(Đề tài NCKH) Sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ cho vữa xi măng Portland

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

SỬ DỤNG XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU NHỎ CHO VỮA
XI MĂNG PORTLAND
< SV2021-67/ KHCN-QHQT-SV >
Thuộc nhóm ngành khoa học: Xây dựng
SV thực hiện: Ơng Văn Bình Dương

Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp, khoa: 17149CL2C, khoa chất lượng cao

Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo:4

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơng trình xây dựng
Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tú

TP Hồ Chí Minh, 10/2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ cho vữa xi măng Portland
- Chủ nhiệm đề tài: Ơng Văn Bình Dương
- Lớp: 17149CL2C

Mã số SV:17149057

Khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao

- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Bùi Tiến Đạt

17149060

17149CL2C

Đào tạo Chất Lượng Cao

2

Đặng Bá Tài

17149138

17149CL2C

Đào tạo Chất Lượng Cao

3

Lê Đức Anh

17149045

17149CL2C

Đào tạo Chất Lượng Cao

4

Trần Viết Đức

17149066

17149CL2C

Đào tạo Chất Lượng Cao

- Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Tú

2. Mục tiêu đề tài:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu nhỏ đến tính chất cơ
học của vữa xi măng Portland
3. Tính mới và sáng tạo:
Đề tài đã nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ cho vữa xi măng Portland
theo các phương pháp kết hợp các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 3121-2003, ‘Vữa
xây dựng – Phương pháp thử’ và Nghiên cứu lý thuyết các đặc tính cơ lý của xỉ thép
và các ứng dụng của xỉ thép trong lĩnh vực xây dựng. Đây là cách tiếp cận đơn giản
nhưng độ tin cậy cao.
4. Kết quả nghiên cứu:
Sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ cho vữa xi măng Portland
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Đề tài nghiên cứu này nhằm mục đích giảm chi sản xuất, tăng sức cạnh tranh
của sản phẩm mà cịn bảo vệ mơi trường, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đảm bảo
yêu cầu phát triển lâu dài cho ngành xi măng.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (Không)


Ngày 11 tháng 10 năm 2021
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề
tài:
Đề tài ứng dụng xỉ thép làm cốt liệu trong bê tông đã và đang được phát triển để mang
lại lợi ích khơng chỉ cho ngành xây dựng: tiết kiệm chi phí, giảm sử dụng tài nguyên
thiên thiên mà còn bảo vệ môi trường do xỉ thép là phế thải công nghiệp. Các đóng
góp bao gồm:
Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu nhỏ đến tính chất cơ học

của vữa xi măng Portland (0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100% ).
Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu nhỏ đến độ co ngót của
cữa xi măng Portland trong điều kiện phịng thí nghiệm.
Ngày 11 tháng 10 năm 2021
Người hướng dẫn

Nguyễn Thanh Tú


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ............................. 1

2.

Tính cấp thiết đề tài .................................................................................. 2

3.

Lý do chọn đề tài ...................................................................................... 2

4.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 3

5.

Khách thể, đối tượng ................................................................................ 3

6.

Giả thuyết khoa học .................................................................................. 4

7.

Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 4

8.

Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 4

9.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 4

10. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................. 5
11. Một số cơng trình sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ ................................. 6
TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VỮA XI MĂNG VỀ
VÀ ỨNG DỤNG CỦA XỈ THÉP TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG. .............. 8
Tính chất cơ học của vữa xi măng......................................................... 8
1.1.1. Thành phần, cấu trúc và phân loại xi măng ........................................ 8
1.1.2. Tính chất cơ học của vữa xi măng ...................................................... 8
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ vữa xi măng.......................... 10
Tổng quan về xỉ thép và ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng .......... 10
1.2.1. Tổng quan về xỉ thép ......................................................................... 10
1.2.2. Ứng dụng của xỉ thép đối với xây dựng............................................ 12
1.2.3. Vai trò của xỉ thép tới sự phát triển bền vững................................... 12

CƠ SỞ LÝ LUẬN ........................................................................ 13
Khái niệm về vật liệu vữa xi măng...................................................... 13
Thành phần vật liệu chế tạo vữa xi măng Portland ............................. 13
2.2.1. Cát (Cốt liệu nhỏ) .............................................................................. 13
2.2.2. Xi măng Portland .............................................................................. 13
2.2.3. Xỉ thép ............................................................................................... 13
2.2.4. Nước .................................................................................................. 15
Đặc điểm, tính chất của vữa xi măng Portland ................................... 16
2.3.1. Đặc điểm ........................................................................................... 16


