Nghiên cứu sử dụng xỉ thép kết hợp đá mi trong xây dựng đường giao thông nông thôn tại bà rịa vũng tàu luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI --- NGUYỄN TRƯỜNG AN NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG XỈ THÉP KẾT HỢP ĐÁ MI TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI BÀ RỊA – VŨNG TÀU CHUYÊN NGÀNH : KỸ THU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-

NGUYỄN TRƯỜNG AN

NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG XỈ THÉP KẾT HỢP ĐÁ MI TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN

TẠI BÀ RỊA - VŨNG TÀU

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

-

NGUYỄN TRƯỜNG AN

NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG XỈ THÉP KẾT HỢP ĐÁ MI TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN

TẠI BÀ RỊA – VŨNG TÀU

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG CHUYÊN SÂU : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ & ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

ỜI C M ĐO N

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Trường n

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ: Trường Đại học Giao thông vận tải, Phân hiệu Trường Đại học Giao thông vận tải tại Tp Hồ Chí Minh, Phòng đào tạo Sau đại học, Phòng đào tạo Đại học, Khoa công trình, Bộ môn Đường bộ đã tận tình giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy

hướng dẫn là TS Nguyễn Đức Trọng người trực tiếp hướng dẫn luận văn, đã

tận tình giúp đỡ, góp ý và hướng dẫn tôi tìm ra hướng nghiên cứu, tiếp cận thực tế, tìm kiếm tài liệu, xử lý và phân tích số liệu, giải quyết vấn đề, nhờ đó tôi mới có thể hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã giúp đỡ, tạo điều kiện

và cung cấp những số liệu, tài liệu cần thiết để nghiên cứu và hoàn thành Luận văn này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành luận văn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2019

Tác giả luận văn

Nguyễn Trường n

MỤC ỤC

ỜI C M ĐO N 1

LỜI CẢM ƠN II MỤC ỤC III NH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT VI NH MỤC ẢNG IỂU VII NH MỤC H NH ẢNH VIII PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 2

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Mục tiêu của đề tài 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Kết cấu luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ 4

1.1 Tổng Quan Về Sản Xuất Thép Và Xỉ Thép ở Việt Nam 4

1.1.1 Tổng quan về sản xuất thép ở Việt Nam [14] 4

1.1.2 Quy trình sản xuất thép [12], [18] 7

1.1.3 Tổng quan về sản xuất xỉ thép [8], [17], [19] 9

1.1.4 Xỉ thép và phân loại xỉ thép [12], [18] 10

1.2 Tổng Quan Về Tình Hình Sử Dụng Xỉ Thép Trong Xây Dựng Đường Ôtô 11

1.2.1 Tổng quan về tình hình sử dụng xỉ thép trên Thế giới [11], [8], [17] 11

1.2.2 Tổng quan về tình hình sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ôtô ở 18

1.3 Các lý thuyết về cấp phối [12] 21

1.3.1 Lý thuyết cấp phối lý tưởng của Fuller - Thompson 21

1.3.2 Lý thuyết cấp phối hạt của Wemouth 22

1.3.3 Lý thuyết cấp phối hạt của Bolomey 22

1.3.4 Lý thuyết cấp phối hạt của Talbol 23

1.3.5 Lý thuyết cấp phối hạt của B.B Okhôtina và N.N Ivanov 23

1.3.6 Lý thuyết cấp phối cốt liệu lý tưởng Fuller 25

1.4 Nguyên lý hình thành cường độ các loại mặt đường 26

1.4.1 Nguyên lý hình thành cường độ mặt đường bê tông nhựa [23] 26

1.4.2 Nguyên lý hình thành cường độ mặt đường bê tông xi măng [24]27 1.5 Kết luận 27

CHƯƠNG II: THỰC TRẠNG NGUỒN VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TẠİ À RỊA - VŨNG TÀU 28

2.1.Điều kiện tự nhiên tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu [11], [25] 28

2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 28

2.1.2 Tài nguyên thiên nhiên 29

2.2 Kế hoạch phát triển hệ thống giao thông đường bộ giai đoạn 2017-2020 và định hướng đến 2030 tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu [10], [11], [26] 32

2.2.1 Mạng lưới giao thông tại Bà Rịa - Vũng Tàu 32

2.2.2 Quy hoạch phát triển hệ thống giao thông đường bộ giai đoạn 2017-2020 và định hướng đến năm 2030 của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 35 2.2.3 Hệ thống bến xe, kho bãi, Logistic 37

2.2.4 Giao thông đường thủy nội địa 38

2.2.5 Giao thông đường biển 39

2.2.6 Giao thông đường sắt 39

2.2.7 Hệ thống sân bay 39

2.3 Trữ lượng và hiện trạng khai thác nguồn vật liệu xây dựng trong xây dựng công trình tại Bà Rịa - Vũng Tàu 40

2.3.1 Trữ lượng nguồn vật liệu xây dựng trong xây dựng công trình tại Bà Rịa - Vũng Tàu [10], [11], [26] 40

2.3.2 Hiện trạng khai thác nguồn vật liệu xây dựng trong xây dựng công trình tại Bà Rịa - Vũng Tàu [10], [11], [26] 43

2.3.3 Hiện trạng sản xuất một số chủng loại VLXD chủ yếu trên địa

bàn [10], [11], [26] 44

2.4 Tình hình sản xuất và sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô tại Bà Rịa - Vũng Tàu 51

2.4.1 Tình hình sản xuất xỉ thép tại Bà Rịa - Vũng Tàu [11], [17] 51

2.4.2 Tình hình sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô tại Bà Rịa - Vũng Tàu 56

2.5 Kết luận 56

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU, SỬ DỤNG XỈ THÉP K T HỢP ĐÁ MI TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI BÀ RỊA - VŨNG TÀU 58

3.1.Cơ sở lý thuyết 58

3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với cấp phối đá dăm [4] 58

3.2 Tiến hành thực nghiệm và đánh giá kết quả 70

3.2.1 Trình tự tiến hành : Theo các bước sau 70

3.2.2 Kế hoạch thực nghiệm 70

3.2.3 Tiến hành thí nghiệm 71

3.3 Khả năng sử dụng xỉ thép kết hợp đá mi trong xây dựng kết cấu áo đường ôtô 81

3.3.1 Các yêu cầu của vật liệu làm móng đường [4] 81

3.3.2 Các căn cứ đề xuất kết cấu áo đường 84

3.3.3 Đề xuất kết cấu áo đường 84

3.3.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế 87

3.4 Kết luận chương 3 88

K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ 89

1 Kết luận 89

2 Kiến nghị 89 TÀI IỆU TH M HẢO XI

NH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AASHTO : Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước Mỹ

