Nghiên cứu khả năng sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất bê tông nhựa nóng ở khu vực phía nam Việt Nam (TT)

BÊ
NÓNG
PHÍA NAM
Chuyên ngành
: 62.58.02.05

2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao
thông Vận tải
Người hường dẫn khoa học:
- GS.TS. Bùi Xuân Cậy
- PGS.TS. Nguyễn Văn Hùng

Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Thúc Tuyên
Trường Đại học Thủy lợi
Phản biện 2: GS.TS. Vũ Đình Phụng
Trường Đại học Thủy lợi
Phản biện 3: GS.TS. Phạm Cao Thăng
Học viện Kỹ thuật Quân Sự

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án
cấp Trường họp tại: ………………………………………..
vào hồi
giờ
ngày
tháng
năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải


1
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
-

Bê tông nhựa (BTN) cốt liệu xỉ thép đã được sử dụng ở nhiều nước trên

thế giới như Nga, Canada , Mỹ, Bỉ, Nhật ... và cho kết quả khai thác tốt. Xỉ thép
ở mỗi quốc gia, ở các nhà máy luyện thép khác nhau sẽ có các tính chất cơ lý,
thành phần hóa học, khoáng vật khác nhau. Do đó, một số kết quả nghiên cứu
còn phân tán, kết quả của các nghiên cứu có sự khác biệt và có khi trái ngược
nhau. Vì vậy, với mỗi nguồn cung cấp xỉ thép cần phải nghiên cứu các đặc tính
của nó để có cơ sở đánh giá khả năng sử dụng xỉ thép;
-

Hiện nay, ở Việt Nam các ứng dụng của xỉ thép ở phía Nam còn rất hạn

chế, phần lớn xỉ thép được đổ đống và chôn lấp. Ở nước ta mới chỉ có các nghiên
cứu bước đầu về tính chất cơ lý của xỉ thép, BTN cốt liệu xỉ thép.
-

Do đó, việc nghiên cứu sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTN làm mặt

đường ô tô ở khu vực phía Nam là một hướng đi đúng đắn, có ý nghĩa thiết thực.
Kết quả nghiên cứu sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTN một cách hiệu quả
sẽ góp phần tạo ra một lượng vật liệu không nhỏ để giải quyết việc khan hiếm
vật liệu trong xây dựng đường ô tô hiện nay, góp phần giảm giá thành xây dựng

và nâng cao chất lượng khi thác mặt đường ô tô, phù hợp với điều kiện khai thác
khu vực phía Nam. Đồng thời giải quyết việc xử lý loại phế thải này rất tốn kém
và ảnh hưởng đến môi trường.
Mục đích nghiên cứu:
Thông qua nghiên cứu kinh nghiệm sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép làm mặt
đường ô tô, kết hợp việc nghiên cứu lý thuyết, phân tích các kết quả thực nghiệm
trong phòng về xỉ thép, BTN cốt liệu xỉ thép, nghiên cứu phạm vi sử dụng BTN
cốt liệu xỉ thép làm mặt đường ô tô. Trên cơ sở đó, đánh giá được khả năng sử
dụng xỉ thép để thay thế đá dăm làm cốt liệu sản xuất BTN, ứng dụng trong xây
dựng mặt đường ô tô ở khu vực phía Nam.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý, các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và khai
thác BTN cốt liệu xỉ thép, ứng dụng làm mặt đường ô tô ở khu vực phía Nam.
Nghiên cứu xỉ thép sử dụng làm cốt liệu để sản xuất BTN, nghiên cứu quy


2
trình sản xuất mẫu BTN cốt liệu xỉ thép, nghiên cứu các tính chất của BTN cốt
liệu xỉ thép, nghiên cứu phạm vi sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép làm mặt đường ô
tô ở khu vực phía Nam.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê; kết hợp nghiên cứu các lý thuyết và kinh nghiệm
ở trong nước và trên thế giới trong sản xuất, sử dụng xỉ thép làm cốt liệu sản xuất
BTN;
- Phương pháp thực nghiệm, trong thực nghiệm có dùng phương pháp đối
chứng để so sánh với các tính chất của đá dăm, BTN cốt liệu đá dăm và các quy
định của tiêu chuẩn hiện hành. Phân tích, luận chứng, đưa ra các đề xuất về khả
năng sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép làm mặt đường ô tô ở khu vực phía Nam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Ý nghĩa khoa học của đề tài: xác định và đánh giá các đặc tính của xỉ thép,

lựa chọn tiêu chuẩn cốt liệu xỉ thép trong sản xuất BTN. Đề xuất quy trình sản
xuất mẫu BTN cốt liệu xỉ thép, xác định và đánh giá các chỉ tiêu cơ lý, các chỉ
tiêu phục vụ công tác thiết kế và khai thác BTN cốt liệu xỉ thép, phạm vi sử dụng
của BTN cốt liệu xỉ thép trong xây dựng mặt đường ô tô ở khu vực phía Nam.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú
thêm chủng loại vật liệu xây dựng và giải quyết được nguồn vật liệu làm đường
ô tô ngày càng khan hiếm, bảo vệ môi trường.
Cấu trúc của đề tài:
Đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng xỉ thép để sản xuất bê tông nhựa
nóng ở khu vực phía nam Việt Nam” ngoài phần Mở đầu, Kết luận và các
Phụ lục có liên quan còn có 4 chương.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP VÀ BÊ TÔNG NHỰA CỐT
LIỆU XỈ THÉP
1.1. Tổng quan về sản xuất thép và xỉ thép ở Việt Nam.
Ở Việt nam, phần lớn thép được sản xuất bằng công nghệ lò điện hồ quang
- đúc liên tục (Hình 1.1). Ở nước ta, lượng xỉ thép được tạo ra khoảng 0,5 – 1,0
triệu tấn/năm. Trong thời gian tới, chỉ tính riêng khu vực phía Nam nếu các nhà
máy thép cùng đi vào hoạt động thì lượng xỉ thép được tạo ra gần 1 triệu


