Báo cáo chuyên đề Bê tông xỉ thép

Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP: I.1: Xỉ thép gì: I.2: Các dạng Xỉ thép: I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang: I.4: Các thành phần có xỉ thép: I.5: Các tính chất học xỉ thép: I.6: Ứng dụng xỉ thép: I.7: Các nghiên cứu Bê tông xỉ thép: 10 I.8: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép cốt liệu nhỏ thay cát Bê tông: 12 I.9: Ứng dụng xỉ thép làm cốt liệu lớn bê tông 13 I.10: Tình hình nghiên cứu ứng dụng xỉ thép vào Bê tông 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 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 tiêu xỉ thép trước đúc mẫu 18 II.2.1 Thành phần hạt xỉ thép 18 II.2.2 Khối lượng riêng, khối lượng thể tích xỉ thép 20 II.2.3 Khối lượng thể tích xốp xỉ thép 21 II.2.4 Các tiêu hóa học xỉ thép 22 II.2.5 Cường độ hệ số hóa mềm 23 II.2.6 Chỉ tiêu độ góc cạnh xỉ thép : 24 II.2.7 Chỉ tiêu học xỉ thép : 26 II.2.8 Tổng hợp tiêu lý xỉ thép 27 II.3: Các tiêu lý đá: 28 II.3.1 Tính chất lí 28 II.3.2 Thành phần hạt 28 II.3.3 Chỉ tiêu lý cát: 29 II.4: Chỉ tiêu lý xi măng: 30 II.5: Thiết kế thành phần cấp phối Bêtông ximăng thông thường 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 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 môi trường sức khỏe người 50 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 53 III.1: Ưu điểm BTXT: 53 III.2: Hạn chế BTXT Việt Nam: 53 SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP GIỚI THIỆU CHUNG Ở Việt Nam nay, nguồn vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (như cát, đá) ngày khan hiếm dần, xỉ thép lại có nhiều tính chất lý tương tự đá nghiền, nên việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thành vật liệu thay thế dùng cho công trình xây đựng giao thông vấn đề cần sớm giải quyết Mục đích chuyên đề nghiên cứu thay thế xỉ thép cho cốt liệu đá bê tông xi măng để xem xét so sánh cường độ bê tông xỉ thép và bê tông xi măng Thông qua đó, so sánh cường độ bê tông xỉ thép với tiêu cường độ bê tông xi măng Nó là sở vững chắc, góp phần giúp cho việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thay thế cho vật liệu khác dùng công trình giao thông giải quyết triệt để Báo cáo gồm chương sau: - Chương I: Tổng quan xỉ thép - Chương II: Các tiêu lí BTXM cốt liệu Xỉ thép thay đá - Chương III: Kết luận SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP: I.1: Xỉ thép gì: - Xỉ phế thải công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay trình tinh chế kim loại không nguyên chất Trong quặng sắt thường có lẫn tạp chất sét cát nên sản xuất người ta thường cho vào với quặng sắt hàm lượng đá vôi thích hợp định vào lò nung; Hình1.1: Đá núi lửa xỉ thép - Ở nước ta, theo ước tính có khoảng 1-1,5 triệu xỉ thép thải năm từ nhà máy sản xuất thép lớn Các bãi chất thải rắn chiếm chỗ diện tích đất lớn dẫn đến tác động môi trường nghiêm trọng với hàm lượng bụi lớn rỉ sét, kim loại nặng Vì vậy, việc tái chế xỉ thép đánh giá là thực cần thiết để đáp ứng đồng thời mục tiêu kinh tế lẫn môi trường Để tái chế quy mô lớn, xỉ thép có thể sử dụng chất độn xi- măng cốt liệu san lấp hay cốt liệu cho bê- tông nhựa đường