ACI viện bê tông Mỹ ASTM : Hiệp hội về thí nghiệm và vật liệu Mỹ

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

ODA : Official - Development - Assistance

BOT : Build - Operate - Transfer

EAF : Electric Arc Furnace

BOF : Basic Oxygen Furnace

NH MỤC ẢNG IỂU

ảng 2.1 Thống kê các dự án sản xuất thép trên địa bàn BRVT [11] 52

ảng 2.2 Tổng hợp các nhà máy, dự án luyện phôi thép tại BRVT 55

Bảng 3.1 Thành phần hạt của cấp phối đá dăm 59

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐ 59

ảng 3.3 ảng thể hiện thành phần hạt của xỉ thép 63

ảng 3.4 ảng thể hiện thành phần hạt của đá mi 64

ảng 3.5 ảng tổng hợp tính chất cơ lý của xỉ thép và đá dăm [10], [11], [8]65 ảng 3.6 ảng tỷ lệ phối trộn giữa xỉ thép với đá mi theo nguyên lý cấp phối67 Hình 3.9 iểu đồ thành phần hạt của hỗn hợp 80 xỉ thép 20 đá mi 68

Hình 3.10 iểu đồ thành phần hạt của hỗn hợp 70 xỉ thép 30 đá mi 69

Hình 3.11 iểu đồ thành phần hạt của hỗn hợp 60 xỉ thép 40 đá mi 69

ảng 3.7 ảng kết quả về độ chặt lớn nhất γk max (g/cm3) và độ ẩm tốt nhất Wopt (%) 73

ảng 3.8 ảng phân tích độ rỗng của hỗn hợp 73

ảng 3.9 ết quả thực nghiệm xác định chỉ số CBR lần lượt được xác định ở bảng sau 75

ảng 3.10 ảng tổng hợp chỉ số C R ( ) 76

ảng 3.11 ảng kết quả thí nghiệm mô đul đàn hồi E (MPa) 77

ảng 3.12 Thành phần hạt của cấp phối đá dăm [4] 82

ảng 3.13 Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật liệu làm móng đường 83

(cấp phối đá dăm) 83

ảng 3.14 ảng thống kê cường độ của vật liệu nghiên cứu 83

DANH MỤC H NH ẢNH

Hình 1.1 Bãi chứa xỉ thép của nhà máy thép Miền Nam, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 4 Hình 1.2 Chất thải rắn “Hạt xỉ thép sau khi đã chôn lấp Xã Tóc Tiên Huyện Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 5 Hình 1.3 Sản lượng thép phôi của Việt Nam từ năm 2001 - 2013 (nguồn VSA) 6 Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ sản xuất phôi thép 7 Hình 1.6 Nguyên nhiên liệu sử dụng và các phát thải môi trường của công nghệ luyện thép lò điện trung bình 9 Hình 1.7: Quá trình hình thành xỉ thép 10 Hình 1.8 ng xỉ thép làm vật liệu cho lớp móng ở đường Caroni [2], [27] 14 Hình 1.9 Thi công mặt đường bê tông nhựa dùng cốt liệu xỉ thép ở đường cao tốc Chonburi, Thái Lan 15 Hình 1.10 Gạch không nung sử dụng xỉ thép 17 Hình 1.11 Đường đua Indianapolis Motor Speedway sử dụng bê tông asphalt

xỉ thép 17 Hình 1.12 Một số công trình đường khác sử dụng xỉ thép 18 Hình 1.13 Sản xuất vật liệu xây dựng từ xỉ thép ở Công ty Vật Liệu Xanh 19 Hình 1.14 Xỉ thép làm móng đường nội bộ nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS-VINA - KCN Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 20 Hình 1.15 Nền đất ngập nước được xử lý bằng xỉ thép - Nhà máy sản xuất nhôm định hình Toàn Cầu - KCN Mỹ Xuân B1, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 20 Hình 1.16 Sử dụng xỉ thép làm vật liệu lót móng nhà xưởng Ba Con Cò - KCN Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 21 Hình 1.17 Xỉ thép làm nền hạ Công trình Kho Ngoại quan Thorensen Vinama - KCN Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu 21 Hình 3.1 iểu đồ thành phần hạt của CPĐ có cỡ hạt danh định Dmax =19mm60

Hình 3.2 iểu đồ thành phần hạt của CPĐ có cỡ hạt danh định Dmax

=25mm 60

Hình 3.3 iểu đồ thành phần hạt của xỉ thép 63

Hình 3.4 iểu đồ thành phần hạt của đá mi 64

Hình 3.5 Tính chất cơ lý của xỉ thép và đá dăm (giá trị trung bình) 65

Hình 3.6 Tính chất cơ lý của xỉ thép và đá dăm - tiếp theo (giá trị trung bình)66 Hình 3.7 iểu đồ thể hiện thành phần hạt của cấp phối đá dăm max=19mm, Dmax=25mm và xỉ thép 66

Hình 3.8 iểu đồ thể hiện thành phần hạt của cấp phối đá dăm max=19mm, Dmax=25mm và đá mi 67

Hình 3.12 iểu đồ kết quả đầm nén tiêu chuẩn của xỉ thép 71

Hình 3.13 iểu đồ kết quả đầm nén tiêu chuẩn của hỗn hợp 80% xỉ thép + 20 đá mi 71

Hình 3.14 iểu đồ kết quả đầm nén tiêu chuẩn của hỗn hợp 70% xỉ thép + 30 đá mi 72

Hình 3.15 iểu đồ kết quả đầm nén tiêu chuẩn của hỗn hợp 60% xỉ thép + 40 đá mi 72

Hình 3.16 iểu đồ phân tích độ rỗng của hỗn hợp 73

Hình 3.17 iểu đồ kết quả thí nghiệm CBR của tổ hợp 100% xỉ thép 74

Hình 3.18 iểu đồ kết quả thí nghiệm CBR của tổ hợp 80% xỉ thép 20 đá mi 74

Hình 3.19 iểu đồ kết quả thí nghiệm CBR của tổ hợp 70% xỉ thép 30 đá mi 75

Hình 3.20 iểu đồ kết quả thí nghiệm CBR của tổ hợp 60% xỉ thép 40 đá mi 75

Hình 3.21 iểu đồ thể hiện chỉ số CBR (K=0.98), % và CBR (K=1.00),% của các tổ hợp mẫu 76

