Nghiên cứu sử dụng phế thải xỉ sắt trong công nghệ sản xuất thép làm cốt liệu cho bê tông asphalt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHI SƠN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XỈ SẮT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP LÀM CỐT LIỆU CHO BÊTÔNG ASPHALT Chuyên ngành : Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số: 60.58.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS TRẦN VĂN MIỀN Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Chủ nhiệm quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MƠN PGS-TS NGUYỄN VĂN CHÁNH PGS-TS NGUYỄN VĂN CHÁNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Phi Sơn MSHV : 09190667 Ngày, tháng, năm sinh: 03/12/1985 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 60.58.80 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẾ THẢI XỈ SẮT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP LÀM CỐT LIÊU ̣ CHO BÊTÔNG ASPHALT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Đánh giá mức độ cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng phế thải xỉ sắt việc thay cốt liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng, cụ thể bê tông asphalt - Nghiên cứu tính chất lý xỉ sắt nguyên liệu sản xuất bê tông asphalt - Chế tạo mẫu bê tông asphalt sử dụng xỉ sắt đá dăm theo phương pháp Marshall - Thí nghiệm tinh chất lý mẩu bê tông asphalt sử dụng cốt liệu xỉ sắt đá dăm - So sánh kết mẫu bê tông asphalt sử dụng cốt xỉ cốt liệu đá dăm - Kết luận để chuẩn bị đưa vào ứng dụng thực tế III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRẦN VĂN MIỀN Tp HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS TRẦN VĂN MIỀN PGS - TS NGUYỄN VĂN CHÁNH LỜI CẢM ƠN Ðể hồn thành chương trình cao học viết luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q Thầy Bộ môn Vật liệu Xây dựng trường Ðại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Trước hết, tơi xin chân thành cảm ơn đến q thầy trường Ðại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy tận tình dạy bảo cho suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Trần Văn Miền, người đành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Nhân đây, xin chân thành cảm ơn Bộ môn Vật liệu Xây dựng, phịng thí nghiệm Vật liệu Dây dựng trường Ðại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh tạo nhiều điều kiện để tơi học tập hồn thành tốt khóa học Ðồng thời, tơi xin cảm ơn quí anh, chị ban lãnh đạo nhà máy bê tơng nhựa nóng Lê Phan Nam Sài Gịn – Q7 tạo điều kiện cho tơi thí nghiệm thực tế nhà máy để hồn thành luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn Gia đình bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình nghiên cứu Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu q thầy bạn TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 Học viên Nguyễn Phi Sơn i TÓM TẮT Hiện lƣợng xỉ sắt thải từ nhà máy thép ngày lớn nên nhu cầu xử lý trở nên cấp bách Bên cạnh nguồn cốt liệu tự nhiên nhƣ đá dăm, sỏi, cát sử dụng làm nguyên vật liệu cho xây dựng ngày suy giảm nên việc nghiên cứu ứng dụng xỉ sắt vào xây dựng cần