Cốt liệu xỉ thép làm san lấp giúp cải thiện tính và tính bền nhờ phản ứng kết dính gặp nước, bùn Tuy nhiên nhìn chung số trường hợp ứng dụng thực tế không tận dụng hết tính chất xỉ từ quan điểm khoa học vật liệu Hơn 90% lượng xỉ đổ đống bãi thải chỗ nhà máy hay chôn lấp sâu SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình1.2: Hàng xỉ thép đổ năm I.2: Các dạng Xỉ thép: - Xỉ làm lạnh chậm không khí, chất nấu chảy dần chuyển sang màu xám, kết tinh tạo dạng cục, tảng lớn Cấu trúc xỉ đặc sít - Khi làm lạnh nhanh có kèm theo lượng nước có hạn, sau đó nước bị thu hồi lại, để lại lỗ rỗng, rỗ tổ ong cấu trúc xỉ, gần tương tự đá bọt SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP I.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang: - Theo báo cáo nghiên cứu khoa học xỉ thép lò điện hồ quang (Heribert Motz Fehs, 2010), loại vật liệu có thành phần khoáng giống với lớp vỏ trái đất xỉ thép Do đó, sau tiến hành số giải pháp kỹ thuật đẩy nhanh trình lão hóa (ageing) xỉ thép như: kỹ thuật phun nước nóng nhiệt độ 100OC, hấp để trời tự nhiên, xỉ thép trở thành vật liệu có ích sử dụng cho xây dựng, làm đường, xử lý chất thải, nông nghiệp,… và xem là “đá nhân tạo” - Sản phẩm xỉ thép sau xử lý phân loại xem là đá nhân tạo với nhiều kích thước khác nhau, phục vụ cho mục đích khác - Nhà máy sử dụng công nghệ S3R (Stainless Steel Scrap Recovery) Hofung Technology Co., Ltd (China), RecCo BV (Hà Lan) và Evergoed NV (Hà Lan) Công nghệ này chủ yếu tách sắt xỉ thép có chứa nhiều sắt - Công nghệ luyện thép lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu đầu vào sắt, thép phế liệu để luyện thép Để tách tạp chất có thép phế liệu đầu vào, sử dụng vôi số chất trợ dung đưa vào lò luyện, Trong trình nung, quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành hợp chất silicat canxi, silicat alumin silicat aluminate canxi magie Xỉ thép nấu chảy nhiệt độ 1400 – 16000C Ở nhiệt độ này, hợp chất nóng chảy hoàn toàn Khối lượng riêng hợp chất nóng chảy nhỏ so với gang nên lên Người ta tháo gọi xỉ Sản phẩm xỉ thép có dạng khác nhau, phụ thuộc vào trình nung luyện chế độ làm lạnh sau nấu chảy xỉ lên trên, thép lỏng nằm lớp phía Lớp xỉ tháo khỏi lò, làm nguội chuyển sang trạng thái rắn Khi nguội, xỉ đưa tới bãi chứa chuyển đến nhà máy xử lý, tái chế thành sản phẩm có ích, phần thép lò đúc thành phôi SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép - GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình1.3: Quy trình sản xuất xỉ thép lò điện hồ quang I.4: Các thành phần có xỉ thép: Thành phần hóa học xỉ thép: Bảng 1.1: Thành phần hóa học xỉ thép STT Chỉ tiêu Kết (%) SiO2 16.3 Al2O3 6.07 Fe2O3 39.2 CaO 28.9 MgO 1.68 SO3 0.723 P2O5 0.62 TiO2 1.02 Cr2O3 1.34 10 MnO 4.02 11 ZnO 0.323 12 SrO 0.0781 SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép - GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP So sánh tính chất lí xỉ thép với đá dăm Bảng 1.2: So sánh tính chất lí xỉ thép với đá dăm Các tính chất Đá vôi dăm Xỉ sắt Các tính chất vật lý Khối lượng riêng (g/cm3) 2.54 3.51 Độ hút nước (%) 2.20 0.85 Hàm lượng bụi bùn sét (%) 0.65 0.12 Độ mài mòn (%) 24.2 11.6 Thành phân