Ưu điểm, nhược điểm của vữa xi măng Portland................................ 16
Các ứng dụng của vữa xi măng Portland ............................................ 16
Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của vữa xi măng Portland .................. 16
2.6.1. Độ sụt ................................................................................................ 16
2.6.2. Cường độ ........................................................................................... 17
Ảnh hưởng của hàm lượng và tính chất cốt liệu đến tính chất của vữa
xi măng Portland ............................................................................................. 18
Tiêu chuẩn áp dụng ............................................................................. 18
2.8.1. TCVN 3121:2003 - Vữa xây dựng - Phương pháp thử .................... 18
2.8.2. Phần 11: Xác định cường độ uốn và nén của vữa đã đóng rắn. ........ 19
2.8.3. Phạm vị áp dụng ................................................................................ 19
2.8.4. Tiêu chuẩn viện dẫn. ......................................................................... 19
2.8.5. Nguyên tắc......................................................................................... 19
2.8.6. Thiết bị và dụng cụ thử: .................................................................... 19
2.8.7. Cách tiến hành. .................................................................................. 21
2.8.8. Tính kết quả....................................................................................... 21
2.8.9. Báo cáo thử nghiệm........................................................................... 23
THỰC TRẠNG VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 24
Thực trạng về xỉ thép tại các nhà máy sản xuất thép .......................... 24

3.1.1. Về tình hình sản xuất thép và sản sinh lượng lớn xỉ thép ................. 24
3.1.2. Công nghệ xử lý xỉ thép tạo ra từ các nhà máy sản xuất thép .......... 26
Thực trạng việc ứng dụng các đặc tính của xỉ thép trong việc chế tạo
vữa xây dựng ................................................................................................... 27
3.2.1. Nước ngồi ........................................................................................ 27
3.2.2. Trong nước ........................................................................................ 30
Thực trạng tình hình nghiên cứu ứng dụng của xỉ thép trong sinh viên
tại trường ĐH SPKT........................................................................................ 30
3.3.1. Kết quả khảo sát từ sinh viên trong trường: ...................................... 30
3.3.2. Ý nghĩa của việc khảo sát.................................................................. 35
NGHIÊN CỨU TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM ....................... 36
Cơng tác chuẩn bị ................................................................................ 36
4.1.1. Chuẩn bị vật liệu và thiết bị .............................................................. 36
4.1.2. Xác định thành phần hạt cát .............................................................. 41


4.1.3. Xác định thành phần cấp phối ........................................................... 43
Công tác đúc mẫu ................................................................................ 44
4.2.1. Chuẩn bị vật liệu và trộn vữa ............................................................ 44
4.2.2. Đúc và bảo dưỡng ............................................................................. 44
a) Thí nghiệm uốn mẫu ............................................................................... 45
4.2.3. Cường độ chịu nén ............................................................................ 51
Đánh giá kết quả: ................................................................................. 54
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 55
Kết luận chung: ............................................................................................... 55
Kiến nghị ......................................................................................................... 55
Ý nghĩa nghiên cứu: ........................................................................................ 56
Hướng nghiên cứu tiếp .................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 57

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1. Sân vận động Colonial Melboune ........................................................ 6
Hình 1. 2.Hầm nối sân bay syney ......................................................................... 7

Hình 2. 1:Sơ đồ thí nghiệm uốn mẫu .................................................................. 17
Hình 2. 2: Mẫu khn ......................................................................................... 20
Hình 2. 3 : Sơ đồ uốn .......................................................................................... 20

Hình 3. 1: Cơng nghệ sản xuất thép .................................................................... 24
Hình 3. 2: Xỉ thép sản xuất từ lị điện hồ quang ................................................. 26
Hình 3. 3: Cơng nghệ xử lý xỉ thép ..................................................................... 26

Hình 4. 1: Mẫu xi măng Portland ........................................................................ 36
Hình 4. 2: Mẫu cát sau khi ray và làm sạch ........................................................ 36
Hình 4. 3: Xỉ thép ................................................................................................ 37
Hình 4. 4:Mẫu nước sạch dùng để trộn vữa ........................................................ 37
Hình 4. 5: Ván khn(40x40x160)mm ............................................................... 38
Hình 4. 6: Máy trộn vữa và cối đựng .................................................................. 39
Hình 4. 7 : Bàn dằn điện...................................................................................... 39
Hình 4. 8 : Máy nén uốn vữa xi măng................................................................. 40
Hình 4. 9: Cân điện tử+ dụng cu đong đo vật liệu trộn vữa................................ 41
Hình 4. 10: Mẫu vữa sau khi dưỡng hộ.............................................................. 44
Hình 4. 11: Hướng dẫn sử dụng máy nén uốn .................................................... 45
Hình 4. 12: Mẫu vữa sau khi uốn ........................................................................ 46
Hình 4. 13: Mẫu vữa sau khi nén ........................................................................ 47
Hình 4. 14: Màn hình kết quả sau khi uốn mẫu vữa ........................................... 47
Hình 4. 15: Màn hình kết quả sau khi nén mẫu vữa ........................................... 48
Hình 4. 16: Biểu đồ cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ

............................................................................................................................. 49
Hình 4. 17: Biểu đồ cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo phần trăm thay thế
xỉ thép .................................................................................................................. 50
Hình 4. 18: Biểu độ cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ
............................................................................................................................. 52
Hình 4. 19: Biểu đồ cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo phần trăm thay thế
xỉ thép .................................................................................................................. 53


MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1: Các chỉ tiêu chất lượng của vữa tươi ................................................... 9
Bảng 1. 2: Mác vữa và cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày đêm dưỡng hộ ở điều
kiện chuẩn (t=20oC, w>95%) ................................................................................ 9

Bảng 2. 1: Thành phần hóa học của xỉ thép ........................................................ 14
Bảng 2. 2: Tính chất cơ lý của xỉ thép ................................................................ 15
Bảng 2. 3: Thời gian dưỡng hộ ........................................................................... 21

Bảng 4. 1: : Thành phần cấp phối của vữa xi măng ............................................ 44
Bảng 4. 2: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu uốn ............................................. 48
Bảng 4. 3: Sự biến thiên cường độ chịu uốn của mẫu có xỉ thép thay thế một
phần xi măng so với mẫu đối chứng ................................................................... 49
Bảng 4. 4: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén.............................................. 51
Bảng 4. 5: Sự biến thiên cường độ chịu nén của mẫu có xỉ thép thay thế một
phần xi măng so với mẫu đối chứng ................................................................... 52


MỞ ĐẦU
1.

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
-

Trong nước:
+ Kết quả nghiên cứu của TS. Trần Văn Miền [1] cho thấy, ở cùng một hàm
lượng nhựa hấp phụ thì dung trọng của bê tơng nhựa cốt liệu xỉ thép cao hơn đáng
kể so với bê tông nhựa cốt liệu đá dăm. Xu hướng này đúng cho cả cốt liệu hạt
mịn và cốt liệu hạt trung sử dụng cho bê tông nhựa. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng,
độ ổn định và cường độ chịu nén của bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép cao hơn của
bê tông nhựa cốt liệu đá dăm.
+ Nghiên cứu của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh [2] cho thấy, xỉ thép có độ
cứng, độ ma sát và khả năng chống mài mòn cao, cịn chỉ số bong tróc thấp hơn
nhiều so với đá. Bề mặt của xỉ thô, nhám và độ pH cao, dao động từ 10 - 11 nên
có độ dính bám tốt với nhựa đường. Tuy nhiên, xỉ thép có khối lượng riêng lớn
hơn 20% so với đá và khả năng hút nước cao hơn đá.

-

Ngoài nước:
+ Thiên 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 [4], 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 [3], [4]. Điều này chứng tỏ xỉ thép có thể dùng
làm móng đường nếu được xử lý ẩm để giảm độ trương nở thể tích [4].
[1]Trần Văn Miền, Cơng ty TNHH Lê Phan (2011), Sử dụng xỉ thép làm cốt liệu
thay thế đá dăm làm bê tông asphalt ứng dụng làm lớp áo đường trong cơng trình
giao thơng, Đề tài khoa học cơng nghệ cấp TP. Hồ Chí Minh.
[2]. Cơng ty TNHH Vật Liệu Xanh (2012), Dự án đầu tư nhà máy sản xuất vật
liệu xây dựng từ xỉ lò điện hồ quang tại Khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân

Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu.
[3]. H. Qasrawi (2014), The use of steel slag aggregate to enhance the mechanical
properties of recycled aggregate concrete and retain the environment,

1


Construction and Building Materials 54 298-304.
[4]. L. Rohde, W. P. Nunez and J. A. P. Ceratti (2003), Electric Arc Furnace Steel
Slag, Transportation Research Record 1819, Transportation Research Board,
Washington, D.C. pp. 201-207.
2.

Tính cấp thiết đề tài

Cốt liệu có nguồn gốc từ tự nhiên là một thành phần chủ yếu trong sản xuất bê tông,
vữa. Cát sông thường được sử dụng để làm cốt liệu nhỏ cho hỗn hợp bê tông và vữa.
Loại vật liệu ngày càng khan hiếm do nhu cầu quá lớn và việc khai thác gây ảnh hưởng
xấu tới môi trường và an sinh xã hội. Dự án về phương pháp sử dụng cốt liệu “xỉ lò cao
– phế thải của công nghiệp luyện gang thép” để thay một phần hoặc hoàn toàn thay thế
cốt liệu đem lại nguồn lợi lớn về kinh tế, góp phần bảo vệ mơi trường và tiết kiệm tài
nguyên thiên nhiên. Đây là một giải pháp cần thiết cho sự phát triển vững mạnh của nền
cơng nghiệp xây dựng nói riêng và sự phát triển của đất nước nói chung.
3.

Lý do chọn đề tài

Tình trạng sạt lở ở Đồng bằng sông Cửu Long đang diễn biến ngày càng phức tạp dọc
theo các tuyến sông Tiền, sông Hậu, sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây, các nhánh sơng
chính và cả bờ biển, gây nhiều thiệt hại. Chỉ trong 5 tháng đầu năm 2020, tại TP.Cần

Thơ đã xảy ra 17 vụ sạt lở (tăng gần gấp đôi so với cùng kỳ năm 2019) với tổng chiều
dài hơn 1.000m, ảnh hưởng đến 37 căn nhà; trong đó có 4 căn bị sạt hồn tồn, thiệt hại
tài sản hơn 12 tỉ đồng. Còn tại huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang, chỉ trong ngày
28/5/2020 đã xảy ra 4 điểm sạt lở đất bờ sông trên các tuyến kênh Cái Muồng, Cái Đơi
và Mái Dầm. Trong đó, Mái Dầm là tuyến nguy cơ cao, thường xuyên bị sạt lở ở hai
bên bờ sông, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống, đi lại của người dân mấy năm nay. Theo
thống kê, trung bình mỗi năm, xói lở đã làm mất khoảng 300 ha đất, rừng ngập mặn ven
biển các tỉnh ĐBSCL. Tình trạng sạt lở khơng chỉ diễn ra trong mùa mưa mà cịn xuất
hiện cả mùa khơ, từ các tuyến sơng chính đến hệ thống kênh, rạch với mức độ ngày càng
nhiều và nguy hiểm.

2


Nắm bắt được vấn đề xuất hiện từ thực trạng diễn ra hằng ngày xung quanh mình. Nhóm
đã bắt đầu tìm hiểu và xác định được nguyên nhân dẫn đến sạt lỡ chủ yếu là do tình
trạng khai thác cát sông – nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong hoạt động xây dựng.
Với mong muốn góp phần làm hạn chế diễn biến xấu diễn ra hằng năm, nhóm nghiên
cứu quyết định tìm ra được ngun liệu thay thế cát sơng, chính là xỉ thép thành phần
được thu thập trong quá trình sản xuất thép. Đóng vai trị cốt liệu nhỏ trong vữa xi măng
Portland sẽ là thành phần quan trọng trong tương lai góp phần bảo vệ mơi trường, nhờ
tái chế được vật liệu bỏ đi và thay thế nguyên liệu đang dần cạn kiệt.
Cát sơng là cốt liệu có nguồn gốc từ tự nhiên là một thành phần chủ yếu trong sản xuất
bê tông, vữa. Cát sông thường được sử dụng để làm cốt liệu nhỏ cho hỗn hợp bê tông
và vữa. Loại vật liệu ngày càng khan hiếm do nhu cầu quá lớn và việc khai thác gây ảnh
hưởng xấu tới môi trường và an sinh xã hội. Dự án về phương pháp sử dụng cốt liệu “xỉ
lò cao – phế thải của công nghiệp luyện gang thép” để thay một phần hoặc hoàn toàn
thay thế cốt liệu đem lại nguồn lợi lớn về kinh tế, góp phần bảo vệ môi trường và tiết
kiệm tài nguyên thiên nhiên. Đây là một giải pháp cần thiết cho sự phát triển vững mạnh
của nền cơng nghiệp xây dựng nói riêng và sự phát triển của đất nước nói chung.

4.

Mục tiêu nghiên cứu

Tìm ra loại vật liệu có đủ tính chất để thay thế một phần hoặc toàn bộ thành phần cát
sông trong sản xuất vữa bê tông.
Giảm thiểu lượng khai thác cát và tái chế được chất thải của ngành công nghiệp sản xuất
thép.
Giảm giá thành sản xuất vữa và góp phần bảo vệ mơi trường.
5.

Khách thể, đối tượng

Đối tượng nghiên cứu:
 Vật liệu thay thế cốt liệu nhỏ trong xây dựng – xỉ thép.
 Vữa xi măng Portland sau khi được phối trộn với vật liệu thay thế.
 Độ bề và khả năng chịu lực của vữa sử dụng vật liệu thay thế.
Khách thể nghiên cứu:

3


 Cát sông sử dụng trong vữa xây dựng hiện nay.
 Quy trình sản xuất vữa pha trộn xỉ thép trong xây dựng.
6.

Giả thuyết khoa học

Việc sử dụng vật liệu là xỉ thép trong tương lai có thể thay thế được vật liệu ngày một
cạn kiệt là cát sông.

Sử dụng xỉ thép nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ mơi trường và
tiết kiệm năng lượng.
Tính phổ biến rộng rãi của việc thay thế vật liệu tự nhiên là xu hướng của tương lai.
Chất lượng sản phẩm vữa được tạo ra từ xỉ thép có độ bền cao.
7.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm ra loại vật liệu có thể thay thế các thành phần trong chế tạo vữa xây dựng.
Tìm vật liệu thay thế cát sơng cải thiện mơi trường.
Dùng xỉ thép thay thế cát trong sản xuất vữa xây dựng.
8.

Phạm vi nghiên cứu

Khơng gian: phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng trường đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.
HCM.
Thời gian: thí nghiệm đánh giá cường độ nén – uốn của vữa đến 56 ngày.
Nội dung nghiên cứu:


Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu nhỏ đến tính

chất cơ học của vữa xi măng Portland (0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100% ).


Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xỉ thép thay thế cốt liệu nhỏ đến độ

co ngót của cữa xi măng Portland trong điều kiện phịng thí nghiệm.
9.

Phương pháp nghiên cứu

_ Phương pháp thực nghiệm:
+

Nghiên cứu lý thuyết các đặc tính cơ lý của xỉ thép và các ứng dụng của xỉ

thép trong lĩnh vực xây dựng.

4


+

Thực hiện các thí nghiệm xác định cường độ vữa xi măng dựa trên tiêu chuẩn

TCVN 3121-2003, ‘Vữa xây dựng – Phương pháp thử’.
 Mục đích: lấy được các số liệu thơ để tính tốn.
_ Phương pháp phân tích tổng hợp:
+

Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm.

+

Đánh giá sự ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần xỉ thép thay thế cát đến sự

phát triển cường độ chịu uốn, chịu nén của vữa xi măng.
 Mục đích: so sánh được cường độ giữa vữa truyền thống và vữa xỉ thép.

10. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:


Xác định các ảnh hưởng của tỷ lệ xỉ thép thay thế cát đến sự phát triển cường

độ chịu uốn và nén của vữa xi măng, đưa ra kết luận sử dụng xỉ thép thay thế một phần
cát.


Bằng cách tiến hành thực nghiệm phương pháp clinker hóa xỉ thép mơ phỏng

theo kỹ thuật xử lý nhiệt của xỉ hạt lò cao, các kết quả thu được về khả năng cải thiện
tính thủy lực của clinker xi-măng xỉ thép EAF vẫn chưa thể so sánh với xỉ GBFS. Phân
tích thành phần khống và FTIR trên xi-măng xỉ thép bước đầu cho thấy sự có mặt của
các khoáng C2S và C3S, tương tự như trong xi-măng Portland. Các đặc trưng thủy hóa
khác của xi-măng xỉ đã khơng thể đáp ứng tiêu chuẩn cơ bản của xi-măng thông thường,
tuy nhiên bước đầu mẫu xi-măng xỉ đã biểu hiện tính đóng rắn và cường độ chịu lực
yếu. Những nghiên cứu sâu hơn về chế độ nung cũng như điều kiện làm nguội cho mục
tiêu chế tạo loại xi-măng xỉ thép có thể được dự kiến tiếp theo sau đây.


Làm tiền đề cho các nghiên cứu phát triển sau.

Ý nghĩa thực tiễn:


Tiết kiệm nguyên liệu thô khi sản xuất xi măng.



Giảm thải khí CO2 từ các nhà máy sản xuất xi măng.

5




Giúp các nhà máy luyện kim tìm được giải pháp xử lý xỉ thép nếu được áp

dụng trong việc thay thế một phần cát trong sản xuất vữa.
11. Một số cơng trình sử dụng xỉ thép làm cốt liệu nhỏ
Sân vận động lớn nhất nước Úc này là biểu tượng của di sản thể thao của Melbourne,
thu hút hàng nghìn người hâm mộ đến xem thi đấu cricket, bóng bầu dục, rugby, bóng
đá và nhiều sự kiện hấp dẫn.

Hình 1. 1. Sân vận động Colonial Melboune

6


Hình 1. 2.Hầm nối sân bay syney

7


TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VỮA XI MĂNG VỀ VÀ
ỨNG DỤNG CỦA XỈ THÉP TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG.
Tính chất cơ học của vữa xi măng

1.1.1. Thành phần, cấu trúc và phân loại xi măng
Vữa xi măng là loại vật liệu nhân tạo từ các loại cốt liệu bé, chất kết dính, nước
và có thể thêm phụ gia. Cốt liệu bé là cát, chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc
các chất dẻo khác.
Nguyên lý tạo ra vữa xi măng là dùng chất kết dính bằng xi măng trộn với nước
để liên kết các hạt cốt liệu bé lại với nhau tạo ra một khối đặc chắc có khả năng chịu lực
và chống lại các biến dạng.
 Theo chất kết dính sử dụng, vữa được phân làm 4 loại chính sau:
 Vữa xi măng - cát;
 Vữa vôi - cát;
 Vữa xi măng - vôi - cát;
 Vữa đất sét - xi măng - cát.
 Theo khối lượng thể tích (pv) ở trạng thái đã đóng rắn, vữa được phân làm 2 loại:
 Vữa thường: có khối lượng thể tích lớn hơn 1500 kg/m
 Vữa nhẹ: có khối lượng thể tích khơng lớn hơn 1500 kg/m3.
 Theo mục đích sử dụng, vữa được phân làm 2 loại:
 Vữa xây;
 Vữa hồn thiện thơ và mịn.
1.1.2.Tính chất cơ học của vữa xi măng
Theo TCVN 4314 : 2003: Vữa xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật các chỉ tiêu kỹ thuật
của vữa tươi theo quy định tại bảng 2.1

8


Bảng 1. 1: Các chỉ tiêu chất lượng của vữa tươi
Loại vữa
Tên chỉ tiêu

Hồn thiện

Xây

1. Kích thước hạt cốt liệu lớn

5

nhất (Dmax), không lớn hơn

Thô

Mịn

2.5

1.25

2. Độ lưu động (phương pháp
bàn dằn), mm,
- Vữa thường

165-195

175-205

175-205

- Vữa nhẹ

145-175

155-185

155-185

- Vữa khơng có vơi và đất sét

65

65

65

- Vữa có vơi hoặc đất sét

75

75

75

150

150

152

0.1

0.1

0.1

3. Khả năng giữ độ lưu động, %
không nhỏ hơn

4. Thời gian bắt đầu đông kết,
phút, không nhỏ hơn
5. Hàm lượng ion clo trong vữa,
%, không lớn hơn

Bảng 1. 2: Mác vữa và cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày đêm dưỡng hộ ở điều kiện
chuẩn (t=20oC, w>95%)
Mác vữa

M 1.0

M 2.5

M 5.0

M 7.5

M 10

M 15

M 20

M 30

1.0

2.5

5.0

7.5

10

.15

20

30

Cường độ chịu
nén trung bình,
tính
bằng

MPa

(N/mm2),
khơng nhỏ hơn

9

Cường độ của vữa xi măng là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của
vật liệu. Cường độ của vữa xi măng phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Tính
chất cơ học của vữa xi măng bao gồm cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén
1.1.2.1.Cường độ chịu nén
Vữa có khả năng chịu nhiều loại lực khác nhau nhưng khả năng chịu nén là lớn nhất. Do
đó cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của các loại vữa
thông thường. Cường độ chịu nén của vữa được xác định bằng thí nghiệm các mẫu vữa
hình khối có cạnh 7.07 cm. Dựa trên cường độ chịu nén tra ra mác vữa.
Mác vữa được xác định theo trị số giới hạn cường độ chịu nén trung bình của những
mẫu vữa hình khối lập phương có cạnh 7.07 cm, đưuọc chế tạo và bảo dưỡng 28 ngày
trong điều kiện tiêu chuẩn.
Theo TCVN, có các loại mác vữa thơng dụng: 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300.
1.1.2.2. Cường độ chịu uốn
Cường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu kéo của vữa xi măng. Nó được đo
trên cơ sở uốn dầm vữa xi măng, kích thước mẫu vữa 40x40x160mm.
Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn của vữa xi măng có thể dựa trên tiêu chuẩn
TCVN 3121-2003 để xác định. Mẫu sau khi được bảo dưỡng lắp vào bộ gá uốn.
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ vữa xi măng
Cường độ chịu lực của vữa xi măng phụ thuộc vào loại chất kết dính lượng chất kết
dính, tỷ lệ nước /chất kết dính, chất lượng của cát, điều kiện bảo dưỡng và thời gian
cứng rắn.
Tổng quan về xỉ thép và ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng
1.2.1. Tổng quan về xỉ thép
1.2.1.1. Khái niệm chung
Xỉ thép là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong quá trình sản xuất
kim loại từ quặng sét hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất. Trong quặng

10

sắt thường có lẫn tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với
quặng sắt một hàm lượng đá vơi thích hợp nhất định vào lị nung.
Ở nước ta, theo ước tính có khoảng 1-1,5 triệu tấn xỉ thép thải ra mỗi năm từ các nhà
máy sản xuất thép lớn. Các bãi chất thải rắn này chiếm chỗ trên diện tích đất rất lớn và
dẫn đến tác động môi trường nghiêm trọng với hàm lượng bụi lớn và rỉ sét, kim loại
nặng. Vì vậy, việc tái chế xỉ thép được đánh giá là thực sự cần thiết để đáp ứng đồng
thời mục tiêu về kinh tế lẫn môi trường. Để tái chế ở quy mơ lớn, xỉ thép có thể được sử
dụng như chất độn ximăng hoặc cốt liệu san lấp nền hay cốt liệu cho bêtông nhựa đường.
Cốt liệu xỉ thép làm san lấp nền giúp cải thiện cơ tính và tính bền nhờ phản ứng kết dính
khi gặp nước, bùn. Tuy nhiên nhìn chung trong số các trường hợp ứng dụng thực tế hiện
nay đều khơng tận dụng hết các tính chất của xỉ từ quan điểm khoa học vật liệu. Hơn
90% lượng xỉ vẫn đang đổ đống trong bãi thải tại chỗ trong các nhà máy hay chôn lấp
sâu.
1.2.1.2. Phân loại


Xỉ thép được làm lạnh chậm bằng khơng khí, chất nấu chảy dần chuyển sang

màu xám, kết tinh và tạo dạng cục, tảng lớn. Cấu trúc xỉ rất đặc sít.


Xỉ làm lạnh nhanh hơn có kem theo một lượng nước có hạn, sau đó hơi nước

bị thu hồi lại, để các lỗ rỗng, rỗ tổ ong trong cấu trúc xỉ, gần tương tự đá bọt.
1.2.1.3. Yêu cầu kỹ thuật
1.2.1.4. Các đặc trưng của xỉ thép


Xỉ thép có tính chất cơ học rất tốt do cấu trúc tinh thể đặc biệt, được so sánh

tương tự hoặc tốt hơn so với cấu trúc của đá tự nhiên


Xỉ thép có những ưu điểm sau:
+ Nặng hơn so với hầu hết cốt liệu tự nhiên.
+ Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt
+ Độ bền cao và chịu đựng tốt trong điều kiện thời tiết xấu.
+ Thành phần chủ yếu là các khoáng chất tương tự như thành phần của xi măng.

11


1.2.2. Ứng dụng của xỉ thép đối với xây dựng


Xỉ thép nếu qua quá trình xử lý, tái chế, sẽ cho ra các sản phẩm thay thế cho

các vật liệu tự nhiên để làm đường bê tông, làm vật liệu trải đường hoặc làm móng các
cơng trình giao thơng.


Làm cốt liệu cho đổ bê tông, làm nền nhà xưởng, kho bãi.



Xỉ thép thay thế cho đá để chống sạt lở các cơng trình đê, kè biển.

1.2.3.Vai trị của xỉ thép tới sự phát triển bền vững


Tái chế xỉ thép như là một sản phẩm có ích thân thiện với mơi trường, do

những tính chất hóa học đặc biệt:
+ Giảm lượng rác thải hóa học từ q trình luyện kim ra môi trường.
+ Làm vật liệu thay thế cho cát sông từ đó giảm tình trạng khai thác cát lậu gây
tình trạng lỡ đất ven các sông.

12


CƠ SỞ LÝ LUẬN
Khái niệm về vật liệu vữa xi măng
Vữa là một hỗn hợp được trộn một cách hợp lý theo một tỉ lệ nhất định giữa nhiều loại
nguyên liệu khác nhau. Chúng được trộn nhân tạo (do con người tác động), trộn đều của
chất kết dính vơ cơ, cốt liệu nhỏ với nước theo tỷ lệ thích hợp. Tỷ lệ có thể được thay
đổi tùy thuộc vào yêu cầu, cũng như mục đích sử dụng loại vữa. Đơi khi, người trộn có
thể cho thêm một số phụ gia để đáp ứng với tính chất thực tế của cơng trình thi cơng,
nâng cao thêm tính năng cho vữa.
Thành phần vật liệu chế tạo vữa xi măng Portland
2.2.1. Cát (Cốt liệu nhỏ)
Cát dùng cho vữa xây dựng đóng vai trị là một bộ khung, chất lượng của cát có ảnh
hưởng nhiều đến cường độ của vữa. Cát có thể là cát thiên nhiên (cát thạch anh, cát
fenfat, cát nhân tạo).
2.2.2. Xi măng Portland
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường
độ cho vữa. Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường
độ chịu lực của vữa.
Khi sử dụng xi măng để chế tạo vữa, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng
vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tơng đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế.
2.2.3. Xỉ thép

Xỉ thép là phế thải trong công nghiệp luyện kim, làm phế phẩm trong qua trình sản xuất
kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại khơng ngun chất. Trong quặng
sắt thường có lẫn tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với
quặng sắt một hàm lượng đã vối thích hợp nhất định vào lị nung.
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.

13


Thay thế các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên
nhiên, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Xỉ thép sau khi thu thập về được cán nhỏ đều như đá dăm trước khi sử dụng cho các thi
nghiệm.
Bảng 2. 1: Thành phần hóa học của xỉ thép
STT

Chỉ tiêu

Kết quả (%)

1

SiO2

16.3

2

Al2O3

6.07

3

Fe2O3

39.2

4

CaO

28.9

5

MgO

1.68

6

SO3

0.723

7

P2O5

0.62

8

TiO2

1.02

9

Cr2O3

1.34

10

MnO

4.02

11

ZnO

0.323

12

SrO

0.0781

14


Bảng 2. 2: Tính chất cơ lý của xỉ thép
Các tính chất

Chỉ tiêu

Các tính chất vật lý
Khối lượng riêng (g/cm3)

3.12

Độ hút nước (%)

0.85

Hàm lượng bụi bùn sét (%)

0.12

Độ mài mòn (%)

11.6

Các thành phần hóa học
CaO3

10.0

SiO2

1.0

Fe2O3

89.0

2.2.4. Nước
Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa là ra cường
độ của vữa xi măng. Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi cơng được
dễ dàng. Nước dùng được là loại nước dùng sinh hoạt như nước máy, nước giếng.
Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu
mỡ, đường, nước có độ pH<4, nước có hàm lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, độ
pH bé hơn 4 và lớn hơn 12.5.

15


Đặc điểm, tính chất của vữa xi măng Portland
2.3.1. Đặc điểm
Vữa có thành phần vật liệu giống như bê tơng, nhưng do mục đích sử dụng chủ yếu là
xây và trát cơng trình, vữa ln ln được dàn mỏng nên trong thành phần khơng có
những cốt liệu lớn. Do đặc điểm trên đây nên so với bê tơng, vữa có hai đặc điểm khác
cơ bản:


Một là khả năng chịu lực của vữa thường kém hơn bê tông nếu chúng dùng

cùng loại và lượng chất kết dính.


Hai là vữa dùng nhiều chủng loại chất kết dính hơn, với nhiều mục đích khác

nhau, nên việc phân loại vữa cũng đa dạng hơn bê tông.
Ưu điểm, nhược điểm của vữa xi măng Portland
Một số chỉ tiêu ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp vữa có thể xét đến lần lượt như
sau.
Các ứng dụng của vữa xi măng Portland
Đây là tính chất quan trọng nhất đảm bảo năng suất lao động và chất lượng của khối
xây. Độ lưu động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng nước nhào trộn, độ lớn và hình
dạng hạt cát, mức độ trộn...
Độ lưu động của hỗn hợp vữa xây từ 4 đến 10cm; của vữa hồn thiện từ 6 đến 10cm
(đối với vữa cát thơ), từ 7 đến 12cm (đối với cát mịn)
Độ phân tầng của vữa: Vữa có khả năng chống phân tầng tốt là vữa có độ đồng nhất cao,
khơng bị phân tầng tách lớp trong quá trình vận chuyển hay để lâu chưa dùng tới.
Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của vữa xi măng Portland
2.6.1. Độ sụt
Đơ sụt là tính chất quang trọng nhất của hỗn hợp vữa xi măng Portland, nó đánh giá khả
năng dễ chảy của hỗn hợp vữa dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động.
Thí nghiệm xác định độ sụt của vữa xi măng có thể dựa trên tiêu chuẩn TCVN 3106-93
để xác định.

16


2.6.2. Cường độ

Cường độ của vữa xi măng là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu.
Cường độ của vữa xi măng phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần của nó.
2.6.2.1. Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén của vữa xi măng là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu vữa xi măng.
Mẫu để đo cường độ tại phịng thí nghiệm là các mẫu gãy sau khi uốn thử (mẫu uốn có
kích thước 40mmx40mmx160mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu chuẩn trong thời
gian 28 ngày.
Vữa xi măng sử dụng thơng thường có cường độ R= 5÷10  MPa  .
2.6.2.2. Cường độ chịu uốn
Cường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu kéo của vữa xi măng. Nó
được đo trên cơ sở uốn dầm vữa xi măng, kích thước mẫu vữa 40x40x160mm.
Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn của vữa xi măng có thể dựa trên tiêu
chuẩn TCVN 3121-2003 để xác định. Mẫu sau khi được bảo dưỡng lắp vào bộ gá uốn
như hình 1.5.

Hình 2. 1:Sơ đồ thí nghiệm uốn mẫu
Cường độ uốn của mỗi mẫu thử (Ru), tính bằng N/mm2, chính xác đến 0,05N/mm2,
theo cơng thức:

Ru 

3 F  L
2  b  h2

17