Hình 3.22 Biểu đồ Mô đun đàn hồi của tổ hợp mẫu 77

Hình 3.23 Mẫu đá mi và xỉ thép 78

Hình 3.24 Chế bị mẫu CBR 79

Hình 3.25 Mẫu CBR sau khi chế bị 80

Hình 3.26 Ngâm mẫu CBR 80

Hình 3.27 Thí nghiệm CBR 81

Hình 3.28 Kết cấu áo đường truyền thống của đường cấp III 85

Hình 3.29 Kết cấu áo đường thay thế cho đường cấp III 85

Hình 3.30 Kết cấu áo đường truyền thống của đường cấp IV 86

Hình 3.31 Kết cấu áo đường thay thế cho đường cấp IV 86

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh, cùng với đó là sự phát triển của ngành xây dựng và ngành luyện kim cũng phát triển nhanh để đáp ứng nhu phát triển của xã hội Vì vậy các phế thải của ngành luyện kim cũng ngày càng nhiều và đều rất khó xử lý ở môi trường ngoài Các chất này nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường sinh thái và nguy

cơ gây hại sức khỏe con người Với nhu cầu sử dụng tài nguyên tự nhiên như

là cấp phối đá dăm, sỏi cuội làm móng đường trong xây dựng công trình cũng tăng lên Sự khai thác đá nhiều dẫn đến việc sạt lở, mất cân bằng sinh thái và làm cho nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt Vì thế, nếu có thể tận dụng được xỉ thép làm nguyên liệu thay thế cấp phối đá dăm trong xây dựng công trình thì vừa có thể hạn chế việc ô nhiễm môi trường do xỉ thép gây ra, vừa hạn chế việc khai thác đá thiên nhiên

Sản lượng xỉ thép hiện nay ở nước ta trung bình từ 0,5 - 1,0 triệu tấn/năm, riêng ở khu vực phía Nam (chủ yếu là tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu), trong 10 năm gần đây, sản lượng sỉ thép do các nhà máy thép sản xuất ước tính 0,3 - 0,5 triệu tấn/năm Theo quy hoạch phát triển ngành thép Việt Nam giai đoạn 2007 - 2015, có xét đến năm 2025, chỉ tính riêng khu vực phía Nam nếu các nhà máy thép c ng đi vào hoạt động với công xuất luyện thép từ 4 - 5 triệu tấn/năm thì lượng xỉ thép được tạo ra gần 1 triệu tấn/năm Đây là nguồn phế thải công nghiệp khổng lồ, nếu giải quyết nó bằng cách chôn lấp sẽ gây tốn hơn 10 triệu USD mỗi năm Điều này vừa gây tốn quỹ đất vừa gây ô nhiễm môi trường Việc sử dụng xỉ thép hiệụ quả khộng những nâng cao chất lượng cho công trình đường ô tô, giảm giá thành xây dựng mà còn khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái

Thực tế hiện tại, hầu hết xỉ thải từ các nhà máy luyện thép đều buộc phải đem chôn lấp Với cách xử lý này có thể ảnh hưởng đến môi trường nước

ngầm của khu vực Nhưng nhiều doanh nghiệp thép vẫn tiếp tục vi phạm do thiếu chỗ chôn lấp và cũng chưa có nhà máy tái chế nào đi vào hoạt động hoặc “ Có doanh nghiệp nói là đem xỉ thép sang bán cho Trung Quốc, nhưng

có dấu hiệu lén đem ra biển đổ Hiện nay xỉ thép được một số doanh nghiệp trong địa bàn mua về để san lấp hoặc làm móng đường nội bộ nhưng do cấp phối không liên tục nên độ chặt của móng đường không đảm bảo ảnh hưởng

ổn định của công trình Vì thế để nâng cao độ chặt của xỉ thép cần bổ sung những cỡ hạt bị thiếu với một hàm lượng nhất định Do vậy, giải pháp xỉ thép kết hợp với đá mi để thay thế cấp phối đá dăm được làm móng đường được đề cập Các nhà khoa học đã so sánh xỉ thép giống như sản phầm của núi lửa phun trào, cho nên xỉ này rất tốt để thay cho các vật liệu tự nhiên Xỉ thép là loại phế liệu chứa nhiều khoáng chất, trong đó khoáng chất chính lại có thành phần giống xi măng Vật liệu làm từ xỉ thép có thể có chất lượng tốt và rẻ hơn nhiều so với dùng cấp phối đá nếu chúng ta có giải pháp sử dụng hợp lý Theo điều tra , tại KCN Phú Mỹ (Bà Rịa - Vũng Tàu), có nhiều nhà máy luyện thép bắt đầu đi vào sản xuất như Nhà máy thép Việt, Nhà máy thép miền Nam…

Dự kiến lượng xỉ phế thải phát sinh ra môi trường lên đến 451.000 tấn xỉ/năm

Xỉ thép có độ cứng cao nên khả năng xay nghiền khá tốn kém, hiện nay nguồn xỉ ở Bà Rịa Vũng Tàu có hàm lượng hạt mịn khá ít, thiếu cỡ hạt dưới 5mm nên khuyến nghị kết hợp thêm đá mi với tỷ lệ hợp lý để tăng độ chặt cho cấu trúc là điều cần thiết Việc sử dụng xỉ thép hiệụ quả khộng những nâng cao chất lượng cho công trình đường ô tô, giảm giá thành xây dựng mà còn khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái

Như vậy với thực trạng như trên, nghiên cứu khả năng sử dụng xỉ thép kết hợp đá mi để thay thế cấp phối đá dăm sử dụng trong xây dựng đường giao thông tại Bà Rịa - Vũng Tàu có ý nghĩa thiết thực

2 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép trên địa bàn tỉnh Bà Ria - Vũng Tàu kết hợp với đá mi thay thế cấp phối đá dăm trong xây dựng

kết cấu áo đường ô tô

3 Phạm vi nghiên cứu

Thực nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép kết hợp

đá mi với các tỷ lệ phối trộn khác nhau dùng trong xây dựng kết cấu áo đường

ô tô tại tỉnh à Rịa - Vũng Tàu Các chỉ tiêu cơ lý được đề cập là: thành phần hạt, đầm nén tiêu chuẩn, CBR (%), khối lượng thể tích, mô đun đàn hồi E

(MPa)

4 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu, sử dụng xỉ thép kết hợp đá mi thay thế cấp phối đá dăm trong xây dựng đường giao thông trên địa bàn tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Đánh giá hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật khi sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép kết hợp đá mi với các hàm lượng khác nhau

để lựa chọn tỷ lệ hợp lý dùng trong xây dựng đường giao thông tại khu vực

Bà Rịa - Vũng Tàu

6 Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn

Chương 3: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP K T HỢP ĐÁ MI TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TẠI BÀ RỊA

- VŨNG TÀU

Kết luận và kiến nghị

Danh mục các tài liệu tham khảo và Phụ lục kèm theo

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ 1.1 Tổng Quan Về Sản Xuất Thép Và Xỉ Thép ở Việt Nam

1.1.1 Tổng quan về sản xuất thép ở Việt Nam [14]

Ngành công nghiệp thép Việt Nam được bắt đầu từ năm 1959 với việc xây dựng Khu gang thép Thái Nguyên Từ năm 1992 trở lại đây, nhiều nhà máy thép đi vào sản xuất, công nghệ luyện thép đã có nhiều cải tiến làm cho chất lượng và năng suất sản xuất phôi thép tang lên rõ rệt Các nhà máy sản xuất thép của nước ta hiện nay tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Nam Ở miền Bắc, các nhà máy thép tập trung ở các tỉnh Thái Nguyên, Hải Phòng, Hưng Yên, ắc Ninh Ở miền Nam, các nhà máy thép tập trung chủ yếu tại thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, ình ương và à Rịa - Vũng Tàu Trong tương lai, một số nhà máy luyện kim liên hợp sẽ được xây dựng ở miền Trung như nhà máy luyện kim liên hợp 4,5 triệu tấn/năm tại Hà Tĩnh và Quãng Ngãi (Hình 1.1, Hình 1.2)

Hình 1.1 Bãi chứa xỉ thép của nhà máy thép Miền Nam, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Hình 1.2 Chất thải rắn “Hạt xỉ thép” sau khi đã ch n ấp Xã Tóc Tiên Huyện

Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Trong những năm gần đây, ngành thép Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao, trên 18 /năm Sản lượng phôi thép của nước ta, theo số liệu của Hiệp hội thép Việt Nam được thể hiện trong (Hình 1.3) Cụ thể: [14], [15]

+ Sản lượng thép của Việt Nam đạt 24,19 triệu tấn trong năm 2018, tăng 14,9% so với năm trước, dữ liệu từ Hiệp hội Thép Việt Nam cho thấy Con số hàng năm được lấy ra sau khi bao gồm sản lượng 2,02 triệu tấn của tháng 12, cao hơn 1,6% so với năm trước

+ Sản lượng cao hơn có thể được quy cho Tập đoàn thép Formosa Hà Tĩnh, đã đốt một lò cao thứ hai vào ngày 18 tháng 5 năm 2018, qua đó tăng gấp đôi công suất sản xuất thép thô của nhà máy này lên 7 triệu tấn/năm

+ Tổng doanh số hàng năm đạt 21,74 triệu tấn và xuất khẩu đạt 4,75 triệu tấn, tăng 20,9% và 26,6% Trong tháng 12, doanh số đạt 1,81 triệu tấn và xuất khẩu là 411.741 tấn, lần lượt giảm 3% và tăng 1% so với cùng kỳ năm

2017 Trong bối cảnh những con số cao hơn, sản xuất thép của Việt Nam dự kiến sẽ vẫn có xu hướng tăng trong năm 2019, do có rất nhiều công suất mới

sẽ được đưa vào hoạt động vào cuối năm nay Chẳng hạn như, Tập đoàn Hòa Phát dự kiến sẽ khởi công tổ hợp thép Hòa Phát Dung Quất mới vào năm

2019 Tổ hợp này sẽ có bốn lò cao với công suất sản xuất tổng thể là 5 triệu tấn mỗi năm

Trong số 6 các quốc gia thuộc khối SE N, lượng thép nhập khẩu của Việt Nam hiện tại đang là lớn nhất với khoảng gần 15 triệu tấn năm 2017, tăng trung bình 9,7 /năm tính từ năm 2010 Xét về tốc độ tăng trưởng nhập khẩu, Philippines có mức tăng lớn nhất với tốc độ trung bình 15,3 /năm trong giai đoạn 2010 - 2017 Giai đoạn 2014 - 2016 khi Trung Quốc dư thừa sản lượng kỷ lục và xuất khẩu phá giá, sản lượng thép xuất khẩu vào Việt Nam là nhiều nhất trong khu vực ASEAN, với đỉnh điểm là khoảng 11,6 triệu tấn trong năm 2016 Tuy nhiên trong năm 2017, với việc cắt giảm công suất ở Trung Quốc, cộng thêm sự hoạt động của dự án Formosa ở Việt Nam, lượng thép Trung Quốc xuất sang Việt Nam đã giảm tới 30%, và chỉ còn 7,6 triệu tấn Trong tương lai, có thể Trung Quốc sẽ đẩy mạnh xuất khẩu sang

Phillipines hay Malaysia [10], [16]

Hình 1.3 Sản ượng thép ph i của Việt Nam từ năm 2001 - 2013 (nguồn VSA)

Sản xuất phôi thép theo quy hoạch đến năm 2015 đạt 6 - 8 triệu tấn/năm; năm 2020 đạt 9 - 11 triệu tấn/năm và năm 2025 đạt 12 - 15 triệu tấn/năm

Các công nghệ chính sản xuất phôi thép đƣợc thể hiện ở (Hình 1.4) [11], [17]

Hình 1.4 Sơ đồ c ng nghệ sản xuất ph i thép

1.1.2 Quy trình sản xuất thép [12], [18]

Hiện nay, thép đƣợc sản xuất bằng 3 công nghệ: Công nghệ lò cao - lò chuyển thổi ôxy - đúc liên tục; Công nghệ lò điện hồ quang - đúc liên tục; Công nghệ lò thùng Ngoài các công nghệ chính nêu trên, có hai công nghệ mới phát triển là: hoàn nguyên nấu chảy - luyện thép lò chuyển - đúc liên tục, hoàn nguyên trực tiếp - luyện thép lò điện - đúc liên tục Ở Việt Nam, phần lớn thép đƣợc sản xuất bằng công nghệ lò điện hồ quang - đúc liên tục (Hình 1.5 và Hình 1.6)

Hình 1.5 Sơ đồ c ng nghệ uyện thép ò điện hồ quang (EAF)

Hình 1.6 Nguyên nhiên iệu sử dụng và các phát thải m i trường của c ng nghệ

uyện thép ò điện trung bình

1.1.3 Tổng quan về sản xuất xỉ thép [8], [17], [19]

Xỉ là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất Trong quặng sắt thường có lẫn những tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với quặng sắt một hàm lượng đá vôi thích hợp nhất định vào lò nung Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie Xỉ thép được nấu chảy ở nhiệt độ 14000C - 16000C Ở nhiệt độ này các hợp chất nóng chảy hoàn toàn Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ (Hình 1.7)

2,5 kg CO

120 kg CO 2

60 g SO 2 0,5 kg NOx

165 kg bụi Nhiệt thải

2 m 3 nước thải

165 kg xỉ 19

kg bụi lò

16 kg vảy oxit sắt 2,5 kg bùn lắng

17 kg vật liệu chịu lửa 0,8 kg dầu

3 kg chất khác

Hình 1.7: Quá trình hình thành xỉ thép

1.1.4 Xỉ thép và phân loại xỉ thép [12], [18]

Xỉ thép là một phế liệu phát sinh trong quá trình tinh chế kim loại, đúc

và hợp kim hóa kim loại Trong quá trình này, xỉ thép đƣợc tạo ra trong hai giai đoạn Giai đoạn đầu quặng tiếp xúc với nhiệt độ cao (nóng chảy) để tách các tạp chất, các “phế liệu này đƣợc gọi là xỉ thép Trong giai đoạn xử lý kim loại tiếp theo (đúc, hợp kim hóa) các chất khác đƣợc thêm vào để tinh chế kim loại tan chảy và làm giàu nó, trong những quá trình đó xỉ đƣợc tạo ra một lần nữa nhƣ là một sản phẩm phụ

Các loại xỉ thép được tạo ra phụ thuộc vào phương pháp làm mát khối kim loại tan chảy, phụ thuộc vào kim loại được sản xuất (xỉ kim loại không màu và kim loại màu) và quy trình sản xuất thép

Theo phương pháp làm mát xỉ thép được chia ra làm 3 loại:

+ Xỉ tinh thể: có xenlulo hoặc cấu trúc rỗng (kết quả của bong bóng

khí được tạo ra trong khối nóng chảy) và thường được coi là thuộc nhóm cốt liệu với trọng lượng bình thường

+ Xỉ dạng hạt: trong sản xuất thì xỉ hạt có kích cỡ bằng hạt cát được

tạo ra Do cấu tạo của nó, vật liệu này có tính chất ổn định với nước và sự có mặt của chất hoạt hóa thích hợp bên trong (chẳng hạn như canxi hiđrôxít) nó

sẽ ứng xử một cách tương tự như xi măng Portland

+ Xỉ trương nở hoặc xỉ sủi bọt: thì rỗng hơn và có khối lượng thể

tích nhỏ hơn so với xỉ làm mát bằng không khí

Dựa vào kim loại được chế tạo, xỉ được chia thành hai nhóm cơ bản: xỉ kim loại không màu (từ việc sản xuất nhôm, hợp kim sắt - crôm và hợp kim sắt - mangan) và xỉ kim loại màu (từ việc sản xuất và đúc sắt, thép)

Dựa vào quy trình sản xuất thép: quy trình trong lò thổi (xỉ OF), lò điện

hồ quang (EAF) và lò Martin (EAF (L))

1.2 Tổng Quan Về Tình Hình Sử ụng Xỉ Thép Trong Xây ựng Đường Ôtô

1.2.1 Tổng quan về tình hình sử dụng xỉ thép trên Thế giới [11], [8], [17]

Ngay từ năm 1589, người Đức đã làm ra quả pháo đúc từ sắt xỉ Và nhiều bằng chứng cho thấy xỉ thép đã được sử dụng rất nhiều trong các công trình tại Châu Âu ngay từ thế kỷ 18

Lịch sử dùng xỉ thép trong xây dựng đường bộ được bắt đầu vào thời kỳ

đế chế La Mã, xỉ thép được sử dụng như vật liệu cơ bản của xây dựng Con đường làm từ xỉ thép đầu tiên được xây dựng tại nh vào năm 1813 đến năm

1880 xỉ được sử dụng để trải đường tại khắp Châu Âu và Hoa Kỳ Xỉ thép xuất hiện tại Hoa Kỳ cùng với quá trình di cư lên Châu Mỹ Người ta biết đến

xỉ với một loạt những ứng dụng tuyệt vời song trước thế kỷ XX, tại Mỹ nó chỉ được sử dụng để làm móng đường sắt [4]

Sản xuất tăng lên, yêu cầu về những ứng dụng mới của xỉ thép được đặt

ra và ứng dụng ngay lúc đó chính là việc xây dựng những con đường quân sự trong thế chiến 1 Năm 1918, Hiệp hội Xỉ quốc gia Mỹ được thành lập Hội có nhiệm vụ quản lý và sử dụng xỉ như một tài nguyên quốc gia

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 xit 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, sang, xay đến kích thước nhất định sẽ được sử dụng vào nhiều mục đích xây dựng, giao thông, nông nghiệp và công nghiệp xử lý chất thải Các ứng dụng của xỉ thép trong lĩnh vực xây dựng cầu đường, có thể được kể đến như sau:

+ Làm các loại móng đường giao thông

+ Làm cốt liệu cho bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa

+ Làm gạch bê tông rỗng, cấu kiện đúc sẵn không nung

+ Làm phụ gia xi măng, bê tông hạt mịn hoặc cát nhân tạo

+ Làm nền hạ công trình

Xỉ thép được sử dụng nhiều nhất cho các công trình giao thông thay cho các lớp vật liệu dạng hạt hoặc làm cốt liệu cho các lớp mặt đường Ở Mỹ, hằng năm có tới 60% - 80 lượng xỉ thép được tái chế phục vụ các hạng mục của công trình giao thông

Theo thống kê ở Châu Âu, 85 lượng BOC (BasicOxygen Steelmaking slag) đã được tái sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, trong đó 42 được ứng dụng trong xây dựng Còn ở Đức, con số 70 lượng xỉ EAG (Elictric

rc Furnace slag) thì 66 được ứng dụng trong xây dựng, 4% còn lại được

sử dụng vào mục đích khác

Theo TS.Minoru Fujiwara, Giám đốc điều hành hiệp hội Xỉ Nhật Bản thì quá trình sản xuất xỉ lò cao và xỉ thép đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước, đặc biệt là Nhật Bản Theo số lượng thống kê trong ngành công nghiệp thép Nhật Bản lượng xỉ lò cao trung bình là 290kg/tấn gang và lượng xỉ thép trung bình cho 130kg/tấn thép Tổng sản lượng xỉ lò cao và xỉ thép theo số liệu thống kê năm 2004 tại Nhật Bản là 37 triệu tấn Những loại xỉ này đã, đang được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả như là vật liệu thô cho lĩnh vực xây dựng tại Nhật Bản

Trên thế giới có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu về xỉ thép và cho những kết quả nhất định:

+ Nghiên cứu của Manso năm 2004 cho thấy, xỉ thép được nghiền không tạo ra đủ các cốt liệu mịn, điều này dẫn đến cấp phối 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 Ngoài ra, xỉ thép có độ thấm nước thấp, chống mài mòn cao nên việc sử dụng xỉ thép kết hợp đá mi thay thế cấp phối đá dăm trong xây dựng đường ôtô là hoàn toàn có thể

+ 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 cấp phối

+ Qasrawi năm 2009, nghiên cứu sử dụng xỉ thép phế thải không và

có hàm lượng CaO thấp, hầu như không 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 cấp phối tang tương ứng 1,2 – 1,4 lần Ngoài ra, độ sụt của cấp phối giảm xuống, khối lượng thể tích tang khi hàm lượng xỉ thép sử dụng tăng lên

Ứng dụng xỉ thép trong lĩnh vực giao thông và công 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 dung làm vật liệu nền, móng, mặt đường

Xỉ thép dùng cho nền, móng đường (Hình 1.8)

Hình 1.8 Dùng xỉ thép àm vật iệu cho ớp móng ở đường Caroni [2], [27]

+ 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 mà móng đường là rất cần thiết Nghiên cứu của Rohde cùng đồng nghiệp năm 2003 đã chỉ ra rằng, xỉ thép có khả năng mất ổn định dưới tác động của nước cao do trương nở Tuy nhiên, môđun 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.[12]

+ 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.[12]

+ Xỉ thép đã được sử dụng cho nền đưởng 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.[12]

+ Các nghiên cứu trên cho thấy, xỉ thép hoàn toàn 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 rò rỉ có thể ăn mòn cống rãnh và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái nước xung quanh khu vực xây dựng đường.[12]

Xỉ thép cho bê tông nhựa (Hình 1.9):

Hình 1.9 Thi c ng mặt đường bê t ng nhựa dùng cốt iệu xỉ thép ở đường cao

tốc Chonburi, Thái Lan

+ 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 tông nhựa

có mô 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, bêtông nhựa sử dụng 100% cốt liệu xỉ thép yêu cầu hàm 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 giản nở thể tích của xỉ thép tác động đến quá trình làm việc của bê tông 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 tông nhựa Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi có tác động của nước thì 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 công trình thủy lợi: Ở Đức, khoảng 400.000 tấn xỉ được sử dụng mỗi năm để làm ổn định long song và bờ kè để chống lại xói mòn Còn

ở Nhật Bản, Hiệp hội xỉ Nippon đã phát triển công nghệ sử dụng xỉ như một loại vật liệu xử lý đất ở các công trình cảng từ những năm 1993

Các ứng dụng khác của xỉ thép:

+ Ngoài các ứng dụng kể trên, xỉ thép còn được ứng dụng rộng rãi trong công tác xử lý nền, bao gồm thi công nền hạ công trình, chống lún, chống lầy cho các công 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 công trong môi trường không thuận lợi (nền đất lầy, lún, ngập nước) hoặc thời tiết xấu (mưa) Đặc biệt tại các công trình bị ngập nước, xỉ thép được sử dụng để chống lầy, làm khô mặt bằng và xử lý nền đất yếu trong quá trình thi công

+ Ngoài ra, xỉ thép còn được sử dụng để chế tạo đồ gốm sứ: một nghiên cứu của Shih và các đồng nghiệp cũng 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 công 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

Hình 1.10 Gạch kh ng nung sử dụng xỉ thép

+ Ngoài ra còn rất nhiều nghiên cứu khác của các nhà khoa học trên thế giới đều khẳng định khả năng ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng đường: có thể làm cốt liệu cho bê tông asphalt hay làm lớp mặt cho mặt đường cấp thấp hay làm lớp móng dưới, móng trên cho trên cho kết cấu áo đường

n 1.11 Đường đua Indianapolis Motor Speedway sử dụng bê tông asp alt xỉ t ép

+ TCVN 4316:2007: Xi măng poóc lăng xỉ lò cao

1.2.2.2 Các nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép trong xây dựng đường t ở Việt Nam

a) Một số nghiên cứu về xỉ thép tại Việt Nam

Hiện nay xỉ thép được nghiên cứu để ứng dụng làm móng đường ôtô tại Việt Nam rất nhiều và đã thu được những kết quả nhất định Với một số tác giả cùng những nghiên cứu tiêu biểu:

“Nghiên cứu khả năng sử dụng xỉ thép àm cốt iệu để sản xuất bê t ng nhựa nóng ở miền Nam Việt Nam” Luận án tiến sỹ của Nguyễn Văn Du, Trường Đại học Giao thông Vận tải

“Nghiên cứu sử dụng hạt xỉ thải nhà máy thép khu vực tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu àm phụ gia khoáng cho bê t ng xi măng trong xây dựng mặt đường t ” Luận văn thạc sỹ khoa học của Trần Hữu Bằng, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại Tp Hồ Chí Minh

“Nghiên cứu ứng dụng xỉ thép thay thế cốt iệu đá dăm của thành phần bê

t ng nhựa trong xây dựng mặt đường t ” Luận văn thạc sỹ khoa học của Tạ Thị Huệ, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại Tp Hồ Chí Minh

“Nghiên cứu sử dụng phế thải xỉ sắt trong c ng nghệ sản xuất thép àm cốt iệu cho bê t ng Aspha t” Luận văn thạc sỹ khoa học của Nguyễn Phi Sơn, Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh

“Nghiên cứu sử dụng xỉ thép trong xây dựng móng đường t trên địa bàn tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu” Luận văn thạc sỹ khoa học của Hoàng Anh Giáp, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại Tp Hồ Chí Minh “Nghiên cứu sử dụng xỉ thép àm cốt iệu ớn chế tạo bê t ng xi măng trong xây dựng mặt đường t tại Bà Rịa - Vũng Tàu” Luận văn thạc sỹ

khoa học của Trần Quốc Việt, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phân hiệu tại Tp Hồ Chí Minh

b) Một số công trình sử dụng xỉ thép làm vật liệu ở Việt Nam:

Các ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng ở khu vực phía Nam: Công ty TNHH Vật Liệu Xanh đã đầu tƣ nhà máy sản xuất VLXD từ xỉ lò điện hồ quang tại KCN Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Quy trình sản xuất của nhà máy nhƣ sau: xỉ thép đƣợc thu gom từ các nhà máy luyện thép đƣợc đƣa vào thiết bị nghiền, sàng và tuyển từ; thành phẩm đƣợc đƣa ra bãi chứa, sử dụng

để san lấp và làm móng các công trình xây dựng (Hình 1.13)

Hình 1.13 Sản xuất vật iệu xây dựng từ xỉ thép ở C ng ty Vật Liệu Xanh

Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu đã có một số công trình

sử dụng xỉ thép làm vật liệu xây dựng nhƣ nhà máy thép Pomina 3; CN Phú

Mỹ 1, huyện Tân Thành; Nhà máy nhôm định hình; KCN Mỹ Xuân Conac; KCN Mỹ Xuân 2; Nhà máy thép đặc biệt Posco SS-VIN …(Hình 1.14, Hình 1.15, Hình 1.16, Hình 1.17)

B1-Hình 1.14 Xỉ thép àm móng đường nội bộ nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS-VINA - KCN Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

Hình 1.15 Nền đất ngập nước được xử ý bằng xỉ thép - Nhà máy sản xuất nh m

định hình Toàn Cầu - KCN Mỹ Xuân B1, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

Hình 1.16 Sử dụng xỉ thép àm vật iệu ót móng nhà xưởng Ba Con Cò - KCN

Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Hình 1.17 Xỉ thép àm nền hạ C ng trình Kho Ngoại quan Thorensen Vinama -

KCN Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

1.3 Các lý thuyết về cấp phối [12]

1.3.1 ý thuyết cấp phối lý tưởng của Fuller - Thompson

Bằng nghiên cứu thực nghiệm, Fuller - Thompson đã đi đến kết luận tồn tại một số thành đường cong thành phần hạt lý tưởng an đầu họ cho rằng các đường cong là một phần của elip (ở v ng kích thước hạt nhỏ) và sau đó là đoạn chuyển tiếp với đường cong đó

Phương trình elip có dạng như sau:

1)(

)(

2

2 0 2

x x

(1.1) Trong đó:

a, b là trục của elip có trị số phụ thuộc kích cỡ và hình dạng hạt

1.3.2 ý thuyết cấp phối hạt của Wemouth

Theo kết quả nghiên cứu của Weymouth về cấp phối có độ chặt lớn nhất, cho thấy rằng: lỗ rỗng giữa các vật liệu hạt có kích thước nhất định thường được chêm bởi các vật liệu có kích cỡ nhất định nhỏ hơn ngay sau nó, lỗ rỗng còn lại được chêm bởi những vật liệu có kích cỡ nhỏ hơn nữa Nhưng kích thước của các vật liệu hạt chêm này không được lớn hơn khe hở giữa các vật liệu hạt lớn hơn, nếu không thì không lọt qua được

Vs’ : Là thể tích tuyệt đối của hạt có kích thước D

Vs : Là thể tích tuyệt đối của hạt có kích thước d

1.3.3 ý thuyết cấp phối hạt của olomey

olomey đã nhận thấy rằng các hỗn hợp đạt được bằng phương pháp Fuller cho hỗn hợp bê tông có tính công tác tương đối thấp, ông đề nghị một

sự thay đổi đối với parabol của Fuller như sau:

P = (1 )( )1/2

D

d f

Trong đó f là một hằng số kinh nghiệm

Các kí hiệu khác có cùng ý nghĩa như trên

Giá trị f được chọn phụ thuộc tính dễ đổ và hàm lượng các hạt nhỏ

Phương trình trên có thể áp dụng bình thường cho tất cả các vật liệu rắn tạo nên hỗn hợp Nhưng trong thực tế, đường cong thành phần hạt của xi măng là không biến đổi Bolomey cũng chỉ áp dụng quan hệ này cho các hạt lớn hơn 0.1mm

1.3.4 ý thuyết cấp phối hạt của Talbol

Theo sự nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối phù hợp với công thức sau thì đạt được độ chặt lớn nhất:

P = (d/20)0.5 × 100 = 22.36 d

1.3.5 ý thuyết cấp phối hạt của Okhôtina và N.N Ivanov

Dựa trên cơ sở thực nghiệm, B.B Okhotina đã xác định được những đặc điểm cơ bản sau:

+ Độ rỗng của các cấp phối làm bằng một thành phần hạt (ví dụ cát và

đá dăm), trong đó các hạt có kích cỡ gần nhau và chênh lệch nhau 2 lần, sẽ như nhau khi tỷ lệ khối lượng của các loại hạt trong cấp phối bằng nhau Nói một cách khác, khi cùng tăng hoặc cùng giảm kích thước của tất cả các loại hạt với số lần như nhau, thì độ rỗng sẽ không thay đổi

+ Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước các loại hạt chèn vào lỗ rỗng của các loại hạt to hơn lần lượt giảm đi 16 lần và khối lượng của các hạt sau (nhỏ hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (lớn hơn) Như vậy có nghĩa là: Nếu hạt to có kích thước 16 ÷ 32mm, thì các loại hạt sau

có kích thước lần lượt là 1 ÷ 2; 0.06 ÷ 0.12; 0.004 ÷ 0.008mm và khối lượng

của hạt 1 ÷ 2mm bằng 43% khối lượng của hạt 16 ÷ 32mm, khối lượng của hạt 0.06 ÷ 0.12mm bằng 43% khối lượng hạt 1 ÷ 2mm, và cứ tiếp tục thế, Khi chọn một cấp phối có các loại hạt có kích thước chênh nhau 1/8, 1/4

và 1/2 lần, thì độ rỗng của cấp phối sẽ lớn hơn và khối lượng của vật liệu hạt nhỏ chèn vào sẽ phải tăng lên Như vậy, khi chèn vào lỗ rỗng bằng những loại hạt lần lượt nhỏ đi 8 lần, 4 lần và 2 lần, thì để cấp phối có độ chặt lớn nhất khối lượng của các loại hạt sau (nhỏ hơn) lần lượt phải bằng 55%, 66% và 81% khối lượng của loại hạt trước (to hơn)