hóa học CaCO3 95.0 10.0 SiO2 5.0 1.0 Fe2O3 0.0 89.0 I.5: Các tính chất học xỉ thép: - Xỉ thép có tính chất học tốt cấu trúc tinh thể đặc biệt, so sánh tương tự tốt so với cấu trúc đá tự nhiên - Xỉ thép có ưu điểm sau: + Nặng so với hầu hết cốt liệu tự nhiên; + Độ ma sát tốt so với bê tông asphalt; + Độ bền cao chịu đựng tốt điều kiện thời tiết xấu + Thành phần chủ yếu khoáng chất tương tự thành phần xi măng - Thay thế loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường tiết kiệm lượng I.6: Ứng dụng xỉ thép: - Xỉ thép nếu qua trình xử lý, tái chế, cho sản phẩm thay thế cho vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông asphalt, làm vật liệu trải đường làm móng công trình giao thông; - Làm cốt liệu cho đổ bê tông làm nhà xưởng, kho bãi; SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở công trình đê, kè biển; - Xử lý nước mưa nhiễm bẩn lọc nước thải có chứa nhiều chất bẩn kim loại nặng - Do tính chất hóa lý đặc biệt, xỉ thép sử dụng làm vật liệu để xử lý nước thải nhiễm Phốt pho, nhiễm a xít… SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Ngoài ra, hàm lượng đá vôi có nhiều xỉ thép chứa số khoáng chất đặc biệt nên có thể dùng làm phân bón, cải tạo đất phục hồi hệ sinh thái đáy biển, đáy sông bị tàn phá hoạt động nạo vét luồng tàu để làm cảng biển, cảng sông,… - Với tích chất trên, xỉ thép xem là sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, chất thải cần phải loại bỏ đem chôn lấp SVTH: Nhóm 01 Trang Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP I.7: Các nghiên cứu Bê tông xỉ thép: Theo thống kê châu Âu 85% lượng xỉ BOS (Basic Oxygen Steelmaking slag) tái sử dụng với nhiều mục đích khác đó 42% ứng dụng xây dựng Còn Đức số 70% lượng xỉ EAF (Electric Arc Furnace slag) 66% ứng dụng xây dựng lại 4% ứng dụng cho mục đích khác Trong lĩnh ` vực xây dựng xỉ sử dụng chủ yếu làm cốt liệu cho bêtông phụ gia khoáng chế tạo bêtông ximăng” (Theo nguồn tài liệu sách Vật liệu GS TS Phạm Duy Hữu) Theo TS Minoru Fujiwara, Giám đốc Điều hành Hiệp hội xỉ Nhật Bản, trình sản xuất xỉ lò cao xỉ thép áp dụng rộng rãi nhiều nước, đặc biệt Nhật Bản Theo số lượng thống kê ngành công nghiệp thép Nhật Bản, lượng xỉ lò cao trung bình 290 kg/tấn gang lượng xỉ thép trung bình cho 130 kg/tấn thép Tổng sản lượng xỉ lò cao xỉ thép năm 2004 Nhật Bản 37 triệu Những loại xỉ đã, sử dụng có hiệu vật liệu thô cho lĩnh vực xây dựng dân dụng Nhật Bản Xỉ thép có tính chất vô hại, thành phần cadmium, thuỷ ngân, crôm, chì, asen sêlen không phát nước có xỉ Xỉ chứa silica vôi nên sử dụng làm phân bón ruộng lúa từ 50 năm Nhật Bản, nông dân đánh giá không cho sản lượng lúa mà cho chất lượng lúa tốt Xỉ lò cao cho xuống đáy biển bị che phủ bùn để cải thiện môi trường sống cho loài nhuyễn thể Vì tính chất học hoá học xỉ lò cao tương tự đá nghiền nên sử dụng để làm vật liệu phụ cho xây dựng đường làm cốt liệu thô cho bê tông Xỉ có tính chất học hoá học tương tự cát tự nhiên nên sử dụng để làm cốt liệu mịn cho bê tông Bằng cách nghiền thành dạng bột, xỉ lò cao dùng làm nguyên liệu cho xi măng có độ cứng cao Xi măng xỉ có cường độ tăng độ tuổi dài ngày bền vững Jigar P.Patel (2006) nghiên cứu thay thế từ 25% đến 100% cốt liệu sử dụng bêtông xỉ thép Nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng xỉ thép đến tính chất hỗn hợp bê tông và tính chất học bêtông Cấp phối bê tông nghiên cứu trình bày bảng 1.3 Bảng 1.3 Bảng cấp phối bêtông nghiên cứu sử dụng xỉ thép thay thế cốt liệu Phần trăm xỉ Cốt liệu Tỷ lệ Cốt liệu Cốt liệu xỉ Khối lượng thép thay nhỏ, kg thép, kg xi măng, kg lớn, kg N/X thế, % 0% 576 730 272 0.5 25% 434 531 383 272 0.5 50% 289 354 766 272 0.5 75% 145 177 1148 272 0.5 100% 0 1531 272 0.5 SVTH: Nhóm 01 Trang 10 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Đo chênh lệch chiều cao miệng côn với điểm cao khối hỗn hợp xác tới 0,5cm Lưu ý:Thời gian thử tính từ lúc bắt dầu đổ hỗn hợp bê tông vào côn thời điểm côn khỏi khối hỗn hợp phải tiến hành không ngắt quãng không chế không 150 giây Nếu khối hỗn hợp bê tông sau nhấc khỏi côn bị đổ tạo thành hình khối khó đo phải tiến hành lấy mẫu khác theo TCVN 3105:1993 để thử lại II.7: Xác định cường độ bê tông Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 3118:1993 - Cường độ mẫu lập phương chuẩn là cường độ nén viên mẫu bê tông khối lập phương kích thước 150x150x150mm chế tạo, bảo dưỡng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3105:1993 TCVN 3118:1993 - Mác bê tông theo cường độ chịu nén giá trị trung bình làm tròn đến hàng đơn vị MPa cường độ nén viên mẫu bê tông khối lập phương kích thước 150x150x150mm đúc, đầm, bảo dưỡng thí nghiệm theo tiêu chuẩn tuổi 28 ngày đêm Mác bê tông ký hiệu M Dụng cụ – thiết bị: SVTH: Nhóm 01 Trang 39 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Máy nén: Máy nén lắp đặt vị trí cố định Sau lắp, máy phải định kì l năm lần sau lần sửa chữa quan đo lường Nhà nước kiểm tra cấp giấy chứng thực hợp lệ - Thước kim loại - Đệm truyền tải (sử dụng nén nửa viên mẫu đầm sau uốn gẫy): Đệm truyền tải làm thép dày 20±2mm có rãnh cách mẫu 30±2mm Phần truyền tải vào mẫu có kích thước kích thước tiết diện viên mẫu đầm (100x100; 150 x 150 ; 200 x 200mm) Chuẩn bị mẫu thử Chuẩn bị mẫu thử theo trình tự sau: - Đúc mẫu bảo dưỡng mẫu bêtông (TCVN 3105:1993) - Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu Mỗi nhóm mẫu gồm viên Khi sử dụng bê tông khoan cắt từ kết cấu, nếu không có đủ viên phép lấy viên làm nhóm mẫu thử - Việc lấy hỗn hợp bê tông, đúc bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tông chọn kích thước viên mẫu thử nén phải tiến hành theo TCVN 3105:1993 - Việc chuẩn bị để xác định cường độ nén bê tông viên mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm Các viên mẫu lập phương kích thước khác tiêu chuẩn viên mẫu trụ sau thử nén phải tính đổi kết thử cường độ viên chuẩn Khuôn để chế tạo mẫu thử SVTH: Nhóm 01 Trang 40 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP - Trộn bê tông - Cho bê tông vào khuôn làm lớp và đầm lớp 25 lần - Đầm mẫu, làm phẳng: SVTH: Nhóm 01 Trang 41 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép - GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Dán nhãn, bảo dưỡng nước Nén mẫu bê tông: - Kiểm tra chọn hai mặt chịu nén viên mẫu thử cho: • Khe hở lớn chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo phương không vượt 0,05mm 100mm tính từ điểm tì thước • Khe hở lớn chúng với thành thước kẻ góc vuông đặt thành áp sát mặt kề bên mẫu lập phương đường sinh mẫu trụ không vượt 1mm 100mm tính từ điểm tì thước mặt kiểm tra • Đối với viên mẫu lập phương và viên nửa dầm uốn không lấy mặt tạo đáy côn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén • Trong trường hợp mẫu thử không thõa mãn yêu cầu mẫu phải gia công lại cách mài bớt làm phẳng mặt lớp hồ xi măng không dày 2mm • Cường độ lớp xi măng này thử phải không thấp nửa cường độ dự kiến đạt mẫu bê tông Tiến hành thử theo trình tự sau: - Xác định diện tích chịu lực mẫu: • Đo xác tới 1mm cặp cạnh song song hai mặt chịu nén (đối với mẫu lập phương) cặp đường kính vuông góc với đôi mặt chịu nén (đối với mẫu trụ) • Xác định diện tích hai mặt chịu nén và theo giá trị trung bình cặp cạnh cặp đường kính đo Diện tích chịu lực mẫu đó là trung bình số học diện tích hai mặt • Diện tích chịu lực thử nửa viên dầm uốn gãy tính trung bình số học diện tích phần chung mặt chịu nén phía và phía đệm thép tương ứng - Xác định tải trọng phá hoại mẫu: • Chọn thang lực thích hợp máy để nén tải trọng phá hoại nằm khoảng 20÷80% tải trọng cực đại thang lực nén chọn Không nén mẫu thang lực • Đặt mẫu vào máy nén cho mặt chịu nén chọn nằm đúng tâm thớt máy SVTH: Nhóm 01 Trang 42 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP • Vận hành máy nhẹ nhàng cho mặt máy tiếp cận với thớt máy • Tăng tải liên tục với tốc độ không đổi 6±4 daN/cm2.giây mẫu bị phá hoại (Dùng tốc độ gia tải nhỏ bê tông có cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn bê tông có cường độ cao) Lực tối đa đạt giá trị tải trọng phá hoại mẫu II.7.1.1.1.So sánh kết nghiên cứu phòng thí nghiệm bêtông xi măng thông thườngvà bêtông xi măngsử dụngxỉ thép thay đá: Hình 2.10.Mẫu kháng nén thông thường Bê tông xỉ thép Bảng 2.21: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Bê tông Xỉ thép Bê tông thường Chỉ tiêu M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 20,15 20,12 20,10 18,87 18,90 18,97 Pn (kN) 1214 1198 1156 1131 1135 1203 Rn(daN/cm ) 312,2 303,5 Độ sụt(Cm) 9,5 SVTH: Nhóm 01 Trang 43 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 2.11: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi Bảng 2.22: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bêtông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 10% Bê tông Xỉ thép Bê tông thường Chỉ tiêu M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 20,74 20,81 20,59 19,00 19,09 19,31 Pn (kN) 1393 1296 1281 1240 1261 1266 Rn(daN/cm2) 347,4 329,6 Độ sụt(Cm) 9,2 6,5 Hình 2.12: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 10% SVTH: Nhóm 01 Trang 44 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Bảng 2.23: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 15% Bê tông Xỉ thép Bê tông thường Chỉ tiêu M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,04 21,12 21,59 19,52 19,82 19,91 Rn (kN) 1347 1358 1379 1132 1134 1142 Rn(daN/cm2) 357,4 298,2 Độ sụt(Cm) 8,0 Hình 2.13: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 15% Bảng 