4
nhựa với xỉ > 95% hoặc đạt mức độ tốt đến rất tốt; Độ hút nước của xỉ cao hơn
đá dăm; Khối lượng riêng của xỉ thép cao hơn khoảng 35% so với đá dăm.
1.3.2.2. Thành phần hóa học và khoáng vật của xỉ thép:
-

Thành phần hóa học của xỉ EAF rất khác nhau, thành phần hóa học chính

của xỉ thép chủ yếu là các ôxít: CaO, FexOy, SiO2, MgO và Al2O3. Trong thành
phần hóa học của xỉ thép có thể chứa chứa thành phần CaO, MgO ở trạng thái tự

do, là nguyên nhân thay đổi thể tích xủa xỉ thép.
-

Hai thành phần khoáng vật chính mẫu xỉ EAF là portlandite Ca(OH)2 và

mayenite (CA12Al14O33).
1.3.2.3. Hàm lượng kim loại nặng trong xỉ thép:
Các nghiên cứu ở Đức, Arap Saudi, Nam Phi, Mỹ cho thấy hàm lượng kim
loại nặng trong xỉ thép không vượt quá ngưỡng cho phép so với quy định về chất
thải rắn EPA, ngưỡng hàm lượng kim loại nặng trong tiêu chuẩn của nước uống.
1.3.2.4. Nghiên cứu ứng dụng xỉ thép làm cốt liệu sản xuất BTN xây
dựng mặt đường ô tô.
a. Tính chất cơ lý của BTN cốt liệu xỉ thép.
-

Hàm lượng nhựa tối ưu: hầu hết các nghiên cứu đều cho thấy khi sử dụng

cốt liệu xỉ thép so với cốt liệu đá dăm thì hàm lượng nhựa cao hơn. Khối lượng
riêng của BTN cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN cốt liệu đá dăm khoảng 15 – 20%.
-

Độ ổn định Marshall, độ ổn định còn lại của hỗn hợp BTN cốt liệu xỉ thép

hầu hết là cao hơn BTN cốt liệu đá dăm. Độ dẻo của hỗn hợp BTN cốt liệu xỉ
thép cao hơn BTN cốt liệu đá dăm. Độ rỗng của cốt liệu, độ rỗng còn dư của hỗn
hợp BTN cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN cốt liệu đá dăm.
b. Đánh giá chất lượng khai thác của mặt đường BTN cốt liệu xỉ thép.
Kết quả nghiên cứu về các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và khai thác
đường ở các nước trên thế giới cho thấy BTN cốt liệu xỉ thép có chất lượng tương
đương và tốt hơn BTN cốt liệu đá dăm.

1.4. Các vấn đề còn tồn tại trong việc nghiên cứu ứng dụng xỉ thép làm
cốt liệu sản xuất BTN.
-

Xỉ thép có nguồn gốc khác nhau sẽ có đặc tính khác nhau. Do đó, một số

kết quả nghiên cứu còn phân tán, có sự khác biệt và có khi trái ngược nhau; Xỉ


5
thép có thể chứa CaO, MgO ở trạng thái tự do, là nguyên nhân tiềm ẩn gây ra
những thay đổi lớn về thể tích;
-

Quy trình công nghệ để sản xuất BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép chưa được

nghiên cứu một cách đầy đủ; Chưa có nghiên cứu nào thực hiện một cách đầy đủ
các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và khai thác của BTN cốt liệu xỉ thép;
-

Hàm lượng nhựa tối ưu, khối lượng riêng của xỉ thép và của BTN cốt liệu

xỉ thép cũng cần phải được nghiên cứu thêm để có cơ sở khoa học từ đó so sánh
kinh tế - kỹ thuật của việc sử dụng cốt liệu xỉ thép khi thay thế cốt liệu đá dăm;
-

Ở Việt Nam, mới chỉ có các nghiên cứu bước đầu về tính chất cơ lý của

xỉ thép, BTN cốt liệu xỉ thép.
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP Ở KHU

VỰC PHÍA NAM LÀM CỐT LIỆU SẢN XUẤT BÊ TÔNG
NHỰA NÓNG
2.1. Nghiên cứu sản xuất cốt liệu xỉ thép cho BTN ở khu vực phía Nam:
2.1.1. Nghiên cứu và lựa chọn tiêu chuẩn phân loại kích cỡ cốt liệu xỉ
thép sử dụng để sản xuất BTN:
Lựa chọn tiêu chuẩn phân loại kích cỡ cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTNC 12,5
và BTNC 19 theo phân loại tiêu chuẩn cốt liệu của Mỹ (phân loại kích cỡ cốt liệu
mịn ASTM D1073 – 11, cốt liệu thô theo quy định ASTM D 448-08).
-

BTNC 12,5 và BTNC 19 sử dụng 4 loại cốt liệu tiêu chuẩn. Kết quả phối

trộn cho thấy: với BTNC 12,5 (23% D7, 13% D78, 22% D89, 34% C2); với
BTNC 19 (32% D6, 13% D78, 20% D89, 28% C2) đường cong cấp phối thiết kế
nằm trong miền cấp phối yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 8819:2011 và có thể điều
chỉnh tỷ lệ cốt liệu sử dụng để được cấp phối thiết kế mong muốn (Hình 2.1).
80

100
8819-BTNC 12.5
8819-BTNC 12.5
TK=BTNC 12.5

60
40
20

0

12.5 25 50

0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19 37.5

Cỡ sàng (mm)