thiết Quá trình nghiên cứu thực nghiệm luận văn nhằm mục đích xác định khả sử dụng xỉ sắt thay đá dăm cấp phối bê tơng nhựa thơng thƣờng Thí nghiệm đƣợc tiến hành mẫu thử chế tạo theo phƣơng pháp Marshall Trong nghiên cứu tác giả tập trung nghiên cứu vào tiêu lý cốt liệu sử dụng bê tông nhựa nhƣ cƣờng độ nén dập, độ hao mịn LosAngeles (LA) nhƣ tính chất bê tông nhựa đƣợc quy định TCVN 249 – 98 nhƣ: Dung trọng, độ ổn định, độ dẻo, cƣờng độ nén, thƣơng số Marshall, độ đàn hồi…nhằm đánh giá hiệu sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu thay Kết nghiên cứu cho thấy rằng, cốt liệu xỉ sắt có cƣờng độ nén đập xi lanh 80Mpa, độ hao mịn Los-angles 19.3% Bê tơng nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt có độ ổn định 1h khoảng 17-23KN, độ ổn định 24h khoảng 13-22KN, Cừơng độ nén khoảng 80-90 Mpa, modun đàn hồi lớn (KG/cm2) với bê tông nhựa sử dụng cấp phối hạt mịn lớn 11(KG/cm2) với bê tông nhựa sử dụng cấp phối hạt trung Các kết phù hợp với tiêu chuần hành cốt liệu cho bê tông nhựa bê tơng nhựa Từ kết có đƣợc, tác giả đến kết luận cốt liệu xỉ sắt đáp ứng đƣợc yêu cầu vê cốt liệu sử dụng cho bê tông nhựa, khả ứng dụng vào thực tế lớn ii ABSTRACT Currently the volume of waste steel slag from steel plants growing demand for treatment is becoming quite urgent Besides natural sources, such as aggregate stone, gravel and sand used as raw materials for the construction of increasingly reduced to the research and application of steel slag in construction is essential The process of empirical research of this thesis aims to determine the possibility of using alternative steel slag aggregate in asphalt concrete aggregate normally The experiment was conducted on samples manufactured by the method of Marshall In this study the authors focused on the physical and mechanical indicators of aggregate used in asphalt concrete compressive strength as staping, wear and tear of Los Ageles as well as the properties of asphalt concrete is specified in TCVN 249-98 such as density, stability, viscosity, compressive strength, business of Marshall, elasticity in order to evaluate the effectiveness of using steel slag as aggregate replacement Research results show that aggregate slag iron cylinder compressive strength of the dam is 800Mpa, wear ratio of Los-angles is 19.30% Asphalt concrete using steel slag aggregates have stability 24h about 17-23KN, stability 24h about 1322KN, compressive strength about 80-90 MPa, larger elastic module (KG/cm2) with asphalt concrete using fine-grained gravel and larger than 11 (KG/cm2) with asphalt concrete using secondary aggregate particles These results are consistent with current standards of aggregates for asphalt concrete and asphalt concrete From the results have been, the authors concluded that steel slag aggregates meet the requirements for aggregate used for asphalt concrete, the applicability of the results are great iii MỤC LỤC CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 1.1.QUÁ TRÌNH TẠO THÀNH XỈ THẢI TRONG SẢN XUẤT GANG, THÉP: 1.2.TÌNH HÌNH XỈ SẮT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI: 1.3.CÁC TÍNH CHẤT CỦA XỈ SẮT: 1.4.