2.24: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bêtôngthông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 20% Bê tông Xỉ thép Bê tông thường Chỉ tiêu M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,65 21,70 21,89 19,89 20.05 20,32 Pn (kN) 1431 1457 1486 1061 1040 1066 277,1 Rn(kN/cm2) 382,7 Độ sụt(Cm) SVTH: Nhóm 01 7,0 Trang 45 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 2.14: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 20% Bảng 2.25: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 25% Bê tông Xỉ thép Bê tông thường Chỉ tiêu M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,84 21,88 21,97 20,54 20,52 20,67 Pn (kN) 1452 1511 1543 924 916 920 Rn(kN/cm ) 394,2 241,5 Độ sụt(Cm) 5,5 II.7.1.2 II.7.1.3 Hình 2.15: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 25% SVTH: Nhóm 01 Trang 46 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Bảng 2.26: Bảng kết so sánh cường độ nén bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 30% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,95 22,02 22,04 20,69 20,87 20,98 Pn (kN) 1412 1414 1448 915 910 908 Rn(kN/cm ) 374,0 239,1 Độ sụt(Cm) 3,5 Hình 2.16: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 30% II.8: Đánh giá sơ Cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép Bảng 2.27: Tổng hợp cường độ chịu nén bê tông Xỉ Thép Khối lượng viên mẫu trung bình Cường độ chịu nén Kí hiệu mẫu Độ Sụt (cm) (Kg) (daN/Cm2) Cơ sở 9,5 20,12 312,2 Tăng 10% Xỉ 9,2 20,71 347,4 Tăng 15% Xỉ 8,0 21,25 357,4 Tăng 20% Xỉ 7,0 21,75 382,7 Tăng 25% Xỉ 5,5 21,90 394,2 Tăng 30% Xỉ 3,5 22.00 374,0 SVTH: Nhóm 01 Trang 47 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 2.18 Biểu đồ Cường độ bê tông xỉ thép theo hàm lượng Nhận xét: Cường độ bê tông xỉ thép tăng lên thay đổi hàm lượng xỉ thép Điều này có thể lý giải khối lượng thể tích Xỉ thép lớn đá nên trộn hàm lượng đá với mark bê tông 30 Mpa, tỷ lệ xỉ thép chưa chiếm hàm lượng tối ưu bê tông nên tăng hàm lượng xỉ thép bê tông tăng cường độ Cường độ chịu nén bê tông thường Bảng 2.28: Tổng hợp cường độ chịu nén bê tông thông thường Khối lượng viên mẫu Cường độ chịu nén Kí hiệu mẫu Độ Sụt (cm) trung bình (Kg) (daN/Cm2) Cơ sở 7,0 18,90 303,5 Tăng 10% Đá 6,5 19,13 329,6 Tăng 15% Đá 5,0 19,75 298,2 Tăng 20% Đá 3,0 20,01 277,1 Tăng 25% Đá 5,5 20,58 241,5 Tăng 30% Đá 2,0 20,85 239,1 SVTH: Nhóm 01 Trang 48 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Hình 2.19 Biểu đồ Cường độ bê tông xi măng thường theo hàm lượng Nhận xét: Cường độ bê tông xi măng giảm tăng côt liệu đá Khi tăng cốt liệu đá lên cao yếu tố độ chắc và lực dính cốt liệu và xi măng giảm nên cường độ giảm theo II.9: So đánh, đánh giá cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép và bê tông thông thường Hình 2.20 Biểu đồ Cường độ bê tông Xỉ thép và cường độ bê tông thường Nhận xét: Cường độ bê tông nói chung phụ thuộc vào yếu tố độ đặc chắc, tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn lực dính kết đá xi măng với cốt liệu Bê tông có mác thông thường (nhỏ 300), chịu nén thường bị phá huỷ chủ yếu vùng chuyển tiếp đá xi măng và cốt liệu Bê tông xỉ thép đề tài nghiên cứu phá hoại thường phá hoại