8819-BTNC 19

Phần trăm lọt sàng (%)

Phần trăm lọt sàng (%)

100

80

8819-BTNC 19
TK=BTNC 19

60
40

20
0
0.075 0.15

0.3

0.6

1.18 2.36 4.75

Cỡ sàng (mm)

19 37.5
9.5
12.5 25 50

Hình 2.1. Thiết kế phối trộn cốt liệu tiêu chuẩn cho BTNC 12,5 và BTNC 19


6
2.1.2. Công nghệ sản xuất đá dăm ở khu vực phía Nam: có 4 dạng, dạng
thứ nhất (một máy nghiền má và một máy nghiền côn), dạng thứ hai (hai máy
nghiền má bố trí liền nhau và một máy nghiền côn), dạng thứ 3 (hai máy nghiền
má bố trí cách nhau bởi hệ thống sàng và một máy nghiền côn), dạng thứ 4 (một
máy nghiền má và hai máy nghiền côn).
2.1.3. Dây chuyền công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép ở Việt Nam và trên
thế giới:
2.1.3.1. Công nghệ sản xuất xỉ thép ở Việt Nam: Công nghệ sản xuất xỉ
thép tại Công ty Vật Liệu, chỉ bao gồm 2 máy nghiền hàm nhai với năng suất
khác nhau phối hợp để nghiền xỉ thép
2.1.3.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép trên thế giới: có
3 dạng như sau: Dạng 1: nghiền má - nghiền sơ cấp và nghiền búa - nghiền thứ
cấp; Dạng 2: nghiền má - nghiền sơ cấp và nghiền côn - nghiền thứ cấp; Dạng 3:
nghiền má - nghiền sơ cấp, nghiền búa và máy nghiền côn - nghiền thứ cấp.
2.1.3.3. Đánh giá dây chuyền công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép ở Việt
Nam và trên thế giới:
Dây chuyền công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép ở các nước trên thế giới được
thiết kế hoàn thiện, sản phẩm của các dây chuyền sản xuất này với đầy đủ các
loại kích cỡ xỉ thép để làm cốt liệu cho BTN. Dây chuyền công nghệ sản xuất cốt
liệu xỉ thép ở khu vực phía Nam chưa hoàn chỉnh. Vì vậy, sản phẩm do nhà máy

sản xuất ra chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu làm cốt liệu sản xuất BTN.
2.1.4. Đề xuất dây chuyền công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép để sản xuất
BTN ở khu vực phía Nam, (Hình 2.2):

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTN


7
2.2. Nghiên cứu tính chất của cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTN:
2.2.1. Nghiên cứu các tính chất cơ lý của xỉ thép:
Tiến hành thí nghiệm 10 chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và xỉ thép, thí nghiệm 30
tổ mẫu với tổng cộng có 900 mẫu thí nghiệm. Sau khi loại bỏ sai số thô bằng tiêu
chuẩn Tuten – Mua và phân tích thống kê bằng phần mềm Minitab, kết quả thí
nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và xỉ thép được tổng hợp (Bảng 2.1):
Bảng 2.1. Bảng tổng hợp đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép
Đơn vị

Tên nghiên cứu/ nước
Giới hạn cho cốt
liệu trong BTN
C.ty Vật Kết quả thí nghiệm
N.P.
(trung bình)
(TCVN
Liệu
Sơn
8819:2011)
Xanh
Xỉ thép
Đá dăm

Khối lượng riêng

g/cm3

3,51

3,6

Khối lượng thể tích rời

g/cm3

1,65

1,842

Độ hút nước

%

1,68

0,96

Độ mài mòn LA

%

20,3

Chỉ tiêu

Nén dập trong xi lanh (Khô)
%
Dính bám với nhựa
Mức độ/ %
Hàm lượng hạt dẹt

%

Hàm lượng tạp chất hữu cơ

%

3,5

2,85

2,24

1,12

≤28 (Lớp mặt trên)
29,58 ≤35 (Lớp mặt dưới)
≤40 (Lớp móng)
8,1-8,5
13,21
8,83
≤14 (Lớp móng)

Cấp 4 - Cấp 5 Cấp 4
≥ Cấp 3
≤15 (Lớp mặt)
4,5
12,31
≤20 (Lớp móng)
0,54
0,56
≤2
17,3119,53

22,64

Kết quả thí nghiệm, cho thấy:
-

Hàm lượng hạt thoi dẹt trong xỉ thép rất thấp (xỉ thép là 4,5%, đá là

12,31%, xỉ thép ở các nghiên cứu trên thế giới từ 1,4-10,3%); Độ mài mòn Los
Angerles (LA) của đá cao hơn xỉ thép (đá là 29,58%, xỉ thép là 22,64 %, xỉ thép
ở các nghiên cứu trên thế giới từ 13-25%); Độ nén dập trong xi lanh của xỉ thép
cao hơn đá dăm (xỉ thép là 13,21%, đá là 8,83%, xỉ thép ở các nghiên cứu trên
thế giới từ 12,1-23%);
-

Độ dính bám với nhựa của xỉ thép tốt, các mẫu xỉ thép thí nghiệm đều cho

kết quả đạt cấp 4 (tốt), một số mẫu xỉ thép có độ dính bám đạt cấp 5 (rất tốt), tất
cả các mẫu đá chỉ đạt cấp 4 (tốt);
-

Độ hút nước của xỉ thép cao hơn đá dăm (xỉ thép là 2,24%, đá là 1,12%),

độ hút nước của xỉ thép ở các nghiên cứu trên thế giới từ 0,2-6,92%; Khối lượng
riêng của xỉ thép cao hơn đá khoảng 20% (xỉ thép là 3,5 g/cm3, đá là 2,85 g/cm3)
khối lượng riêng của xỉ thép ở các nghiên cứu trên thế giới từ 2,82-3,91g/cm3.


