Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu trong chế tạo bê tông xi măng ở Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TÔN NỮ PHƯƠNG NHI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Vật liệu Công nghệ vật liệu xây dựng Mã số: 605880 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 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 1: GS.TSKH Phùng Văn Lự Cán chấm nhận xét 2: TS Lê Anh Tuấn Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày…9….tháng…8….năm…2014… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Nguyễn Văn Chánh – Chủ tịch Hội đồng TS Vũ Quốc Hoàng – Thư ký Hội đồng GS TSKH Phùng Văn Lự – Ủy viên Phản biện TS Lê Anh Tuấn – Ủy viên Phản biện TS Trần Văn Miền – Ủy viên Hội đồng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG 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: Tôn Nữ Phương Nhi MSHV:10190719 Ngày, tháng, năm sinh: 30/3/1982 Nơi sinh: Lệ Thủy – Quảng Bình Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 605880 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên c u sử d ng x thép làm cốt liệu chế tạo bê tông xi măng Việt Nam II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - - - Tổng quan tình hình nghiên c u x thép dùng làm cốt liệu bê tông nước giới Nghiên c u sở khoa học đề tài Phân tích nguyên liệu đầu vào: ch tiêu lý xi măng, cát, đá x thép Thiết kế cấp phối BTXM cốt liệu đá dăm cốt liệu x thép mác 30Mpa 40Mpa Kiểm tra tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng cốt liệu x thép dùng cho đường giao thông: độ s t, khối lượng thể tích, độ hút nước, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, modul đàn hồi, độ chống mài mịn, tính thấm nước độ bền bê tông; so sánh với mẫu đối ch ng bê tông cốt liệu đá thiên nhiên Phân tích vi cấu trúc kính hiển vi điện tử quét (SEM) Kết luận kiến nghị đề tài III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10 / 02/ 2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20 / 06 / 2014 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến sỹ Trần Văn Miền Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Trần Văn Miền tháng năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS Nguyễn Văn Chánh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, muốn cảm ơn gia đình ln bên động viên, tạo điều kiện để tơi n tâm thực đề tài Luận văn tốt nghiệp tơi hồn thành thành q trình học tập, rèn luyện tích lũy kiến thức Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh học hỏi từ kinh nghiệm thực tế Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Bộ môn Vật liệu cấu kiện xây dựng, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho Cảm ơn anh chị, bạn đồng nghiệp, em sinh viên ngành Vật liệu xây dựng khóa 2009 trường Đại học Bách khoa TP HCM em sinh viên khóa 35 ngành Cơng nghệ vật liệu trường Cao đẳng Giao thông vận tải III TP HCM giúp đỡ thời gian làm thực nghiệm phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng B7 & B6 Đặc biệt, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy TS Trần Văn Miền, người tận tình hướng dẫn giúp tơi hồn thành luận văn Vì thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế, chắn đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến từ Thầy Cô, anh chị bạn Chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2014 Học viên TÔN NỮ PHƯƠNG