ỨNG DỤNG CỦA XỈ SẮT: 1.5.CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ SẮT TRONG BÊ TÔNG ASPHALT: 10 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC .12 2.1 BÊTÔNG ASPHALT: 12 2.1.1 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG ASPHALT .13 2.1.2 THÀNH PHẦN VÀ VAI TRÒ CỦA TỪNG VẬT LIỆU THÀNH PHẦN TRONG BÊ TÔNG ASPHALT: 19 2.1.2.1 Cốt liệu: .19 2.1.2.2 Bột khoáng: .23 2.1.2.3 Nhựa đƣờng: 24 2.1.3 PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ BÊ TÔNG ASPHALT: 26 2.1.3.1 Mục đích chung cơng tác thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt: 26 2.1.3.2 Phạm vi áp dụng phƣơng pháp Marshall 27 2.1.3.3 Các tiêu kỹ thuật quy định theo Marshall 27 2.1.3.4 Tóm tắt trình tự thiết kế hỗn hợp theo Marshall: 28 2.1.3.5 Lựa chọn thiết kế cuối cùng: .30 2.1.4 THIẾT KẾ HỖN HỢP CÁC CỐT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG ASPHALT THEO PHƢƠNG PHÁP MARSHALL .32 2.1.4.1 Phƣơng pháp giải tích: .33 iv 2.2 2.1.4.2 Phƣơng pháp đồ thị: 33 2.1.4.3 Phƣơng pháp thiết kế cấp phối theo thực tế: .39 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ASPHALT : 39 2.2.1 KHÁI QUÁT: 39 2.2.2 CÁC CHỈ TIÊU QUAN TRỌNG TRONG BÊ TƠNG ASPHALT VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM: 40 2.2.2.1 Tỷ trọng lớn hỗn hợp bê tông asphalt ứng với hàm lƣợng bitum khác 40 2.2.2.2 Lƣợng bitum hấp phụ .41 2.2.2.3 Độ rỗng cốt liệu hỗn hợp, % 41 2.2.2.4 Độ rỗng dƣ hỗn hợp, % 42 2.2.2.5 Độ rỗng lấp đầy bitum, % 42 2.2.3 CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC: 42 2.2.3.1 Độ ổn định độ dẻo Marshall: 42 2.2.3.2 Cƣờng độ chịu nén, tính ổn định nƣớc ổn định nhiệt bê tông Asphalt: 44 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM MẪU BÊ TÔNG ASPHALT 47 3.1 CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU: 47 3.1.1 CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ DĂM: .47 3.1.1.1 Xác định cƣờng độ nén dập xi lanh đá: .48 3.1.1.2 Độ hao mòn Los angeles (LA) đá dăm: 49 3.1.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA XỈ SẮT: 51 3.1.2.1 Tính chất lý xỉ sắt: 53 3.1.2.2 Tính chất hóa học xỉ sắt: .54 3.1.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA NHỰA ĐƢỜNG: 55 3.1.4 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BỘT KHỐNG: .63 v 3.2 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM MẪU BÊ TÔNG ASPHALT: 67 3.2.1 CẤP PHỐI THÀNH PHẦN HẠT CỦA CỐT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU NÀY: 69 3.2.1.1 Cấp phối thành phần hạt cho BTN thành phần hạt mịn: 69 3.2.1.2 Cấp phối thành phần hạt cho BTN thành phần hạt trung: 72 3.2.2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM VÀ VẬT LIỆU: 76 3.2.2.1 3.2.3 Các bƣớc tiến hành .76 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA MẪU BTN… 79 3.2.3.1 Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén 79 3.2.3.2 Thí nghiệm xác định độ bền độ dẻo Marshall: .79 3.2.3.3 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi mẫu BTN : 81 3.2.3.4 Thí nghiệm xác định hệ số ổn định nƣớc ổn định