8
2.2.2. Nghiên cứu thành phần hóa học của xỉ thép:
Thành phần hóa học chính của các mẫu xỉ thép ở khu vực phía Nam, bao
gồm: FeO và Fe2O3 chiếm: 37 - 37,8%, CaO chiếm 23,98%, SiO2 chiếm 14,49%,
Al2O3 chiếm 8,25%. So sánh với các kết quả nghiên cứu khác thì thành phần hóa
học của xỉ thép chứa các o xít tương tự nhau, nhưng hàm lượng các o xít trong
xỉ thép có sự khác nhau, xỉ thép sản xuất ở khu vực phía Nam thì hàm lượng FeO,
Fe2O3 chiếm nhiều nhất, tiếp theo là CaO. So với đá dăm sử dụng làm cốt liệu
sản xuất BTN ở một số mỏ đá khu vực phía Nam, thành phần chính của đá dăm
cũng tương tự như xỉ thép nhưng o xít SiO2 chiếm phần lớn trọng lượng đá dăm.
Xỉ thép ở khu vực phía Nam không chứa CaO, MgO ở trạng thái tự do.
2.2.3. Nghiên cứu thành phần khoáng vật của xỉ thép:
Thành phần khoáng vật của các mẫu xỉ thép ở khu vực phía Nam, gồm hai
thành phần chính là portlandite Ca(OH)2 và mayenite (CA12Al14O33). So sánh với
kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy, thành phần khoáng vật của xỉ thép có
sự khác biệt, xỉ thép có chứa nhiều khoáng chất khác nhau (Bảng 2.2).
Bảng 2.2. Bảng tổng hợp đánh giá thành phần khoáng vật của xỉ thép
TT

Ng hiê n c ứ u

T hà nh phầ n kho á ng vậ t

1

Kết quả phân tích của Wustite (FeO), Dicalcium Silicate (2Ca O·Si O 2 ), Mayenite
Công ty Vật Liệu Xanh
(12Ca O.7 Al 2 O 3 ), Bredigite (Ca 1 4 M g 2 (Si O 4 ) 8 )

2

Xỉ thép nghiên cứu (xỉ
thép miền Nam)

Wuestite (FeO), Iron diiron (III) oxide (Fe3O4) và Dicalcium
aluminium alumosilicate (Ca2Al(AlSiO7).

3

Xỉ thép nghiên cứu (xỉ
thép Việt)

Wuestite (FeO), Iron diiron (III) oxide (Fe3O4) và Dicalcium
aluminium alumosilicate (Ca2Al(AlSiO7).

2.2.4. Nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong xỉ thép:
Xỉ thép ở khu vực phía Nam không chứa các kim loại nặng (KPH – không
phát hiện) hoặc chứa các kim loại nặng nhưng đáp ứng tất cả các yêu cầu về môi
trường theo QCVN 07:2009/BTNMT.
Bảng 2.3. Bảng tổng hợp đánh giá hàm lượng kim loại nặng của xỉ thép
Kết quả thí nghiệm (mg/l)
Giá trị quy

Nguyên Xỉ thép của C.ty Vật Liệu Xanh Xỉ thép sử dụng trong nghiên cứu định (QCVN
tố
07:2009
M1
M2
Xỉ Thép Miền Nam Xỉ Thép Việt
(mg /l ))
As
Se
Ba
Cd

0,003
0,001
0,04
KPH

0,001
0,001
0,02
KPH

KPH
KPH
2,98
-

KPH
KPH
2,22

-

2
1
100
0,5


9
Kết quả thí nghiệm (mg/l)
Giá trị quy
Nguyên Xỉ thép của C.ty Vật Liệu Xanh Xỉ thép sử dụng trong nghiên cứu định (QCVN
tố
07:2009
M1
M2
Xỉ Thép Miền Nam Xỉ Thép Việt
(mg /l ))
Cr (Cr6+)
Pb
Ni
Zn
V
Tl
Be
Sb
Mo
Ag
Hg
Co

0,07
KPH
KPH
0,02
KPH
KPH
KPH
0,001
KPH
KPH
KPH
25

0,07
KPH
KPH
0,06
KPH
KPH
KPH
0,001
KPH
KPH
KPH
23

KPH
3,25
KPH

KPH

KPH
21,7
KPH
KPH

5
15
70
250
25
7
0,1
1
350
5
0,2
80

Ghi chú: KPH – Không phát hiện
2.3. Kết luận Chương 2:
- Kiến nghị sử dụng tiêu chuẩn phân loại kích cỡ cốt liệu theo quy định của
ASTM D 448-08 (cốt liệu thô) và ASTM D1073-11 (cốt liệu mịn) để lựa chọn
tiêu chuẩn cho cốt liệu xỉ thép sản xuất BTN;
- Ở khu vực phía Nam, để cốt liệu xỉ thép được sản xuất đáp ứng đầy đủ các
yêu cầu làm cốt liệu sản xuất BTN thì phải cải tiến hoặc thay đổi quy trình công
nghệ sản xuất cốt liệu xỉ thép;
- Các tính chất cơ lý của xỉ thép tương đương như cốt liệu đá, một số chỉ
tiêu tốt hơn cốt liệu đá. Tính chất cơ lý của xỉ thép đáp ứng được các yêu cầu của

cốt liệu sản xuất BTN theo tiêu chuẩn TCVN 8819:2011; Thành phần hóa học
của xỉ thép bao gồm các ô xít như các loại vật liệu đá sử dụng làm cốt liệu để sản
xuất BTN. Tuy nhiên, xỉ thép có nguồn gốc khác nhau thì hàm lượng các o xít
có sự thay đổi lớn, ảnh hưởng nhiều đến tính chất của nó. Hàm lượng kim loại
nặng của xỉ thép không vượt ngưỡng cho phép, không gây ô nhiễm môi trường;
- Khối lượng riêng của xỉ thép cao hơn của đá dăm nên cần phải xét đến khi
tính giá thành vận chuyển; công tác sản xuất, rải và lu lèn BTN cốt liệu xỉ thép.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG CÁC TÍNH CHẤT
CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG CỐT LIỆU XỈ THÉP
3.1. Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý của BTN cốt liệu xỉ
thép:


10
3.1.1. Thiết kế thực nghiệm các tính chất cơ lý của BTN:
Xác định các yếu tố thí nghiệm:
 Loại BTN: BTN cốt liệu đá dăm và BTN cốt liệu xỉ thép;
 Cỡ hạt danh định: BTNC 12,5 và BTNC 19;
 Loại cấp phối: không thô, thô, thô nhiều.
Ngoài ra, để đánh giá và so sánh một cách đầy đủ hơn các tính chất của BTN
cốt liệu xỉ thép tác giả tiến hành thực nghiệm thêm các cấp phối khác cho BTNC
12,5, C19 và BTNR 19 (Hình 3.1, 3.2).

Miền cấp phối BTNC 12,5
theo TCVN 8819:2011

3
2
6
5

1
4

3
6
2
5
1
4

3
26
51
4

3
26
51
4

0.05

3
6
2
5
1
4

3

6
2
5
1

3
2
6
1
5

3
6
2

3
2
6
1
5
4

100

6
4
5
3
1
2

90
80
70
60

4

50

5
1

40
4

30
20

4

Miền cấp phối BTNC 12,5
theo QĐ 858/BGTVT

0.5

5

10
0

50

1, 2, 3, 4, 5, 6: Các đường cong cấp phối thiết kế BTNC 12,5

Hình 3.1. Cấp phối thiết kế BTNC 12,5

Miền cấp phối BTNC 19
theo TCVN 8819:2011

9
12
8
11
7
10
0.05

12
9
8
11
7
10

12
9
8
11
7
10

9
12
8
11
7
10

12
9
8
11
7
10

0.5

9
12
8
11
7
10

9
12
8
11
7
10

9
12
8
11
7
10

9
8
12
7
11
10

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

12
9
10

11
9
7
8
11
8 12
10
7

Miền cấp phối BTNC 19
theo QĐ 858/BGTVT
5

50

7, 8, 9, 10, 11, 12: Các đường cong cấp phối thiết kế BTNC 19

Hình 3.2. Cấp phối thiết kế BTNC 19
Trong nghiên cứu sử dụng cốt liệu xỉ thép thay thế hoàn hoàn cốt liệu đá dăm,
sàng vật liệu xỉ thép theo đúng các cỡ hạt yêu cầu của cốt liệu thô và tiến hành
phối trộn thành các cấp phối thiết kế.
Tác giả đã tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học, các đặc trưng thể tích của
BTN cốt liệu xỉ thép và BTN cốt liệu đá dăm, tổng cộng có 546 mẫu thí nghiệm.


11
3.1.2. Nghiên cứu quy trình chế tạo mẫu BTN cốt liệu xỉ thép
trong phòng thí nghi ệm:
Tác giả đã tiến hành nghiên cứu sự thay đổi độ ổn định, độ dẻo Marshall và
các đặc trưng về thể tích của các mẫu BTN chế tạo trong phòng thí nghiệm khi

thay đổi nhiệt độ chế tạo mẫu và thay đổi thời gian trộn mẫu, với nhựa đường
60/70. Kết quả được tổng hợp trong Hình 3.3.

Hình 3.3. Độ ổn định, độ dẻo Marshall khi thay đổi nhiệt độ và thời
gian trộn BTNC 12,5
Nhận xét: khi chế tạo BTN cốt liệu xỉ thép thì cần tăng nhiệt độ sấy xỉ thép
đến 180-1900C, tăng thời gian trộn đến 90 - 120s;
3.1.3. Kết quả thí nghiệm, đánh giá các tính chất cơ lý của BTN cốt liệu
xỉ thép:
Tiến hành thí nghiệm các tính chất cơ lý của BTN, kết quả thí nghiệm được
đánh giá độ chụm theo tiêu chuẩn châu Âu (EN 12697-34), tiêu chuẩn của Mỹ
(ASTM D6927-15) và phân tích thống kê kết quả thí nghiệm bằng phần mềm
Minitab. Kết quả tính toán cho thấy các tổ mẫu thí nghiệm thỏa mãn yêu cầu về
độ chụm. Như vậy, kết quả thí nghiệm là đủ tin cậy. Kết quả thí nghiệm được
tổng hợp trong Bảng 3.1 đến Bảng 3.3 và Hình 3.4, 3.5.
Bảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý, các đặc tính thể tích của BTNC 12,5.
Hàm
lượng
Miền cấp
nhựa tối
phối
ưu theo
C12,5
hỗn hợp
(%)
100% Đá
4,31
dăm_CP4
100% Xỉ
4,40

thép_CP4
100% Xỉ
4,76
thép_CP1

Thể tích
nhựa tối
ưu theo
hỗn hợp
(%)

Lượng Hàm Thể Khối
Độ ổn
Thương Độ Độ
nhựa lượng tích lượng
định Độ dẻo
số
rỗng rỗng
hấp nhựa nhựa thể
Marshall (mm) Marshall dư cốt liệu
phụ có hiệucó hiệu tích
(kN)
(kN/mm) (%) (%)
(%) (%) (%) (g/cm3)

Độ
Độ ổn
rỗng
định
lấp

còn lại
đầy
(%)
(%)

10,13

0,46

3,87

9,24

2,42

8,69

3,73

2,33

6,61 15,63 57,74 81,70

11,62

1,01

3,43

9,04

2,72

9,76

4,11

2,37

7,81 16,87 53,70 85,55

13,19

1,17

3,65

10,09

2,86

17,67

3,10

5,70

5,44 15,56 65,07 85,80

14
giữa hai loại BTN cốt liệu xỉ thép và đá dăm là tương đương nhau;
 Việc lựa chọn cấp phối cốt liệu: trong giới hạn nghiên cứu, cho thấy các
cấp phối thô đạt được các yêu cầu về đặc tính thể tích và tính chất cơ học tốt
nhất, với BTNC 12,5 và BTNC 19 thì các cấp phối nằm trong phạm vi từ cận
dưới đến cận giữa của miền cấp phối TCVN 8819:2011 có các chỉ tiêu thỏa mãn
đầy đủ các quy định.
-

Khối lượng thể tích: BTN cốt liệu xỉ thép có khối lượng thể tích cao hơn

so với BTN cốt liệu đá dăm khoảng 13%;
-

Tỷ lệ bột khoáng/hàm lượng nhựa có hiệu (D/B): có vai trò rất quan

trọng cho BTN chống lại tác động của mỏi, hằn lún vệt bánh xe. Vì vậy, cần phải
có quy định tỷ lệ D/B khi thiết kế hỗn hợp BTN, đối với BTN cốt liệu xỉ thép
kiến nghị tỷ lệ D/B từ 0,8 đến 1,6.
3.2. Nghiên cứu cấu trúc của BTN đá dăm và BTN cốt liệu xỉ thép:
Cấu trúc bề mặt và thành phần hóa học của đá dăm và xỉ thép có sự khác biệt.
Do đó, với cả 2 loại cốt liệu sử dụng trong BTN là đá dăm và xỉ thép thì cả 2 loại
hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học đều xảy ra, với cốt liệu xỉ thép thì sự hấp phụ
xảy ra mạnh hơn, đặc biệt là hấp phụ hóa học. Do đó, sự liên kết giữa cốt liệu xỉ
thép và bi tum sẽ bền vững hơn so với sự liên kết giữa cốt liệu đá dăm và bi tum.
Kết quả chụp bằng kính hiển vi phân cực với độ phóng đại 100 lần (Hình 3.6)
bề mặt các mẫu BTN cho thấy sự liên kết giữa cốt liệu và nhựa đường là rất tốt.

Hình 3.6.

Mẫu BTNC 12,5 cốt liệu đá dăm và cốt liệu xỉ thép chụp dưới
kính hiển vi điện tử x100

Như vậy, về cấu trúc của BTN khi dùng cốt liệu xỉ thép và đá dăm cũng có
sự khác biệt: cốt liệu xỉ thép góc cạnh, sần sùi, lỗ rỗng bề mặt nhiều làm tăng


15
cường độ của BTN do lực ma sát của cốt liệu cao, lực dính tương hỗ do sự móc
vướng vào nhau của các hạt và lực dính phân tử do lực dính bám tác dụng tương
hỗ giữa nhựa với cốt liệu và lực dính bên trong của bản thân nhựa cũng tốt.
3.3. Nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và
khai thác của BTN cốt liệu xỉ thép:
Tác giả đã tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và khai
thác quan trọng của BTN cốt liệu xỉ thép và đá dăm với 224 mẫu thí nghiệm.
3.3.1. Thí nghiệm vệt hằn bánh xe (WTT-Wheel Tracking Test):
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC 12,5:
Miền cấp phối
C12,5
Hàm lượng nhựa
Số lượt (1 chu kỳ =
2 lượt)
Độ lún (mm)
0

M1_100% Xỉ M2.1_100% Xỉ M3_100% Xỉ M4_100% Xỉ M2.2_100%
thép_CP1
thép_CP2
thép_CP5
thép_CP6 Đá dăm_CP2

4,76%

4,94%

4,67%

5,03%

4,76%

15000

15000

15000

15000

15000

6,05

10,30

9,00

9,25

10,70

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000110001200013000140001500016000

0 2.2
2.1
1
3
4

2.2
2.1
4
3
12.2
1
3
2.1
4 2.2
1 2.2
2.12.1
4 1
1 3 2.1
4 2.2
1
4
2.2
-4
4

Số lần tác dụng của tải trọng (lần)

-2

32.1
1
2.2
4

-6

3
2.2

1
2.1
2.2
42.1

1
3
2.22.12.1
4
2.2

-8

3

1
3
4

2.1
2.2

1
4 3
2.1
2.2

-10
-12
Độ lún
(mm)

1. 100% xỉ thép_CP1
2.1. 100% xỉ thép_CP2
2.2. 100% đá dăm_CP2

3.
4.

1

1

4
2.1
2.2

3
4

2.1
2.2

3

100% xỉ thép_CP5
100% xỉ thép_CP6

Hình 3.7. Biểu đồ lún vệt bánh xe BTNC 12,5
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC 19:
M7_70% đá
M8_100% đá
Miền cấp phối M5_100% xỉ M6_100% đá
M9_100% xỉ
QL1_TL + 30% xỉ QL1_ĐBKH_
C19
thép_CP11 QL1_TL_CP11
thép_CP12
thép_CP11
CP12
Hàm lượng nhựa

4,58%

4,40%

4,40%

4,40%

4,76%

Số lượt (1 chu kỳ
= 2 lượt)

15.000

15.000

15.000

15.000

15.000

Độ lún (mm)

9,65

13,30

12,50

10,23

8,71


16
0

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000110001200013000140001500016000

0 87659 8
6
7
9
58
6 8
9
7
-2
5 6 8 8
7 6
9
5
9
7
5 6
9
5
7
-4

Số lần tác dụng của tải trọng (lần)
8
6
957

-6

8

8

695
7

956
7

-8

8
956
7

8
95
6
7

-10

8

8
95
6

95
6
7

7

8
9
5

8
9
5

6
7

6
7

-12
-14

5. 100% xỉ thép_CP11
Độ lún 6. 100% đá QL1_TL_CP11
(mm) 7. 70% đá QL1_TL+30% xỉ thép_CP11

9
8
5

9
5
8

7
6

7
6

8. 100% đá QL1_ĐBKH_CP12
9. 100% xỉ thép_CP12

Hình 3.8. Biểu đồ lún vệt bánh xe BTNC 19
Nhận xét: BTN cốt liệu xỉ thép có độ kháng lún vệt bánh xe tốt, so với cốt
liệu đá dăm với cùng một cấp phối, BTN cốt liệu xỉ thép có độ kháng lún tốt hơn.
3.3.2. Thí nghiệm xác định độ nhám lớp mặt BTN bằng con lắc Anh:
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm độ nhám BTNC 12,5:
Miền cấp phối C12,5

100% Xỉ
thép_CP1

100% Xỉ
thép_CP2

100% Xỉ
thép_CP5

100% Xỉ
thép_CP6

100% Đá
dăm_CP2

Độ nhám_M1 (SRT)

55,6

56

55,7

55,5

51

Độ nhám_M2 (SRT)

54,6

54

56,3

55,7

51,36

Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm độ nhám BTNC 19:
Miền cấp phối C19

100 % Xỉ thép_CP11

100% Đá dăm_CP11

70% Đá + 30 Xỉ_CP11

Độ nhám_M1 (SRT)
Độ nhám_M2 (SRT)

64,1
63,4

57,7
57,4

60,1
58,5

Nhận xét: BTN cốt liệu xỉ thép có độ nhám tốt hơn so với BTN cốt liệu đá
dăm.
3.3.3. Thí nghiệm độ hao mòn bề mặt:
Bảng 3.8. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn bề mặt.
STT

Ký hiệu mẫu

Độ mài mòn lớp mặt (g/cm2)

1

M1_100% đá dăm_CP2

0,126

2

M2_100% xỉ thép_CP2

0,053

Nhận xét: Độ mài mòn bề mặt của BTN cốt liệu xỉ thép nhỏ hơn so với BTN
cốt liệu đá dăm.
3.3.4. Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ (cường độ kéo gián tiếp):


17
Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ BTNC 12,5 và C19
Miền cấp phối
100% Xỉ 100% Đá 100% Xỉ 100% Đá 100% Xỉ
C12,5
thép_CP1 dăm_CP1 thép_CP2 dăm_CP2 thép_CP3
Cường độ kéo khi
2,13
1,83
2,56
2,25
2,94

ép chẻ Rkc (N/mm2)
100% xỉ
100% đá
100% xỉ
100% đá
100% xỉ
Miền cấp phối C19
thép_CP10 dăm_CP10 thép_CP11 dăm_CP11 thép_CP12
Cường độ kéo khi
1,40
1,28
1,96
1,76
2,47
ép chẻ Rkc (N/mm2)

100% Đá
dăm_CP3
2,39
100% đá
dăm_CP12
2,40

Nhận xét: với tất cả các cấp phối thiết kế, BTN cốt liệu xỉ thép có cường độ
chịu kéo khi ép chẻ cao hơn so với BTN cốt liệu đá dăm từ 3-23%;
3.3.5. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi sử dụng tải trọng tĩnh:
Bảng 3.10. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh ở nhiệt độ 300C.
Loại BTN
Mô đun đàn hồi
tĩnh (Mpa)

BTNC 12,5 CP2
Cốt liệu xỉ thép
Cốt liệu đá dăm
420

BTNC 19 CP11
Cốt liệu xỉ thép Cốt liệu đá dăm

346

405

281

Nhận xét: với cùng cấp phối cốt liệu, cùng điều kiện thí nghiệm BTN cốt
liệu xỉ thép có mô đun đàn hồi tĩnh cao hơn BTN cốt liệu đá dăm trung bình 33%;
3.3.6. Thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng lặp xác định mô đun đàn hồi động:

Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi động ở các nhiệt độ.
Loại bê tông nhựa
BTNC 12,5 CP2
BTNC 19 CP11

Cốt liệu xỉ thép
Cốt liệu đá dăm
Cốt liệu xỉ thép
Cốt liệu đá dăm

Mô đun đàn hồi động ở các nhiệt độ (Mpa)

200C
300C
6549.10
2429.12
6250.50
2291.17
6187.10
2334.90
5673.50
2054.50

Nhận xét: mô đun đàn hồi kéo gián tiếp tải trọng lặp của các loại BTNC 12,5,
BTNC 19 cốt liệu xỉ thép đều cao hơn so với cốt liệu đá dăm khoảng 5 – 15%, ở
cả các nhiệt độ thí nghiệm 200C và 300C.
3.3.7. Thí nghiệm xác định mô đun phức động:
Bảng 3.12. Kết quả thí nghiệm mô đun phức động BTNC 12,5.
Mô đun phức động BTNC 12,5 – CP2 (Mpa)
Tần Thời
số gian
100C
200C
300C
600C
(Hz) (s) Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép
25 0,04 6.071,94 6.127,87 5.753,61 5.759,54 5.433,37 5.467,20 1.634,72 1.714,43
10
0,1 5.640,16 5.719,43 5.340,45 5.166,74 5.114,98 5.060,52 1.203,76 1.254,99
5
0,2 5.239,18 5.288,15 5.011,45 4.698,95 4.590,30 4.638,95 1.026,60 1.067,57
1