NHI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên c u thực cá nhân, thực sở nghiên c u lý thuyết, nghiên c u thực hành sở nguyên vật liệu địa phương khu vực Thành phố Hồ Chí Minh lân cận Các số liệu kết luận văn trung thực, chưa cơng bố bất c hình th c Nội dung luận văn có tham khảo sử d ng tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang web theo danh m c tài liệu tham khảo luận văn Tác giả luận văn Tơn Nữ Phương Nhi TĨM TẮT Tận d ng nguồn thải ngành công nghiệp vấn đề nước giới nói chung Việt Nam nói riêng đặc biệt quan tâm Tại Việt Nam, lượng x thép thải từ nhà máy luyện thép triệu tấn/năm - nguồn chất thải công nghiệp khổng lồ Nếu giải cách chôn lấp gây tốn kém, tốn quỹ đất, ô nhiễm môi trường Đề tài nghiên c u thay hoàn toàn đá thiên nhiên x thép làm cốt liệu lớn bê tông xi măng X lấy từ khu công nghiệp Phú Mỹ phân tích thành phần hóa, khối lượng riêng, độ hút nước, độ mài mòn, độ nén dập độ bền mơi trường sunfate Kết phân tích cho thấy hàm lượng Fe 2O3 x thép lớn (39,2%) làm tăng đáng kể khối lượng riêng x (gấp ~ 1,3 lần đá) Ngoài ra, có cấu trúc rỗng với nhiều lỗ rỗng thơng nhau, hạt x có độ hút nước lớn đá Các thí nghiệm tính chất học cốt liệu cho thấy so với đá, x thép có độ nén dập xi lanh lớn hệ số hóa mềm lại thấp hơn; độ hao mòn Los Angeles x thấp đáng kể; độ hao h t khối lượng x môi trường sunfate nhỏ Như nhược điểm lớn x có khối lượng riêng lớn, thông số khác tốt tương đương Đặc biệt độ x có mài mịn thấp đáng kể so với đá, yếu tố có lợi sử d ng x cho cơng trình đường giao thơng Bê tơng xi măng cốt liệu x cốt liệu đá khảo sát tính chất vật lý, tính chất học độ bền môi trường xâm thực Kết nghiên c u cho thấy: - Cốt liệu x thép làm giảm đáng kể độ lưu động hỗn hợp bê tơng; làm tăng khối lượng thể tích bê tơng ảnh hưởng không nhiều đến độ hút nước bê tông - Bê tông sử d ng cốt liệu x có tính chất học tốt tương đương với bê tông cốt liệu đá thiên nhiên Quy luật phát triển cường độ nén bê tông cốt liệu x giống với quy luật phát triển cường độ nén bê tông cốt liệu đá Đặc biệt bê tơng cốt liệu x có khả chống mài mịn tốt so với bê tơng cốt liệu đá - Trong môi trường xâm thực axit (axit HCl), bê tông cốt liệu x thép bền so với bê tông cốt liệu đá Tuy nhiên môi trường xâm thực sunfate (MgSO4) , khả chống xâm thực bê tông cốt liệu x lại tương đương bê tông cốt liệu đá - Có thể sử d ng x thép làm cốt liệu để chế tạo bê tông xi măng có mác 30 MPa 40 MPa làm kết cấu mặt đường giao thông ABSTRACT Ultilization of industrial waste has always been a matter of concern to all the countries around the world in general and Vietnam to be specific In Vietnam, the steel slag produced from steel plants is about a million ton/year - this is a huge industrial waste If it is dealt with burying – that will be so expensive, waste of land, and damage to environment In this work, steel slag was used as replacement of limestone as coarse aggregate in concrete Steel slag from Phu My industrial zone was analyzed on chemical composition, specific gravity, bulk specific gravity, water absorption, abrasion, crushing value and soundness in sunfate The result points out that the Fe2O3 content in the steel slag is quite high (about 39,2%), which increases the specific gravity of the steel slag (1,3 times to stone) Alongside, due to the porous structure with many interconnected voids, the water absorption