Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô (Luận án tiến sĩ)

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 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 Ơ TƠ Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông 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 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 Q trình hình thành xỉ thép từ lị 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 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 MÓNG ĐƯỜNG Ô 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 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 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 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 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: Mơ 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 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 vôi 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 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 ... án ? ?Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu xây dựng đường ? ?tô? ?? cần thiết -2- Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu kinh nghiệm nước giới việc sử dụng xỉ thép làm kết cấu áo đường ô tô; ... 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... VỀ XỈ THÉP VÀ SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ KHÁI NIỆM VỀ XỈ THÉP Xỉ thép hình thành từ trình luyện thép, sản phẩm tạo thời gian tách thép nóng chảy từ hợp chất lò luyện thép Xỉ thép