nhiệt độ: 82 3.2.3.5 Thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật khác mẫu BTN 82 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 86 4.1 ẢNH HƢỞNG CỦA LOẠI CỐT LIỆU ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT: 91 4.1.1 DUNG TRỌNG: 91 4.1.2 ĐỘ RỖNG KHƠNG KHÍ: .92 4.1.3 ĐỘ DẺO (HAY TÍNH DỄ TẠO HÌNH): 94 4.1.4 ĐỘ ỔN ĐỊNH 1H VÀ 24H: 95 4.1.5 TỶ SỐ ĐỘ ỔN ĐỊNH 24H/1H: .98 4.1.6 ĐỘ RỖNG CỐT LIỆU VMA (%): 99 4.1.7 CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN: .101 4.1.8 THƢƠNG SỐ MARSHALL: 103 4.1.9 MODUN ĐÀN HỒI: 105 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 107 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 - Xỉ sắt Hình 1.2 - Bãi chứa xỉ sắt Hình 1.3 – Quy trình tạo xỉ sắt Hình 1.4 - Bản đồ dự án đƣờng cao tốc Mỹ 11 Hình 1.5 - Quá trình thi cơng thực tế bê tơng asphalt .11 Hình 2.1 – Phối hợp hai cốt liệu phƣơng pháp đồ thị 35 Hình 2.2 – Phối hợp ba cốt liệu phƣơng pháp đồ thị .38 Hình 2.3 - Thiết bị xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall 43 Hình 2.4 – Thí nghiệm nén mẫu bê tông nhựa .45 Hình 3.1: Thiết bị thử cƣờng độ nén dập xi lanh đá .48 Hình 3.2: Thí nghiệm độ hao mòn Los Angeles .50 Hình 3.3 - Cốt liệu xỉ với cỡ hạt 25 19mm .51 Hình 3.4 - Cốt liệu xỉ với cỡ hạt 12.5 9.5mm 51 Hình 3.6 - Cốt liệu xỉ với cỡ hạt 2.36 1.18mm .52 Hình 3.7 – Chuẩn bị cốt liệu xỉ trƣớc trộn mẫu thí nghiệm 52 Hình 3.8: Thí nghiệm xác định độ kim lún bitum 56 Hình 3.9: Thí nghiệm xác định độ kéo dài bitum 57 Hình 3.10: Thí nghiệm xác định nhiệt độ hóa mềm .58 Hình 3.11: Thí nghiệm độ dính bám nhựa đá 58 Hình 3.12: Thí nghiệm xác định nhiệt độ bắt lửa bốc cháy nhựa .59 Hình 3.13: Xác định khối lƣợng riêng nhựa 60 Hình 3.14: Nhựa hịa tan benzen 61 Hình 3.15: Sấy nhựa 5h 1630C 62 Hình 3.16: Thí nghiệm xác định thành phần hạt 64 Hình 3.17: Thí nghiệm xác định độ ẩm 65 Hình 3.18 - Biểu đồ cấp phối hạt BTN hạt mịn .71 Hình 3.19 - Biểu đồ cấp phối hạt BTN hạt trung .75 Hình 3.20: Sấy nóng cốt liệu trƣớc trộn mẫu 77 Hình 3.21: Kiểm tra nhiệt độ nhựa đƣờng trƣớc trộn .77 100 Hình 4.13 – Độ rỗng cốt liệu BTN sử dụng cốt liệu hạt mịn Hình 4.14 – Độ rỗng cốt liệu BTN sử dụng cốt liệu hạt trung Qua kết nghiên cứu hình 4.13 4.14 ta thấy độ rỗng cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt thấp nhiều so với bê tông nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm Công thức xác định độ rỗng cốt liệu: 101 VMA = 100 – [Dung thực tế x (100 - % Nhựa sử dụng)/Thể tich riêng tổng cốt liệu] (4.1) Dựa vào cơng thức tính độ rỗng cốt liệu VMA (4.1) ta thấy độ rỗng cốt liệu tỷ lệ nghịch với dung trọng thức tế hỗn hợp bê tông nhựa, theo kết hình 4.1 4.2 dung trọng thực tế bê tông nhựa sử dụng cốt liệu xỉ cao cốt liệu đá dăm nên độ rỗng bê tông nhựa sử dụng cốt liệu xỉ thấp Cụ thể hàm lƣợng nhựa 5.50% bê tông nhựa hạt mịn độ rỗng BTN sử dụng xỉ sắt 22.93% BTN sử dụng đá dăm 8.10% Ở hàm lƣợng nhựa 5.50% bê tông nhựa hạt trung modun đàn hồi BTN sử dụng xỉ sắt 11.38(KG/cm2) BTN sử dụng đá dăm 8.14 (KG/cm2) 4.1.7 CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN: Cƣờng