of steel slag is higher than stone Testing of the mechanical properties of aggregate show that compared to stone, the crush value of steel slag is higher but the softening coefficient is lower; the L.A abrasion of steel slag is lower, and the loss of weight of steel slag is smaller in sulfate Therefore, the biggest defect of steel slag is specific gravity while the other statistic is equivalent of or better than stone Especially, the abrasion of steel slag is significant lower than stone, which makes it an advantageous factor to the making of the road surface Concrete which contain steel slag and limestone is surveyed on the physical, mechanical properties and the durability in corrosion environment From the result, we can jump to some conclusions such as: - Steel slag makes the workability of concrete mixture low, increases the bulk specific gravity and doesn't affect so much to the water absorption of concrete - Mechanical properties of steel slag concrete are equivalent of or better than limestone concrete The developing rules of the compressive strength of steel slag concrete is similar to limestone concrete - In HCl environment, steel slag concrete is not as durable as limestone concrete However, in sunfate environment (MgSO4), the ability to anti-erode of steel slag concrete is equivalent to limestone concrete - Using the results we have above, we can use steel slag as the aggregate to create concrete 30MPa and 40MPa as the structure of road Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu 1.2 Giới thiệu xỉ thép 1.2.1 Quá trình hình thành 1.2.2 Ứng dụng xỉ thép xây dựng 1.3 Tình hình nghiên cứu xỉ thép giới Việt Nam 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 12 1.4 Tổng quan tình hình xây dựng đường bê tơng xi măng Việt Nam 14 1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 16 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 16 1.5.2 Nội dung nghiên cứu 17 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 18 2.1 Lý thuyết trình đóng rắn xi măng Portland [6] 18 2.2 Cấu trúc bê tông xi măng [4], [6] 25 2.3 Ảnh hưởng hàm lượng tính chất cốt liệu đến tính chất bê tơng [6] 29 2.4 [7] Độ bền chống xâm thực bê tông xi măng môi trường axit muối axit 36 2.4.1 Trong môi trường axit 37 2.4.2 Trong môi trường muối axit 38 2.5 Bê tông xi măng làm đường giao thông 40 HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi i Luận văn thạc sỹ 2.5.1 GVHD: TS Trần Văn Miền Sự làm việc mặt đường BTXM tác dụng tải trọng yếu tố tự nhiên 40 2.5.2 Đặc điểm tính chất BTXM làm đường giao thông 40 2.5.3 Yêu cầu kỹ thuật BTXM làm đường giao thông 42 CHƯƠNG 3.1 HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 Hệ nguyên vật liệu sử dụng 43 3.1.1 Xi măng 43 3.1.2 Cốt liệu nhỏ 43 3.1.3 Cốt liệu lớn 45 3.1.4 Nước 57 3.1.5 Phụ gia siêu dẻo 57 3.2 Phương pháp thực nghiệm 58 3.3 Thiết kế cấp phối bê tông xi măng 58 3.4 Sơ đồ bước tiến hành nghiên cứu 60 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 61 4.1.1 Ảnh hưởng xỉ th p đến độ lưu động h n hợp bêtông 61 4.1.2 Ảnh hưởng xỉ th p đến khối lượng thể tích độ hút nước bê tông 63 4.1.3 Ảnh hưởng xỉ th p đến phát triển cường độ nén bê tông 65 4.1.4 Ảnh hưởng xỉ th p đến mô đun đàn hồi bê tông 68 4.1.5 Ảnh hưởng xỉ th p đến cường độ chịu kéo bê tông 70 4.1.6 Ảnh hưởng xỉ th p đến tính thấm nước bê tơng 74 4.1.7 Ảnh hưởng xỉ th p đến độ mài mịn bê tơng 75 HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi ii Luận văn thạc sỹ 4.1.8 CHƯƠNG GVHD: TS Trần Văn Miền Độ bền chống xâm thực bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 5.1 Kết luận 83 5.2 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi iii Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Hình 4.10: Cường độ chịu kéo uốn bê tông tương ứng với tỉ lệ N/X khác Theo TCVN 3119:1993, cường độ kéo dọc trục bê tơng, Rk, tính theo cường độ kéo uốn, Rku, công thức: Rk = 0,58xRku (4.2) Từ suy cường độ kéo dọc trục bê tông bảng sau: Bảng 4.9: Cường độ chịu kéo dọc trục bê tông theo tỉ lệ N/X N/X=0,48 Cấp phối Cường độ kéo dọc trục, MPa N/X=0,62 Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm 2,6 1,8 2,0 1,4  Nhận xét: Là vật liệu giòn nên cường độ chịu kéo uốn bê tông thấp so với cường độ chịu n n Cũng cường độ n n, cường độ kéo bê tơng chủ yếu phụ thuộc vào tổng diện tích mặt cốt liệu, chất lượng tiếp xúc hạt cốt liệu đặc tính đàn hồi k o độ đặc cấu trúc bê tơng [6] Từ kết thí nghiệm nhận thấy, mẫu bêtơng cốt liệu xỉ có tỉ lệ cường độ kéo uốn cường độ nén 1/10 tỉ lệ mẫu đối chứng thấp hơn, 1/13 Ngoài nguyên nhân tiếp xúc tốt hạt cốt liệu xỉ thép đá xi măng, HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 73 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền giải thích cốt liệu xỉ thép có mô đun đàn hồi cao cốt liệu đá nên làm tăng cường độ chịu kéo uốn bê tông lên Với cường độ kéo uốn 4,5MPa, cấp phối bê tông cốt liệu xỉ với tỉ lệ N/X=0,48 hồn tồn dùng để chế tạo mặt đường bê tông xi măng từ cấp III trở xuống [20] 4.1.6 Ảnh hưởng xỉ thép đến tính thấm nước bê tông chống thấm nước bê tơng thí nghiệm theo TCVN 3116:1993 Tất mẫu thí nghiệm tăng áp lực nước từ cấp thấp daN/cm2 đến cấp áp lực tương ứng với mác chống thấm B12 Kết nghiên cứu cho thấy không xuất hiện tượng thấm nước mẫu bê tông cốt liệu xỉ mẫu bê tông cốt liệu đá tự nhiên Tuy nhiên, bửa mẫu thấy chiều sâu thấm nước mẫu khác độ chênh lệch mẫu bê tông cốt liệu xỉ mẫu bê tông đối chứng khơng nhiều (bảng 4.10) (a) (b) Hình 4.11: Chiều sâu thấm bê tông cốt liệu xỉ thép có tỉ lệ N/X=0,48(a) N/X=0,62(b) Bảng 4.10: Chiều sâu thấm nước bê tông cốt liệu xỉ th p bêtông cốt liệu đá dăm N/X=0,48 Cấp phối Chiều sâu thấm, cm HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi N/X=0,62 Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm 2,5 4,5 5,1 74 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Sự thấm lọc nước áp lực thủy tĩnh bê tơng có độ đặc trung bình chủ yếu theo mao quản thơ thơng có đường kính > 1m theo hốc r ng bé miền tiếp xúc đá xi măng cốt liệu Những hốc r ng tạo thành tách nước bên hạt xi măng trầm lắng, xuất kẽ nứt co ngót bê tơng [6] Khi tỉ lệ N/X tăng, lượng chất kết dính giảm lượng nước dư thừa đá xi măng tăng L r ng mao quản bê tông lượng nước dư thừa bốc nhiều, nước dễ dàng thấm qua Điều hoàn toàn phù hợp với kết cường độ nén bêtông: mẫu đặc cường độ cao Đối với cơng trình đường giao thơng, bê tơng cần có độ chống thấm nước hợp lý Kết thí nghiệm cho thấy hồn tồn ứng dụng cấp phối bê tông xỉ với mác chống thấm B12 để làm mặt đường bê tông xi măng 4.1.7 Ảnh hưởng xỉ thép đến độ mài mịn bê tơng Độ mài mịn bê tơng thí nghiệm trạng thái khơ tự nhiên khơng khí theo TCVN 3114:1993 Mẫu có hình khối lập