27
Nhiều nơi trên thế giới đã xây dựng cơng nghệ xử lí xỉ thép rất hiện đại để tái chế và sử dụng xỉ thép. 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.
Thực trạng việc ứng dụng các đặc tính của xỉ thép trong việc chế tạo vữa xây dựng
3.2.1. Nước ngoài
Hiện nay, tại châu Âu, Hoa Kỳ, Nhật Bản và nhiều nước tiên tiến trên thế giới, xỉ thép không được xem là chất thải nếu đã qua xử lý, tái chế, đồng thời quy định bắt buộc các công ty luyện thép phải tái chế xỉ thép, hạn chế chôn lấp. Các sản phẩm xỉ đã qua xử lý gồm: Xỉ đã được nghiền thành hạt, xỉ đã được hóa rắn thành dạng viên hoặc tấm, xỉ được nghiền, đập, sàng, xay đến kích thước nhất định sẽ được sử dụng vào nhiều mục đích xây dựng, giao thơng, nơng nghiệp và cơng nghiệp xử lý chất thải. Các ứng dụng của xỉ thép có thể được kể đến như sau:
Thay thế cốt liệu cho bê tơng xi măng:
Xỉ thép có chứa thành phần hóa học tương tự như xi măng Portland mặc dù tỷ lệ các chất khác nhau. Chính vì vậy, xỉ thép có thể được sử dụng trong xi măng Portland và trong bê tông
Tùy vào ứng dụng cụ thể, hàm lượng xỉ thép thay thế trong xi măng Portland có thể đạt từ 20 - 50%. Sử dụng xỉ thép trong bê tơng cũng có ưu điểm, vì xỉ thép làm cho bê tơng tăng tính ổn định nhiệt, kháng sulfate, nước biển và clo và các tính chất này khó có thể tìm thấy được khi dùng xi măng Portland
Nghiên cứu của Manso năm 2004 cho thấy, xỉ thép được nghiền không tạo ra đủ các cốt liệu mịn, điều này dẫn đến hỗn hợp bê tơng có mật độ cao và nặng. Thêm vào đó, lượng nước cần cho quá trình trộn sẽ nhiều hơn do xỉ có độ rỗng lớn. Ngồi ra, bê tơng dùng xỉ thép có độ thấm nước thấp và chống mài mịn cao và việc chế tạo được bê tông chất lượng cao từ xỉ thép là hồn tồn có thể nếu loại bỏ được độ trương nở của xỉ.
28
Trong một nghiên cứu, Patel đã chỉ ra rằng, việc thay thế cốt liệu tự nhiên bằng xỉ thép với hàm lượng không vượt quá 75% không gây ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ bản của bê tông.
Qasrawi năm 2009, nghiên cứu sử dụng xỉ thép phế thải khơng và có hàm lượng CaO thấp, hầu như khơng qua xử lý chất hoạt tính, làm cốt liệu nhỏ thay cát trong bê tông . Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng xỉ thải với hàm lượng 30% - 50%, cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông tăng tương ứng 1,2 và 1,4 lần. Ngoài ra, độ sụt của bê tơng giảm xuống, cịn khối lượng thể tích tăng khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng lên.
Ứng dụng xỉ thép trong lĩnh vực xây dựng giao thơng và cơng trình thủy lợi: Xỉ thép đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng đường và cảng biển. Trong xây dựng đường, xỉ thép được dùng làm vật liệu nền, móng và mặt đường.
Xỉ thép cho nền, móng đường:
Trong xỉ thép có chứa hàm lượng CaO cao. CaO sẽ trương nở khi gặp nước và làm tăng thể tích. Chính vì vậy, việc nghiên cứu khả năng ứng dụng của xỉ thép cho nền và móng đường là rất cần thiết. Nghiên cứu của Rohde và đồng nghiệp năm 2003 chỉ ra rằng [9], xỉ thép có khả năng mất ổn định dưới tác động của nước cao do trương nở. Tuy nhiên, mô-đun đàn hồi của xỉ thép được bảo quản trong môi trường ẩm khá cao, lên tới 500MPa, cao hơn đá dăm tự nhiên. Điều này chứng tỏ xỉ thép có thể dùng làm móng đường nếu được xử lý ẩm để giảm độ trương nở thể tích.