độ chịu nén biểu thị khả chịu lực cuả bê tông nhựa điều kiện nhiệt độ khác Cƣờng độ chịu nén cƣờng độ giới hạn nén mẫu chuẩn (Đƣờng kinh d=101mm, 71,4mm 50,5mm Cƣờng độ BTN phụ thuộc nhiệt độ: Nhiệt độ tăng cƣờng độ giảm, nhiệt độ giảm cƣờng độ tăng nhựa đƣờng có tính chảy dẻo Ngồi cƣờng độ BTN cịn phụ thuộc vào yếu tố nhƣ: tỉ lệ thành phần vật liệu cấu tạo đặc biệt hàm lƣợng nhựa, hàm lƣợng bột khống bên cạnh cịn phụ thuộc cơng nghệ làm đặc: công nghệ chế tạo, công nghệ thi công Cƣờng độ BTN đƣợc xác định thí nghiệm Marshall: Độ bền theo Marshall độ lớn cuả lực phá hoại mẫu có kích thƣớc tiêu chuẩn, mẫu có chiều cao khác chuẩn phải đƣợc điều chỉnh 102 Hình 4.15 – Cƣờng độ nén BTN sử dụng cốt liệu hạt mịn Hình 4.16 – Cƣờng độ nén BTN sử dụng cốt liệu hạt trung Theo kết nghiên cứu cƣờng độ nén hình 4.15 bê tông nhựa sử dụng cấp phối hạt mịn xỉ sắt đá dăm hàm lƣợng nhựa tăng từ 4.5%-5.0% cƣờng độ nén tăng, nhiên hàm lƣợng nhựa 5.0% cƣờng độ nén 103 bắt đầu giảm dần suy hàm lƣợng nhựa tối ƣu sử dụng cho bê tơng nhựa cấp phối hạt mịn từ 4.5%-5.0% Điều giải thích bê tơng nhựa, nhựa đóng vai trị nhƣ vữa xi măng bê tông xi măng, ban đầu cốt liệu hấp phụ nhựa, sau đạt đến độ bão hồ xuất lƣợng nhựa dƣ Bản chất nhựa đƣờng chịu kéo tốt chịu nén kém, nên xuất nhựa dƣ qua trình nén lƣợng nhựa dƣ bị phá hoại trƣớc mà chƣa phá hoại cốt liệu, từ cƣờng độ giảm Theo kết nghiên cứu cƣờng độ nén hình 4.16 bê tơng nhựa sử dụng cấp phối hạt trung xỉ sắt đá dăm hàm lƣợng nhựa tăng từ 5.5%-6.0% cƣờng độ nén tăng, nhiên hàm lƣợng nhựa 6.0% cƣờng độ nén bắt đầu giảm dần suy hàm lƣợng nhựa tối ƣu sử dụng cho bê tông nhựa cấp phối hạt mịn từ 5.5%-6.0% Khi nghiên cứu cƣờng độ bê tông nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm, xỉ hàm lƣợng tối ƣu cƣờng độ bê tơng nhựa sử dụng xỉ cao tƣơng đƣơng bê tông nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm Điều có nghĩa sử dụng xỉ làm cốt liệu thay đá bê tông nhựa để đạt tiêu lý theo yêu cầu 4.1.8 THƢƠNG SỐ MARSHALL: Hình 4.17 – Thƣơng số Marshall BTN sử dụng cốt liệu hạt mịn 104 Hình 4.18 – Thƣơng số Marshall BTN sử dụng cốt liệu hạt trung Qua kết nghiên cứu hình 4.17 4.18 ta thấy thƣơng số Marshall bê tông nhựa sử dụng xỉ sắt cao hẳn bê tông nhựa sử dụng đá dăm Ở hàm lƣợng 5% bê tông nhựa hạt mịn độ chênh lệch chƣa cao nhƣng hàm lƣợng cịn lại bê tơng nhựa cấp phối hạt mịn hạt trung độ chênh lệch thƣơng số Marshall thể rõ rệt Công thức xác định thƣơng số Marshall: Thƣơng số Marshall = Độ ổn định 1h/Chỉ số dẻo (4.2) Theo công thức (4.2) ta thấy thƣơng số marshall tỷ lệ thuận với độ ổn định tỷ lệ nghịch với số dẻo Vì bê tơng nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt ln có độ ổ định cao số dẻo thấp bê tông nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm nên thƣơng số Marshall thể cao 105 4.1.9 MODUN ĐÀN HỒI: Hình 4.19 – Modun đàn hồi Marshall BTN sử dụng cốt liệu hạt mịn Hình 4.20 – Modun đàn hồi Marshall BTN sử dụng cốt liệu hạt trung 106 Modun đàn hồi tính chất quan trọng bê tơng nhựa, modun đàn hồi cao khả chống biến dạng, đàn hồi lớn Công thức xác định modun đàn hồi bê tông asphalt theo công thức thực nghiệm Nijboer nhƣ sau: Edh,600  1.6  S (kG/cm2) (4.3) F Trong đó: S: Độ ổn định Marshall (KN) F: Độ dẻo Marshall (mm) Qua kết nghiên cứu thể hình 4.19 4.20 ta dễ dàng nhận thấy modun đàn hồi bê tông nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt cao tƣơng đƣơng bê tông nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm Ở hàm lƣợng nhựa 6.50% bê tông nhựa hạt mịn modun đàn hồi BTN sử dụng xỉ sắt 7.88(KG/cm2) BTN sử dụng đá dăm 3.52 (KG/cm2) Ở hàm lƣợng nhựa 5.50% bê tơng nhựa hạt trung modun đàn hồi BTN sử dụng xỉ sắt 11.38(KG/cm2) BTN sử dụng đá dăm 8.14 (KG/cm2) Từ ứng dụng xỉ sắt cho việc sản xuất bê tông nhựa áp dụng vào thực tế 107 Chƣơng 5: KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu tính chất xỉ sắt bê tơng nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt tác giả rút số kết luận sau: Hiện tại, với xu phát triển khu vực phía nam hình thành nhiều nhà máy thép nên thải lƣợng xỉ sắt lớn Chúng ta phải nhanh chóng tiến hành biện pháp xử lý để tránh gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng Theo nghiên cứu trƣớc đây, xỉ sắt đơn chất trơ, chứa nhiều hàm lƣợng oxýt Fe2O3 không gây ảnh hƣởng đến sức khoẻ ngƣời Vì ứng dụng cho xây dựng, bê tông bê tông asphalt Thành phần dùng cho bê tông asphalt gồm có hỗn hợp cốt liệu, bitum, bột khống: – Cốt liệu đóng vai trị quan trọng hỗn hợp bê tơng asphalt Nó chiếm khoảng 92 đến 96% tổng khối lƣợng vật liệu bê tông asphalt, khung chịu lực cho bê tơng asphalt – Bitum đóng vai trị chất kết dính bê tơng asphalt – Bột khống khơng nhét đầy lỗ rỗng loại cốt liệu, làm tăng độ đặc hỗn hợp mà cịn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum mặt hạt khoáng mỏng nhƣ lực tƣơng tác chúng tăng lên, cƣờng độ độ bền nƣớc bê tơng asphalt tăng lên Tính chất chủ yếu bê tông asphalt dung trọng thực tế, số dẻo, độ ổn định, cƣờng độ nén, modun đàn hồi, thƣơng số marshall Các tính chất đƣợc xác định theo phƣơng pháp thiết kế chế tạo mẫu Marshall 108 Nguyên vật liệu đƣợc sử dụng nghiên cứu bao gồm xỉ sắt có kích thƣớc hạt trung, hạt mịn, đá dăm có kích thƣớc hạt trung, hạt mịn, bột khoáng, bitum – Thành phần hoá xỉ sắt gồm 20.54% Fe2O3, 32.21% CaO, 19.14% SiO2, 5.43% Al2O3, 6.22% MgO, 7.88% cặn không tan số thành phần khác – Xỉ sắt sau gia cơng loại cốt liệu có cƣờng độ, cấu trúc hạt nhám, có nhiều lỗ rỗng bề mặt – Trong nghiên cứu sử dụng lƣợng nhựa từ 5.0% ÷ 6.5% cho cấp phối bê tơng asphalt hạt mịn 4.0%÷6.0% cho cấp phối bê tơng asphalt hạt trung – Nghiên cứu sử dụng xỉ sắt đá Hố An làm cốt liệu, sau đúc mẫu theo phƣơng pháp Marshall để khảo sát ảnh hƣởng loại cốt liệu, lƣợng nhựa đến tính chất bê tông asphalt Khi sử dụng xỉ sắt, đá dăm làm cốt liệu cho bê tơng asphalt có xu hƣớng chung là: – Hàm lƣợng nhựa tối ƣu bê tông asphalt sử dụng cốt liệu hạt mịn từ khoảng 5.5%-6.0% hàm lƣợng nhựa tối ƣu bê tông asphalt sử dụng cốt liệu hạt trung 5.0%-5.5% – Về bản, sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu bê tông asphalt hàm lƣợng nhựa tăn, độ rỗng khơng khí giảm, độ dẻo giảm, độ ổn định tăng, cƣờng độ tƣơng đƣơng khả chống biến dạng, modun đàn hồi tốt so với bê tông asphalt sử dụng đá Điều có nghĩa hồn tồn sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu thay đá bê tông asphalt – Khi sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu cho bê tơng asphalt cƣờng độ chịu nén lớn 70 daN/cm2, thƣơng số Marshall lớn 0.4, tỷ số độ ổn 109 định 24h/1h lớn 75% ứng dụng xỉ sắt làm cốt liệu sản xuất bê tông asphalt cho đƣờng cấp I II Kiến nghị: Đây kết nghiên cứu ban đầu việc sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu cho bê tơng asphalt, thời gian có hạn nên đề tài tập trung tính chất lý Trong tƣơng lai, mở rộng nghiên cứu theo số hƣớng sau: – Nghiên cứu độ bền bê tông asphalt sử dụng xỉ sắt – Ảnh hƣởng bê tông asphalt sử dụng xỉ sắt đến môi trƣờng sức khoẻ ngƣời – Nghiên cứu xỉ sắt làm cốt liệu cho bê tông xi măng Đồng thời dựa kết nghiên cứu ban đầu áp dụng cho dự án đƣờng giao thơng nhỏ để theo dõi theo thời gian, đƣa kết so sánh với bê tông asphalt sử dụng cốt liệu đá thông thƣờng TÀI LIỆU THAM KHẢO Bê tông asphan – GS.TS Phạm Duy Hữu (Chủ biên), PGS.TS Vũ Đức Chính – TS Đào Văn Đông - ThS Nguyễn Thanh Sang The Shell Bitum Handbook – Fifth edition Shell Company 22TCN 249 – 98: Quy trình thi cơng nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa 22TCN 279 – 01: Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc 22TCN 58 – 84: Quy trình thí nghiệm bột khống chất dùng cho bê tông nhựa đường 22TCN 62 – 84: Quy trình thí nghiệm bê tơng nhựa Use of low CaO unprocessed steel slag in concrete as fine aggregate Hisham Qasrawi, Faisal Shalabi, Ibrahim Asi Civil Engineering Department, The Hashemite University, Zarqa 13115, Jordan Iron and Steel Making Slag – Environmentally Responsible Construction Aggregates NSA – National slag Association Steel slag: application for AMD P.Ziemkiewicz National Mine Land Reclamation Center, West Virginia University, Box 6064, Morgantown, WV 26505-6064; Phone: (304) 293 2867 x5441 10 Asphalt Pavement Engineering Hugh A.Wallace - J Rogers Martin 11 Steel slag in hot mix asphalt concrete, Final Report, State Research Project #511, byLiz Hunt, P.E.Research Coordinator and Glenn E Boyle Bituminous Mix Design Supervisor, Retired 12 Eaf Steel Slag Application Posibilities In Croatian Asphalt Mixture Production; Tahir Sofilic, Alenka Rastovcan-Mioc, Boro Mioc, Mario Cosic, Una Sofilic, Vesna Merle 13 Jigar, P., Steel slag aggregates in Concrete, Thesis, Cleveland State University, 2008 14 Maslehuddin, M., Alfarabi, M., Shameem, M., Ibrahim and M.S Barry, Comparision of properties of steel slag and crushed lime stone aggregate concretes, Construction and Building Materials, 17, 105 – 112, 2003 15 Fistric, M., Strineka, A., and Roskovic, R., Property of steel slag aggregate and steel slag asphalt concrete, Slovenski Kongres O Cestah In Prometu, 22, 1359 – 1366, 2010 16 Emery, J.: Steel Slag Utilization in Asphalt Mixes, National Slag Association, MF 186-1, www.nationalslagassoc.org 17 Lewis, D.W.: Properties and Uses of Iron and Steel Slags National Slag