phương kích thước 7.07cmx7.07cmx7.07cm Độ mài mòn đặc trưng hao mòn khối lượng bề mặt mẫu suốt trình mài, tương ứng với quãng đường dài 600m Chọn mặt chịu tác dụng mài mòn mặt hở đúc mẫu lúc chịu lực thực tế (a) (b) Hình 4.12: Mẫu bê tông xỉ trước (a) sau (b) bị mài mịn  Kết thí nghiệm: HVTH: Tơn Nữ Phương Nhi 75 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Độ mài mịn M tính g/cm2 xác đến 0.01g/cm2 theo cơng thức M = (m0-m1)/F Trong m0 khối lượng mẫu trước lúc mài (g), m1 khối lượng mẫu sau chu kỳ mài (g), F diện tích mặt mẫu bị mài F (cm2) Bảng 4.11: Kết độ mài mòn mẫu bê tông xỉ theo tỉ lệ N/X mo, g m1, g F, cmxcm M, g/cm2 1005 991 7,09x7,13 0,28 984 968 7,10x7,12 0,32 977 962 7,14x7,07 0,30 954 927 7,23x7,10 0,53 977 956 7,19x7,18 0,41 996 977 7,23x7,14 0,37 TT Tỉ lệ N/X 0,48 0,62 Mtb, g/cm2 0,30 0,41 Bảng 4.12: Kết độ mài mịn mẫu bê tơng đá theo tỉ lệ N/X mo, g m1, g F, cmxcm M, g/cm2 893 871 7,15x7,16 0,43 890 866 7,16x7,14 0,47 893 870 7,10x7,14 0,45 863 839 7,12x7,2 0,47 861 834 7,18x7,16 0,53 862 836 7,18x7,16 0,50 TT Tỉ lệ N/X 0,48 0,62 Mtb, g/cm2 0,45 0,50  Nhận xét: Từ bảng kết độ mài mịn cho thấy, mẫu bê tơng cốt liệu xỉ có độ mài mịn thấp đáng kể so với bê tông sử dụng cốt liệu đá dăm Nguyên nhân cấu trúc đá xi măng bê tông đá dăm r ng hơn, cường độ thấp bê tơng cốt liệu xỉ nên dễ bị bong tróc, mài mịn Ngồi ra, cốt liệu xỉ th p có khả chống hao mịn tốt cốt liệu đá dăm, từ góp phần làm cho độ chống mài mịn HVTH: Tơn Nữ Phương Nhi 76 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền bê tông sử dụng cốt liệu xỉ th p tăng lên Đáng lưu ý có tỉ lệ N/X=0,62 bê tơng cốt liệu xỉ bị mài mịn bê tơng đá dăm có tỉ lệ N/X=0,48 Điều hồn tồn hợp lý xỉ thép có độ hao mòn Los angeles (11,6%) thấp nhiều so với đá dăm (20,3%) Từ kết nghiên cứu nêu trên, cấp phối bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thépvới tỉ lệ N/X=0,48 dùng cho thi cơng mặt đường BTXM với đường ô tô cấp III trở lên (độ mài mịn ≤ 0,3g/cm2), bê tơng cốt liệu xỉ thép có N/X=0,62 dùng cho mặt đường BTXM cấp IV trở xuống (độ mài mòn ≤ 0,6g/cm2) [20] 4.1.8 Độ bền chống xâm thực bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép Mẫu bê tông sau dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn đến 28 ngày tuổi, ngâm môi trường muối MgSO4 5% dung dịch axit HCl 5% thời gian 2, tháng (8, 12 16 tuần) Sau kết thúc thời gian ngâm dung dịch xâm thực, mẫu bê tông lấy ra, lau khô bề mặt mẫu trước tiến hành kiểm tra cường độ chịu n n (a) (b) Hình 4.13: Bề mặt mẫu sau ngâm tháng HCl (a) MgSO4 (b) HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 77 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền 4.1.8.1 Ngâm dung dịch HCl 5%  Kết thí nghiệm: Bảng 4.13: Sự phát triển cường độ nén bê tông ngâm dung dịch HCl 5% TT Cấp phối bê tông Cường độ bê tông , MPa N/X R2t R3t R4t 38,0 31,8 29,5 39,6 38,5 35,6 28,34 24,2 21,9 29,4 27,7 25,0 Bê tông cốt liệu xỉ (X) Bê tông cốt liệu đá thiên nhiên (D) Bê tông cốt liệu xỉ (X) Tỷ lệ Bê tông cốt liệu đá thiên nhiên (D) 0.48 0.62 Hình 4.14: Cường độ nén bê tông ngâm nước tháng (R28) ngâm dung dịch HCl 5% 2, tháng  Nhận xét: Từ biểu đồ nhận thấy cường độ chịu n n bê tông giảm thời gian ngâm dung dịch axit lâu Mặc dù cường độ ban đầu (ở 28 ngày) cao hơn, sau ngâm axit, cường độ chịu n n mẫu bê tông cốt liệu xỉ giảm thấp bê tông cốt liệu đá tự