Aiban năm 2006 cũng tiến hành một nghiên cứu sử dụng 100% xỉ thép làm lớp móng đường . Kết quả hiện trường cho thấy móng đường làm việc rất tốt mặc dù bị ngập nước nhiều lần do mưa và hệ thống thoát nước mưa kém.
Xỉ thép đã được sử dụng cho nền đường ở nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Úc... Trung Quốc đã có tiêu chuẩn về sử dụng xỉ thép cho nền đường khá sớm, vào năm 1990.
29
Các nghiên cứu ở trên cho thấy, xỉ thép hồn tồn có thể được sử dụng để làm nền, móng đường. Tuy nhiên, trong hướng dẫn về sử dụng xỉ thép của Mỹ có cảnh báo về khả năng tính kiềm của các chất rị rỉ từ xỉ thép cao, vượt trên 11 độ pH. Nồng độ pH quá cao của chất rị rỉ có thể ăn mịn cống rãnh và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái nước xung quanh khu vực xây dựng đường. Chính vì vậy, cần có các nghiên cứu xác định nồng độ pH của chất rò rỉ từ xỉ thép trước khi đưa vào sử dụng cho móng và nền đường.
Xỉ thép cho bê tông nhựa:
Từ những năm từ 1990, xỉ thép đã được sử dụng cho bê tông nhựa tại Úc, Mỹ. Ưu điểm của xỉ thép so với các loại vật liệu đá tự nhiên là bề mặt có độ nhám cao và cường độ chịu lực tốt.
Nghiên cứu của Ali và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng, bê tơng nhựa có mơ-đun đàn hồi và cường độ chịu nén tăng, ít biến dạng và ít bị ảnh hưởng bởi nước hơn khi hàm lượng xỉ thép trong hỗn hợp tăng. Ngoài ra, bê tông nhựa sử dụng 100% cốt liệu xỉ thép yêu cầu lượng nhựa cao hơn so với cốt liệu đá tự nhiên là 25%. Điều này có thể được lý giải bởi xỉ thép có độ rỗng lớn hơn cốt liệu tự nhiên.
Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến khả năng giãn nở thể tích của xỉ thép tác động đến quá trình làm việc của bê tơng nhựa trong thực tế. Chính vì vậy, một số nghiên cứu đã được tiến hành nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc giãn nở thể tích của xỉ đến quá trình làm việc của bê tơng nhựa . Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi có tác động của nước hàm lượng vôi trong xỉ cao gây nứt mặt đường bê tông nhựa do xỉ thép bị giãn nở. Nghiên cứu cũng đã kiến nghị cần có bộ quy định thí nghiệm phù hợp để kiểm tra độ trương nở của xỉ trước khi đưa vào sử dụng.
Xỉ thép cho cơng trình thủy lợi:
Ở Đức, khoảng 400.000 tấn xỉ được sử dụng mỗi năm để làm ổn định lịng sơng và bờ kè sơng để chống lại xói mịn. Cịn ở Nhật Bản, Hiệp hội xỉ Nippop đã phát triển công
30
nghệ sử dụng xỉ như một loại vật liệu xử lý đất ở các cơng trình cảng từ những năm 1993.
Các ứng dụng khác của xỉ thép:
Ngồi các ứng dụng kể trên, xỉ thép cịn được ứng dụng rộng rãi trong công tác xử lý nền, bao gồm thi cơng nền hạ cơng trình, chống lún, chống lầy cho các cơng trình kho bãi và nhà xưởng. Vì xỉ thép có chứa hàm lượng xi măng thấp và hàm lượng CaO cao nên có thể làm việc như một chất ổn định nền. Xỉ thép có thể được dùng để thi cơng trong môi trường không thuận lợi (nền đất lầy, lún, ngập nước) hoặc thời tiết xấu (mưa). Đặc biệt tại các cơng trình bị ngập nước, xỉ thép được sử dụng để chống lầy, làm khô mặt bằng và xử lý nền đất yếu trong q trình thi cơng.