Nếu ta trộn thêm vào cấp phối trên bất kỳ loại hạt trung gian nào, thì độ rỗng sẽ tăng lên Nhưng nếu trộn thêm vào cấp phối loại vật liệu mà thành phần và tỉ lệ khối lượng các loại hạt giống nhau như cấp phối đó, thì độ rỗng của nó sẽ không thay đổi

Từ mục có thể dễ dàng thấy rằng: Các loại hạt có kích thước chênh nhau

16 lần và 4 lần, thì tỉ lệ khối lượng là 0.43 (43%) và = 0.66 (66%) Như vậy, nếu các loại hạt chênh nhau 2 lần, thì tỉ lệ khối lượng của chúng sẽ

đa 2 ựa vào nguyên tắc đó và dựa vào thí nghiệm, giáo sư Ivanov đã định

ra đường cong giới hạn của cấp phối Bất kỳ một cấp phối nào có đường cong nằm trong phạm vi giới hạn đó có độ chặt tương đối lớn Qua nhiều lần thí nghiệm, đã xác nhận rằng: Nói chung, tất cả các đường cong của cấp phối đất,

0.43

0.66

đá hay cấp phối bê tông asphalt hay BTXM nằm trong phạm vi của đường cong giới hạn đều cho kết quả tốt

1.3.6 ý thuyết cấp phối cốt liệu lý tưởng Fuller

Cấp phối cốt liệu được định nghĩa là mối quan hệ giữa kích cỡ sàng tiêu chuẩn Xi và tổng lượng lọt qua sàng này Yi Mối quan hệ này tính toán công thức hay biểu đồ Tối ưu hóa cấp phối cốt liệu có nghĩa là d ng đường cong cấp phối lý tưởng thì cho một hỗn hợp cốt liệu có độ đặc tốt

Đường cong Fuller được biểu thị bằng công thức toán học sau:

Trong đó:

T là hệ số phụ thuộc vào kính cỡ lớn nhất của cốt liệu và phải quan tâm rằng độ cong đường cong Fuller có thể thay đổi phụ thuộc vào loại cốt liệu Hay nói cách khác đường cong Fuller cho kết quả tốt thì hỗn hợp bê tông

có tính cứng tốt Độ cong của đường cong lý tưởng Fuller phụ thuộc vào thành phần của bê tông và loại cốt liệu:

Trong đó:

YTi: độ cong của đường cong lý tưởng

Tn: hệ số, phụ thuộc kích cỡ lớn nhất cốt liệu và bậc của biểu thức n: Hệ số thực nghiệm lấy: 0.3  0.6

Về lý thuyết ta có thể đạt được cấp phối lý tưởng khi lựa chọn một tỷ lệ hợp lý hỗn hợp cốt liệu, tuy nhiên cách này thì khó khăn và không kinh tế Thực nghiệm ta chuẩn bị sẵn các loại cốt liệu mịn và cốt liệu thô với các cấp phối tỷ lệ khác nhau để pha trộn cho một độ đặc hợp lý và có hiệu quả kinh tế cao

1.4 Nguyên lý hình thành cường độ các loại mặt đường

1.4.1 Nguyên lý hình thành cường độ mặt đường bê tông nhựa [23]

Theo N.N Ivanov: cường độ bê tông nhựa phụ thuộc vào thành phần lực dính và góc ma sát

+ Lực dính tương hỗ C1: do sự móc vướng vào nhau của các hạt phụ

thuộc vào độ lớn và độ sắc cạnh của hạt; ít thay đổi khi nhiệt độ - độ ẩm - tốc

độ biến dạng thay đổi nhưng sẽ giảm khi bê tông nhựa asphalt chịu tải trọng trùng phục của xe cộ và hỗn hợp kém chặt

+ Lực dính phân tử C2: do lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa

nhựa với cốt liệu và lực dính bên trong của bản thân nhựa

Lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa nhựa với cốt liệu: phụ thuộc vào

tỷ diện cốt liệu, tính hấp phụ của cốt liệu đối với nhựa

Lực dính kết bên trong của bản thân nhựa: phụ thuộc vào cấu trúc, độ nhớt của nhựa, nhiệt độ và tốc độ biến dạng

Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy bê tông nhựa là một loại vật liệu có tính lưu biến: Quá trình biến dạng của BTN có quan hệ rất chặ chẽ với thời gian tác dụng của tải trọng; còn trị số ứng suất phụ thuộc vào tốc độ biến dạng

và trị số biến dạng

Các mô hình lưu biến mô phỏng sự làm việc của bê tông asphalt cho thấy BTN là một loại vật liệu có tính đàn hồi - chậm - nhớt (dẻo) phần nào cho chúng ta hình dung được quá trình làm việc của BTN khi chịu tải trọng xe

CHƯƠNG II:

THỰC TRẠNG NGUỒN VẬT LIỆU XÂY DỰNG VÀ KHẢ NĂNG

SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

TẠİ À RỊA - VŨNG TÀU 2.1.Điều kiện tự nhiên tại tỉnh à Rịa - Vũng Tàu [11], [25]

2.1.1 Đặc điểm tự nhiên

2.1.1.1 Vị trí địa lý

Bà Rịa - Vũng Tàu nằm ở miền Đông Nam ộ, tiếp giáp tỉnh Đồng Nai

ở phía Bắc, với thành phố Hồ Chí Minh ở phía Tây, với tỉnh Bình Thuận ở phía Đông, còn phía Nam giáp iển Đông Vị trí này rất đặc biệt, đây chính là cửa ngõ hướng ra biển Đông của các tỉnh trong khu vực miền Đông Nam ộ

Vị trí này cho phép tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu hội tụ nhiều tiềm năng để phát triển các ngành kinh tế biển như: khai thác dầu khí trên biển, khai thác cảng biển và vận tải biển, khai thác và chế biến hải sản, phát triển du lịch nghỉ dưỡng và tấm biển Ở vị trí này, Bà Rịa - Vũng Tàu có điều kiện phát triển tất

cả các tuyến giao thông đường bộ, đường không, đường thủy, đường sắt và là một địa điểm trung chuyển đi các nơi trong nước và thế giới

2.1.1.3 Đặc điểm địa hình

Địa hình toàn vùng phần đất liền có xu hướng dốc ra biển Tuy nhiên ở sát biển vẫn có một số núi cao Núi có độ cao lớn nhất chỉ khoảng 500 m