nhiên (hình 4.14) HVTH: Tơn Nữ Phương Nhi 78 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Sau thời gian ngâm dung dịch HCl 5% tháng, cường độ chịu n n mẫu bêtông đá dăm giảm khơng đáng kể (2,2-3,6%), bêtông cốt liệu xỉ giảm từ 15-17% Ở thời gian ngâm tháng, giảm cường độ rõ rệt, đặc biệt với bêtông cốt liệu xỉ: cường độ mẫu bê tông xỉ giảm đến 29% cịn bêtơng sử dụng đá dăm giảm từ 5% (N/X=0,48) đến 9% (N/X=0,62) so với cường độ 28 ngày Ở tháng, cường độ bê tông cốt liệu xỉ sắt giảm khoảng 35% Sau thời gian ngâm, quan sát bề mặt thấy bêtông cốt liệu xỉ ngả sang màu vàng nâu (h nh ), cấu trúc đá xi măng trở nên xốp r ng, dễ vỡ Rõ ràng bê tông cốt liệu xỉ bền so với bê tông đá môi trường axit Nguyên nhân chủ yếu hàm lượng oxit sắt cốt liệu xỉ thép lớn, thời gian đầu, ion sắt kết hợp với ion Clo để tạo FeCl2, theo thời gian sản phẩm thủy phân giải phóng ion Clo, đồng thời làm giảm pH anot Tốc độ ăn mịn tăng lên oxy hóa sắt diễn mạnh mẽ mơi trường có tính axit anot [7] Khi quan sát kính hiển vi điện tử quét, ảnh chụp mẫu bê tông cốt liệu xỉ (N/X=0,48) ngâm môi trường xâm thực khác cho thấy: 28 ngày tuổi, cấu trúc đá xi măng tương đối đặc chắc, khoáng liên kết với tốt, khoáng chủ yếu đá xi măng CSH có dạng bơng, dạng hình kim, ngồi cịn có khống portlandite dạng hình lục giác (hình 4.15) Hình 4.15: Ảnh chụp SEM mẫu bê tông cốt liệu xỉ 28 ngày tuổi HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 79 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Trong đó, với mẫu ngâm dung dịch dung dịch HCl 5%, cấu trúc đá xi măng tơi xốp, liên kết khống khơng chặt chẽ, có nhiều l r ng kích thước lớn (hình 4.16) Với cấu trúc rõ ràng cường độ bê tông giảm so với R28 Hình 4.16: Ảnh chụp SEM mẫu bê tông cốt liệu xỉ ngâm12 tuần dung dịch HCl 5% 4.1.8.2 Ngâm dung dịch MgSO4 5%  Kết thí nghiệm: Bảng 4.14: Sự phát triển cường độ nén bê tông ngâm dung dịch MgSO4 5% TT Cấp phối bê tông Cường độ bê tông , MPa N/X R2t R3t R4t 49,2 54,6 48,4 41,9 49,1 44,1 35,8 36,7 33,6 30,6 34,1 30,8 Bê tông cốt liệu xỉ (X) Bê tông cốt liệu đá thiên nhiên (D) Bê tông cốt liệu xỉ (X) Tỷ lệ Bê tông cốt liệu đá thiên nhiên (D) HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 0,48 0,62 80 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Hình 4.17: Cường độ nén bê tơng ngâm nước tháng (R28) ngâm dung dịch MgSO4 5% 2, tháng  Nhận xét: hi ngâm dung dịch MgSO4, thay đổi cường độ cấp phối bê tông không cịn giống với ngâm HCl (hình 4.17) Ở thời điểm tháng, cường độ tăng nhẹ tất mẫu Sau tháng, tăng cường độ diễn mạnh mẽ: với tỉ lệ N/X=0,48, bêtông cốt liệu xỉ sắt tăng 22%, bê tông đá dăm tăng 21%; với tỉ lệ N/X=0,62, bê tông xỉ tăng 7% , bêtông đá dăm tăng 12% so với R28 Tuy nhiên, thời điểm tháng, tất mẫu lại giảm cường độ Ngoài ra, thời gian đầu, quan sát thí nghiệm thấy bề mặt mẫu có tinh thể muối bám vào (hình 4.13) Giữa mẫu bê tông xỉ bê tông đối chứng khác biệt quy luật thay đổi cường độ Trong thời gian đầu, sản phẩm muối kết tinh tạo lấp đầy l r ng bê tông, làm tăng độ đặc bê tông làm tăng cường độ Tuy nhiên, sản phẩm tạo nhiều, đặc biệt tạo thành ettringit, gây nứt bê tông trương nở thể tích, từ làm giảm cường độ nén bê tơng Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét mẫu bê tông xỉ ngâm tháng MgSO4 cho thấy cấu trúc đặc bê tơng (hình 4.18) HVTH: Tơn Nữ Phương Nhi 81 