Ngồi ra, xỉ thép cịn được sử dụng để chế tạo đồ gốm sứ. Một nghiên cứu của Shih và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng, với một hàm lượng xỉ thép hợp lý có thể giảm được nhiệt độ cháy cần thiết cho gạch làm từ đất sét; đã có những cơng ty dùng xỉ thép để chế tạo ngói, gạch màu lát nền đi bộ cũng như gạch không nung và đã áp dụng ở Trung Quốc
3.2.2.Trong nước
Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về việc sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm trong bê tông nhựa, sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế xi măng trong bê tông xi măng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ dừng ở mức độ thí nghiệm trong phịng, cịn các thử nghiệm ngồi hiện trường vẫn đang trong giai đoạn kiểm tra và còn quá sớm để đưa ra các kết luận chắc chắn.
Thực trạng tình hình nghiên cứu ứng dụng của xỉ thép trong sinh viên tại trường ĐH SPKT.
3.3.1.Kết quả khảo sát từ sinh viên trong trường:
Với hơn 135 câu trả lời được thực hiện khảo sát với sinh viên tại trường ĐH SPKT, chúng tơi có được số liệu như sau:
31
Câu hỏi 2. Bạn là người có kiến thức trong lĩnh vực xây dựng?
Có tới 94.1 % người được khảo sát là học tập và làm việc trong ngành xây dựng Câu hỏi 3. Bạn biết về xỉ thép như thế nào?
32
Theo khảo sát: Công dụng của xỉ thép được biết đến là phế thải bỏ đi và là nguồn nguyên liệu sử dụng cho các ngành công nghiệp khác.
Câu hỏi 4. Theo bạn thì đâu là ứng dụng của xỉ thép đối với xây dựng?
Theo khảo sát: Ứng dụng của xỉ thép là:
Thay thế các nguyên liệu tự nhiên trong xây dựng.
Vật liệu san, đắp cơng trình
Làm cốt liệu bê tông, làm nền
Câu hỏi 6. Theo bạn việc tìm kiếm vật liệu thay thế có thật sự cần thiết trong ngành xây dựng?
33
97.8% người được khảo sát cho rằng cần thay thế các nguyên vật liệu tự nhiên bằng các phế phẩm có thể sử dụng được như xỉ thép…
Câu hỏi 7. Xỉ thép được thay thế cho vật liệu gì trong sản xuất vữa?
84.4 % người được khảo sát cho rằng xỉ thép có thể thay thế cát trong chế tạo vữa xây dựng.
Câu hỏi 8. Việc sử dụng xỉ thép là vật liệu thay thế sẽ mang đến lợi ích kinh tế nào?
Giảm rác thải hóa học (63%)
34
Giảm tình trạng sạt lỡ song do khai thác cát quá mức (62.2%)
Giảm giá thành cho việc sản xuất vữa xi măng (52.6%)
Câu hỏi 9. Theo bạn, thì ưu điểm của xỉ để ứng dụng trong sản xuất vữa?
Độ bền cao và chịu đựng tốttrong điều kiện thời tiết xấu
Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt
Nặng hơn so với hầu hết cốt liệu tự nhiên
35
Tiêu chí dùng để đánh giá chất lượng của vữa xi măng Portland chủ yếu là các thí nghiệm về xác định độ bền chịu nén và chịu kéo, thí nghiệm độ sụt.
3.3.2.Ý nghĩa của việc khảo sát
Phương pháp thu thập thơng tin từ các sinh viên ĐH SPKT nhằm tìm hiểu sự phổ biến của xỉ thép nói chung và cơng dụng của nó trong ngành xây dựng nói riêng. Việc khảo sát trực tuyến đem lại hiểu quả nhanh chóng, khách quan, thuận tiện cho mọi người. Từ kết quả khảo sát ta kết luận được:
Dựa vào một số kết quả khảo sát đã thực hiện cho thấy mức độ phổ biến khá cao trong ngành xây dựng. Từ đây mở ra một triển vọng mới trong ngành sản xuất chế tạo vữa nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng xanh sạch bảo vệ môi trường mà các loại vữa truyền thống khơng cịn đáp ứng được.
Với đối tượng là xỉ thép được khảo sát, để chế tạo vữa xây dựng cần các thí nghiệm đơn giản, thời gian thí nghiệm nhanh chóng, đáp ứng đủ các mục tiêu đã đề ra.
36
NGHIÊN CỨU TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM
Công tác chuẩn bị
4.1.1. Chuẩn bị vật liệu và thiết bị
Các vật liệu gồm:
Xi măng Portland: