150mm cho cỡ hạt 20 – 40mm;

- Dùng xi lanh 75mm thì cân khoảng 400g mẫu, xi lanh đường kính 150mm thì cân khoảng 3000g mẫu đã chuẩn bị ở trên, đổ vào xi lanh ở độ cao 50 mm;

- Sau đó dàn phẳng, đặt pittông sắt vào và đưa xi lanh lên máy ép Tăng lực nén của máy ép với tốc độ từ 1 kN đến 2 kN trong một giây và dừng tải trọng ở 50 kN đối với

xi lanh 75mm và 200kN đối với xi lanh đường kình 150mm;

- Mẫu nén xong đem sàng bỏ hạt lọt qua sàng tương ứng các cỡ hạt như sau: cỡ hạt từ 5-10mm dùng sàng đường kính 1.25mm, cỡ hạt từ 10-20mm dùng sàng đường kính 2.5mm, cỡ hạt từ 20-40mm dùng sàng đường kính 5mm;

- Đối với mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước, sau khi sàng phải rửa phần mẫu còn lại trên sàng để loại bỏ hết các bột dính, sau đó lau các mẫu bằng khăn khô rồi mới cân Mẫu thử ở trạng thái khô, sau khi sàng, cân ngay số hạt còn lại trên sàng;

Trong đó: m1 : khối lượng mẫu cho vào xilanh (g);

m2 : khối lượng mẫu còn lại trên sàng sau khi sàng (g);

- Nễu mẫu là hỗn hợp của nhiều cỡ hạt thì giá trị N d chung cho cả mẫu, được lấy bằng trung bình cộng theo quyền (bình quyền) của các kết quả thu được khi thử từng cỡ hạt

- Hệ số hóa mềm (Km) xác định theo công thức:

' d m d

NKN

Trong đó:

N ’ d : là độ nén dập của cốt liệu lớn ở trạng thái khô hoàn toàn (%);

N d : là độ nén dập của cốt liệu lớn ở trạng thái bão hòa nước (%)

Kết quả thí nghiệm thu được như sau:

Bảng 2.4 Kết quả thí nghiệm về độ nén dập của xỉ thép

Tên mẫu Trạng thái

nén

KL mẫu

bỏ vào xilanh (g)

KL mẫu còn lại sau khi sàng (g)

Độ nén dập từng cờ hạt (%)

Độ nén dập bình quyền (%)

Hệ số hóa mềm

8.5

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm về cường độ của xỉ thép thông qua độ nén dập

(%)

Quy về cường độ (MPa)

II.2.6.Chỉ tiêu về độ góc cạnh của xỉ thép :

Hàm lượng hạt thoi dẹt :



d

Hình 2.4 Thước kẹp cải tiến

Ngoài ra còn sử dụng các dụng cụ thiết bị như: cân kỹ thuật; bộ sàng tiêu chuẩn theoTCVN 8859 - 2011; tủ sấy

Mẫu thí nghiệm:

Mẫu trước khi thí nghiệm được sấy khô đến khối lượng không đổi, sàng theo từng cỡ hạt và lấy khối lượng tối thiểu được lấy theo phương pháp chia tư tương ứng theo bảng sau:

Bảng 2.6 Khối lượng mẫu thử hàm lượng thoi dẹt theo cỡ hạt

- Hàm lượng hạt thoi dẹt của toàn mẫu được lấy bằng trung bình cộng theo

quyền (bình quyền) của các kết quả thu được khi thử từng cỡ hạt

Kết quả thí nghiệm thu được như sau:

Bảng 2.7 Kết quả thí nghiệm về hàm lượng thoi dẹt của xỉ thép

II.2.7.Chỉ tiêu cơ học của xỉ thép :

Độ hao mòn Los – Angeles :

Hình 2.5 Máy mài mòn Los – Angeles

- Ngoài ra còn có các dụng cụ thiết bị như: bi thép - khối lượng từ mỗi viên từ 390g đến 445g; cân kỹ thuật; bộ sàng kích thước 37.5 mm, 25 mm, 19 mm, 12.5 mm, 9.5 mm, 6.3 mm, 4.75 mm, 2.36 mm và 1.7 mm; tủ sấy

Mẫu thí nghiệm:

- Mẫu thử phải được rửa sạch và sấy đến khối lượng không đổi, theo phương pháp chia tư chọn mẫu đến khối lượng cần thiết của thí nghiệm sau đó sàng thành các cỡ hạt có cấp phối theo bảng sau:

Bảng 2.8 Khối lượng xỉ thép thí nghiệm độ hao mòn theo cỡ hạt