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền Hình 4.18: Ảnh chụp SEM mẫu bê tông cốt liệu xỉ ngâm12 tuần dung dịch MgSO4 5% HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 82 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Trên sở kết nghiên cứu phân tích, đưa số kết luận sau: - Hiện tại, với xu phát triển của nhà máy luyện thép khu vực phía nam, lượng xỉ thép phát sinh gần triệu tấn/năm - nguồn chất thải công nghiệp khổng lồ Kết nghiên cứu cho thấy có hàm lượng oxit sắt cao nên xỉ thép có khối lượng riêng lớn đáng kể so với đá thiên nhiên Tuy nhiên, tính chất lý của xỉ thép tương đương với đá thiên nhiên, cốt liệu xỉ thép có độ mài mịn thấp cốt liệu đá thiên nhiên Vì dùng xỉ thép làm cốt liệu lớn chế tạo bê tông xi măng hồn tồn phù hợp, đặc biệt bê tơng xi măng dùng cho đường giao thông - Cốt liệu xỉ thép làm giảm đáng kể độ lưu động h n hợp bê tông đặc điểm nhám ráp bề mặt cấu trúc r ng; làm tăng khối lượng thể tích bê tơng ảnh hưởng khơng nhiều đến độ hút nước bê tông - Bê tơng sử dụng cốt liệu xỉ thép có tính chất học tốt tương đương với bê tông cốt liệu đá thiên nhiên Quy luật phát triển cường độ nén bê tông cốt liệu xỉ giống với quy luật phát triển cường độ nén bê tông cốt liệu đá Đặc biệt bê tông cốt liệu xỉ có khả chống mài mịn tốt so với bê tông cốt liệu đá - Trong môi trường xâm thực axit (axit HCl), bê tông cốt liệu xỉ thép bền so với bê tông cốt liệu đá thiên nhiên Tuy nhiên môi trường xâm thực sunfate, khả chống xâm thực bê tông cốt liệu xỉ lại tương đương bê tông cốt liệu đá - Từ kết đạt cho thấy sử dụng xỉ thép làm cốt liệu để chế tạo bê tơng xi măng có mác 30 MPa 40 MPa làm kết cấu mặt đường giao thông HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 83 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền 5.2 Kiến nghị Trên sở kết đề tài, đưa số kiến nghị hướng phát triển đề tài sau: - Cần nghiên cứu thêm số tính chất khác bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép như: độ co ngót bê tơng, biến dạng cường độ với tác dụng nhiệt độ - Với kết đạt được, nhận thấy mở rộng hướng nghiên cứu cách thay toàn cốt liệu tự nhiên (đá cát) cốt liệu xỉ thép (xỉ đá xỉ cát) để chế tạo bê tơng xi măng - Có thể mở rộng nghiên cứu ứng dụng cốt liệu xỉ thép dùng làm vật liệu cho móng đường, tận dụng triệt để nguồn thải ngành công nghiệp luyện thép HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 84 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dr Khidhair J.Mohammed, Dr.Falak O.Abbas & Mohammed O.Abbas, “Using of Steel Slag in Mo ification of Concrete Properties”, Eng & Tech Journal, Vol.27, No9, 2009 [2] Jigar P.Patel, “Broa er Use of Steel Slag ggregates in Concrete” – Masters thesis, Cleveland State University, 2008 [3] M Maslehuddin, Alfarabi M Sharif, M Shameem, M Ibrahim, M.S Barry, “Comparison of properties of steel slag and crushed limestone aggregate Concretes”, Construction and Building Materials, (17), 2003 [4] Phùng Văn Lự-Phạm Duy Hữu-Phan Khắc Trí, “Vật liệu xây dựng”, NXB Giáo dục, 2006 [5] Phạm Duy Hữu-Ngơ Xn Quảng-Mai Đình Lộc, “Vật liệu xây dựng”, NXB Giao thông vận tải, 2009 [6] Nguyễn Tấn Quý-Nguyễn Thiên Ruệ, “Giáo tr nh công nghệ bê tông xi măng Tập tập 2”, NXB Giáo dục, 2003 [7] Nguyễn Văn Chánh-Trần Văn Miền,“Ăn mòn chống ăn mòn bê tông cốt thép”, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2010 [8] Abdulaziz I Al-Negheimish, Faisal H Al-Sugair and Rajeh Z Al-Zaid, “Utilization of local steel making slag in concrete”, Journal of King Saud University, vol 9, 1997 [9] Juan M Manso, Juan A Polanco, Milagros Losanez, Javier J González, “Durability of concrete ma e with E F slag as aggregate”, Cement & Concrete Composites, 2006 [10] Caijun Shi, “Steel Slag—Its Pro uction, Processing, Characteristics”, Journal of materials in civil engineering, 2004 [11] H.Beshr, A.A.Almusallam, M.Maslehuddin,"Effect of Coarse Aggregates Quality on the Mechanical Properties of High Strength Concrete", Construction and Building Materials, 2003 [12] TS Trần Văn Miền, Ths Nguyễn Phi Sơn, “Nghiên cứu sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu cho bêtơng asphalt”, Tạp chí Xây dựng, số 5/2013 [13] GS.TS H Võ Đình Lương, “Hóa học cơng nghệ sản xuất xi măng”, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 85 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Trần Văn Miền [14] Lê Văn Quang, ”Nghiên cứu sử dụng cát mịn vùng đồng sông Cửu Long để ch tạo bê tông”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 2013 [15] Nguyễn Thị Thu Thủy, “Ảnh hưởng phụ gia bùn đỏ đ n đ n tính chất bê tơng làm đường giao thông”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 2013 [16] Nguyễn Quang Chiêu, “Giáo trình thi t k xây dựng mặt đường sân bay”, NXB Xây dựng, năm 2004 [17] Nguyễn Quang Chiêu, “Giáo tr nh mặt đường bê tông xi măng”, NXB Giao Thơng Vận Tải, năm 2004 [18] Hồng Minh Tiến-Nguyễn Thanh Nhàn, “Nghiên cứu tính chất bê tơng cường độ cao sử dụng cốt liệu xỉ sắt”, Luận văn tốt nghiệp đại học, Đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 2014 [19] Giáo trình PCA (Portland Cement Assosiation) [20] Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012, Bộ giao thông vận tải [21] Văn số 31/BXD-VLXD ngày 07/6/2011, Bộ Xây dựng [22] http://www.vatlieuxanh.net [23] Bản tin Vật liệu xanh – Số 01, tháng 06/2012 [24] http://www.euroslag.org [25] http://www.thanhnien.com.vn [26] http://baoxaydung.com.vn HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 86 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Tơn Nữ Phương Nhi Ngày sinh: 30/3/1982 Nơi sinh: Lệ Thủy – Quảng Bình Địa liên lạc: 189 Kinh Dương Vương, P.12, Q.6, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ 9/2000 – 5/2005: Học đại học trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, chuyên ngành Cầu đường Từ 9/2010 – nay: Học cao học trường Đại học Bách khoa TP.HCM, chuyên ngành Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ 6/2005 – 9/2006: Công tác Ban quản lý dự án cơng trình giao thơng tỉnh Thừa Thiên Huế Từ 10/2006 – nay: Công tác khoa Xây dựng, trường Cao đẳng GTVT III TP HCM ... lượng xỉ thay [1] Hình 1.15: Ảnh hưởng hàm lượng xỉ th p đến cường độ chịu uốn [1] Luận văn thạc sỹ Jigar P.Patel, “Ứng dụng cốt liệu xỉ bê tông? ?? [2], nghiên cứu chế tạo bê tông cốt liệu xỉ thép. .. tâm nghiên cứu Trên giới việc nghiên cứu sử dụng xỉ thép để chế tạo bê tông chủ yếu theo hai xu hướng chính: bê tơng xi măng bê tơng asphalt Khi so sánh tính chất vật lý xỉ th p đá vôi, kết từ nghiên. .. bê tông cốt liệu đá - Trong môi trường xâm thực axit (axit HCl), bê tông cốt liệu x thép bền so với bê tông cốt liệu đá Tuy nhiên môi trường xâm thực sunfate (MgSO4) , khả chống xâm thực bê tông