hạt xỉ thép và nơi tiếp giáp vùng chuyển tiếp cốt liệu Như có thể phát huy gần hết khả chịu lực cốt liệu Xỉ thép SVTH: Nhóm 01 Trang 49 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP Cường độ bê tông cốt liệu Xỉ thép đề tài nghiên cứu có thể đạt đến cường độ xấp xỉ 40Mpa hoàn toàn có thể đáp ứng công trình có cấp bê tông thông thường và thấp như: mặt đường bê tông xi măng, lan can, mặt cầu,… Khối lượng thể tích trung bình bê tông xỉ thép cao hơn bê tông thường Điều này cần thiết cho cấu kiện cần ổn định cao Trọng lượng thân kết cấu có thể giữ ổn định nhờ trọng lượng thân lớn II.10: Các vấn đề môi trường sức khỏe người Như chúng ta biết, xỉ thép nếu giải pháp quản lý hữu hiệu, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, bụi xỉ thép từ bãi chứa làm cảnh quan việc lưu chứa xỉ thải bị tải Việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép vào thực tế giải quyết vấn đề nêu Mặc dù Quyết định số 23/2006/QĐ-BTNMT ngày 26/12/2006 Bộ Tài nguyên và Môi trường việc ban hành danh mục chất thải nguy hại quy định xỉ thép chất thải nguy hại Tuy nhiên, vấn đề đặt thành phần có xỉ thép có gây ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người hay không xỉ thép ứng dụng vào công trình thời gian dài Tại Mỹ, kết nghiên cứu Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), Hiệp hội xỉ thép châu Âu (Euroslag) chứng minh xỉ thép hoàn toàn mối đe dọa cho sức khỏe người và môi trường Theo kết nghiên cứu này, dựa việc phân tích trình rò rỉ tiếp xúc với môi trường chất có xỉ thép môi trường, phân tích dựa liều lượng chất, thời gian tiếp xúc và độc tính chất cho thấy xỉ thép an toàn cho việc sử dụng nhiều mục đích khác và mối nguy hiểm đáng kể tới sức khỏe người và môi trường Các vấn đề bao gồm: Nguy gây ung thư liên quan đến chất có xỉ thép loại trừ xỉ thép tiếp xúc với người khu dân cư, với nông dân, hay công nhân ngành xây dựng công nghiệp Kim loại xỉ thép khó bị rò rỉ lượng đủ lớn vào nguồn nước ngầm, nước mặt mà có lượng nhỏ không đáng kể Xỉ thép tác động không đáng kể tới động thực vật cạn khu vực sử dụng, kể khu vực lân cận Kim loại xỉ thép không tích lũy chuỗi thức ăn và không bị tích tụ sinh học mô thực vật Xỉ thép có thể áp dụng cách an toàn môi trường nước như: sông, hồ, suối mà không ảnh hưởng đến chất lượng nước, đời sống thủy sinh Xỉ thép phát sinh từ trình luyện thép và lấy nhiệt độ 1600OC Ở nhiệt độ này, hầu hết kim loại nặng nếu có thép phế (dùng làm nguyên liệu cho trình luyện phôi) thăng hoa (Zn, Mg, Pb, Hg,…) theo khí thải Các chất hữu cơ, chất dễ bay hoàn toàn không có mặt lò xỉ nhiệt độ > 1200OC chất thải nguy hại bị tiêu hủy hoàn toàn Theo kết nghiên cứu Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), sử dụng phương pháp ngâm chiết để phân tích hàm lượng kim loại nặng có xỉ thép nhà máy thép Mỹ cho thấy kim loại nặng nằm ngưỡng cho phép mực độ độc hại, chí có nhiều kim loại nặng có xỉ thép tương đương với hàm SVTH: Nhóm 01 Trang 50 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP lượng kim loại nặng có nước uống theo tiêu chuẩn EPA Bảng 3.8 trích dẫn nghiên cứu Paul Ziemkiewwicz (2010) kim loại nặng xỉ thép Bảng 3.8 Kết hàm lượng