Association, MF 182-6, www.nationalslagassoc.org 18 Van Oss, H G.: Slag – Iron and Steel, U.S Geological Survey 2007 Minerals Yearbook, minerals.usgs.gov 19 The European Slag Association: Legal Status of Slags, EUROSLAG, Position paper, www.euroslag.org 20 ASTM D1559, Marshall method of mix design 21 ASSHTO T245 – 94: Resistance to plastic flow of bituminous mixtures 22 ASSHTO T209 – 94: Maximum specific gravity of asphalt 23 Eaf Steel Slag Application Posibilities In Croatian Asphalt Mixture Production; Tahir Sofilic, Alenka Rastovcan-Mioc, Boro Mioc, Mario Cosic, Una Sofilic, Vesna Merle 24 The Slag Sector in the Steel Industry - The Japan Iron and Steel Federation Nippon Slag Association 25 National Slag Association, Environmental Technical Bulletin May 26, 2003 26 Subgrade Stabilization Using Recycled Asphalt Pavement and Fly Ash Mixtures By Tyson D Rupnow - Undergraduate Research Assistant Iowa State University 394 Town Engineering Building Ames, Iowa 50011 Tel: (515) 294-7690 27 Slag - Iron & Steel By Rustu S Kalyoncu Domestic survey data and tables were prepared by Robin C Kaiser, statistical assistant 28 Xử lý xỉ thải nhà máy thép: Lãng phí nhiễm Báo Bà Rịa – Vũng Tàu ngày 08/04/2009 29 Steel slag in hot mix asphalt concrete Final Report State Research Project #511 By Liz Hunt, P.E.Research Coordinator and Glenn E 30 Bài giảng thí nghiệm đường tơ – Bộ mơn cầu đường Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh 31 www.thuongmai.vn/index.php?option=com_content&view=article&id=27633:nh u-cau-ve-thep-se-tang-manh-trong-nam-toi&catid=38:thi-truong-quoc te&Itemid=398 32 http://www.fhwa.dot.gov/research/ LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Phi Sơn Ngày, tháng, năm sinh: 03/12/1985 Nơi sinh: Nghệ An Địa liên lạc: 10 – Lê Thị Riêng, P.9, TP.Vũng Tàu, Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 2003 – 2008: Sinh viên Ngành Vật liệu Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Từ năm 2009 – 2011: Học viên cao học Ngành Vật liệu Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC Từ năm 2008 – 2010: Cơng tác Công ty TNHH Mapei Việt Nam – CN Hồ Chí Minh Từ năm 2010 – Nay : Cơng tác Công ty Cổ phần Đầu tư Xây Lắp Dầu Khí Sài Gịn DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Tran Van Mien and Nguyen Phi Son Properties of Asphalt Concrete using Steel slag as Aggregates The 5th SEATUC symposium, Ha Noi, February 23-25.2011, Section OS 10, pp576 ... thiết phải nghiên cứu ứng dụng phế thải xỉ sắt việc thay cốt liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng, cụ thể bê tông asphalt - Nghiên cứu tính chất lý xỉ sắt nguyên liệu sản xuất bê tông asphalt -... nƣớc thải công nghiệp chảy qua 10 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ SẮT TRONG BÊ TÔNG ASPHALT: Trên giới, xỉ sắt đƣợc nghiên cứu sử dụng thay phần toàn phần cốt liệu sử dụng bê tông xi măng bê tông. .. bê tông asphalt sử dụng xỉ sắt đá dăm theo phương pháp Marshall - Thí nghiệm tinh chất lý mẩu bê tông asphalt sử dụng cốt liệu xỉ sắt đá dăm - So sánh kết mẫu bê tông asphalt sử dụng cốt xỉ cốt