kim loại nặng có xỉ dạng thô Thông số Kết As Ngưỡng cho phép Tiêu chuẩn nước uống theo EPA Giới hạn Đánh giá Giới hạn Đánh giá < 0.05 mg/L mg/L Đạt 50 µg/L Đạt Se 0.05 mg/L mg/L Đạt 50 µg/L Đạt Ba 0.02 mg/L 100 mg/L Đạt 2000 µg/L Đạt Cd < 0.001 mg/L mg/L Đạt µg/L Đạt Cr 0.03 mg/L mg/L Đạt 100 µg/L Đạt Pb 0.01 mg/L mg/L Đạt 15 µg/L Đạt Ni 0.041 mg/L 70 mg/L Đạt 10 µg/L Không đạt Zn 0.002 mg/L mg/L Đạt µg/L Đạt Tl 0.05 mg/L mg/L Đạt µg/L Không đạt Be 0.0013 mg/L 0.007 mg/L Đạt µg/L Đạt Ag < 0.005 mg/L mg/L Đạt Hg < 0.0003 mg/L 0.2 mg/L Đạt Tại Việt Nam, công ty TNHH Vật liệu Xanh lấy mẫu xỉ thép Nhà máy thép Thép Việt, Nhà máy thép Phú Mỹ gửi Viện và Phòng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn Quốc Gia (VILAS) để phân tích, xác định thành phần nguy hại có xỉ thép Kết phân tích chất nguy hại có xỉ thép theo phương pháp phân tích EPA 1311 (phương pháp phân tích theo cục bảo vệ môi trường Mỹ) viện công nghệ hoá học thực tháng 06/2011 qui định QCVN 07:2009/BTNMT- Ngưỡng chất thải nguy hại thể bảng đây: Bảng 3.9 Kết phân tích thành phần nguy hại xỉ thép (tháng 6/2011) (M1: Mẫu xỉ Nhà máy thép Phú Mỹ; M2: Mẫu xỉ nhà máy thép Thép Việt) Ngưỡng nguy Kết phân tích hại theo QCVN Giới hạn Chỉ tiêu 07:2009/BTNM phát M1 M2 T(mức ngâm chiết mg/l) Chì Pb(mg/l) 15 0,5 KPH KPH Cadimi Cd(mg/l) 0,5 0,05 KPH KPH 6+ Crôm VI Cr (mg/l) 0,3 0,070 0,070 Niken (mg/l) 70 2,0 KPH KPH Bari Ba (mg/l) 100 0,040 0,020 SVTH: Nhóm 01 Trang 51 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép Antimon Sb(mg/l) Beri Be(mg/l) Thali Tl(mg/l) Selen Se(mg/l) Vanadi V(mg/l) Asen As(mg/l) Thuỷ ngân Hg(mg/l) Kẽm Zn(mg/l) Coban Co(mg/l) Molyden Mo(mg/l) Bạc Ag(mg/l) Fluoride CNTổng CN- 0,1 25 0,2 250 80 350 3.600pm 30ppm 590ppm GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP 0,5 0,1 0,5 0,5 2,0 1,0 0,02 2,0 2,0 2,0 2,0 0,001 KPH KPH 0,001 KPH 0,003 KPH 0,020 25,0 KPH KPH 180,0ppm KPH KPH 0,001 KPH KPH 0,001 KPH 0,001 KPH 0,060 23,0 KPH KPH 110,0ppm KPH KPH Kết phân tích đối chiếu với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 07:2009/BTNMT – ngưỡng chất thải nguy hại cho thấy hầu hết thành phần nguy hại vô không phát Có tiêu phát có thành phần xỉ Ba, Cr6+, Sb, Se, As, Zn, Co, Fluoride nằm ngưỡng cho phép nhiều lần Với số liệu vậy, có thể yên tâm vấn đề ảnh hưởng đến môi trưỡng sức khỏe người mà thành phần xỉ thép gây Có thể nói xỉ thép vật liệu thân thiện với môi trường SVTH: Nhóm 01 Trang 52 Báo cáo chuyên đề: Bê tông xỉ thép GVHD: TS VŨ HỒNG NGHIỆP CHƯƠNG III: KẾT LUẬN - III.1: Ưu điểm BTXT: Xỉ thép thay thế cốt liệu đá hỗn hợp bê tông cường độ thấp Kết chịu nén BTXT đáp ứng yêu cầu bê tông làm mặt đường ô tô; Sử dụng xỉ thép thay thế tận dụng vật liệu phế thải, tránh gây ảnh hưởng tới môi trường Có thể ứng dụng BTXT vào công trình cần bê tông nặng III.2: Hạn chế BTXT Việt Nam: Vẫn chưa có nhiều nghiên cứu tính chất lí khác BTXT Như nghiên cứu cường độ chịu kéo, chịu uốn Chưa có nghiên cứu BTXT theo thời gian (Sự thay đổi cường độ, tác động môi trường…) Chưa có nhiều ứng dụng thực tế BTXT vào công trình xây dựng Chưa có tiêu chuẩn hay tiêu riêng cho loại vật liệu SVTH: Nhóm 01 Trang 53