1
4.866,80 4.769,51 4.274,96 4.240,68 4.051,47 4.071,96
871,14
903,20
0,5
2
4.548,60 4.445,18 3.835,55 3.783,93 3.615,26 3.545,81
811,45
835,67
0,1
10 4.056,78 4.058,89 2.944,14 2.988,85 2.545,87 2.445,79
709,47
714,07


18
Bảng 3.13. Kết quả thí nghiệm mô đun phức động BTNC 19.
Mô đun phức động BTNC 19 – CP11 (Mpa)
Tần Thời
số gian
100C
200C
300C
600C
(Hz) (s) Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép Đá dăm Xỉ thép
25 0,04 4.967,16 5.589,96 4.652,30 5.000,41 4.238,34 4.927,00 1.078,15 1.527,42
10
0,1 4.415,46 4.875,74 4.041,47 4.637,74 3.701,03 4.641,01 827,80 1.206,05
5
0,2 3.838,10 4.688,21 3.552,56 4.287,36 3.422,22 4.168,34 728,72 1.051,74

1
1
3.349,70 4.250,56 2.965,83 3.843,96 2.785,51 3.823,79 662,07
934,32
0,5
2
2.909,10 3.644,70 2.544,53 3.460,19 2.327,02 3.244,38 626,75
874,97
0,1
10 2.495,65 3.006,45 1.823,87 2.641,41 1.536,88 2.244,34
561,34
774,22

Nhận xét: mô đun phức động của các mẫu BTNC 12,5 và C19 cốt liệu xỉ
thép tương đương và cao hơn so với BTN cốt liệu đá dăm.
3.3.8. Thí nghiệm xác định độ bền mỏi:
Bảng 3.14. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5
Mẫu

Nhiệt độ

Tần số

XT_1
ĐD_1

20 độ
20 độ

5 Hz

5 Hz

t
()
400
400

So
(Mpa)
2.091
2.329

t
(kPa)
454
467

Po
(N)
369
408


(mm)
0,401
0,399

Nf50
(chu kỳ)
51.500

49.000

Nhận xét: mô đun độ cứng của BTN cốt liệu xỉ thép và BTN cốt liệu đá dăm
là tương đương nhau, kết quả này chỉ mang ý nghĩa tham khảo định lượng.
3.4. Kết luận chương 3:
-

Để chế tạo mẫu BTN cốt liệu xỉ thép được đồng nhất, nhiệt độ chế tạo

mẫu BTN cốt liệu xỉ thép hợp lý là nung nóng cốt liệu xỉ thép nhiệt ở độ 1801900C, thời gian trộn hợp lý từ 90-120 giây;
-

Thể tích nhựa tối ưu của BTN cốt liệu xỉ thép cao hơn cốt liệu đá dăm

khoảng 2%, do cấu trúc bề mặt của hạt xỉ thép nhiều lỗ rỗng;
-

Với cùng cấp phối thiết kế thì BTN cốt liệu xỉ thép có các tính chất cơ

học tương đương và một số chỉ tiêu tốt hơn BTN cốt liệu đá dăm, các đặc trưng
thể tích là tương tự nhau;
-

BTN cốt liệu xỉ thép có cấu trúc bền vững, sự liên kết giữa cốt liệu xỉ thép

và bi tum tốt. Do đó, BTN cốt liệu xỉ thép có tính ổn định cao và khả năng chống
biến dạng tốt;
-

Kết quả nghiên cứu bước đầu các chỉ tiêu phục vụ công tác thiết kế và

khai thác cho thấy, BTN cốt liệu xỉ thép đáp ứng được các yêu cầu để làm các
lớp mặt trong kết cấu mặt đường ô tô;


19
Khối lượng thể tích của BTN cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN cốt liệu đá

-

dăm khoảng 13%..
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BÊ TÔNG NHỰA
NÓNG CỐT LIỆU XỈ THÉP LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở KHU
VỰC PHÍA NAM
4.1. Phân tích, đánh giá kết cấu mặt đường mềm sử dụng BTN cốt liệu
xỉ thép và cốt liệu đá dăm bằng phương pháp cơ học thực nghiệm (MEPDG):
4.1.1. Thiết kế thực nghiệm phân tích kết cấu mặt đường bằng MEPDG:
4.1.1.1. Xác định các biến trong phân tích: các biến và giá trị thay đổi của
từng biến trong phân tích kết cấu mặt đường.
-

Loại BTN: 2 loại là BTN cốt liệu đá dăm và BTN cốt liệu xỉ thép;

-

Điều kiện khí hậu: 2 địa phương là Hà Nội và Vũng Tàu;

-

Chiều dày lớp BTN C12.5 (H BTN C12.5): có 2 chiều dày 5 và 6 cm;

-

Chiều dày lớp BTNC 19 (H BTNC 19): có 2 chiều dày 7 và 8 cm;

-

Chiều dày lớp CPĐD GCXM (H CPĐD GCXM): có 2 chiều dày 14 và

16 cm;
4.1.1.2. Các kết quả giới hạn tuổi thọ:
-

Độ bằng phẳng IRI (in/mi); Độ lún BTN (in); Độ lún Kết cấu (in);

-

Tuổi thọ kết cấu theo độ lún-R (tháng), tuổi thọ kết cấu theo IRI-R (tháng).

Sử dụng phương pháp thiết kế thực nghiệm DOE phân tích với 5 biến, mỗi
biến nhận 2 giá trị. Tổng số lần phân tích là 2 5 bằng 32.
4.1.2. Mô hình nghiên cứu:
4.1.2.1. Kết cấu mặt đường phân tích: Hình 4.1.
KEÁT CAÁU 1

KEÁT CAÁU 2

1

3

2

4

5

5

6

6

Neàn ñöôøng

Hình 4.1.

1. BTNC12,5 cốt liệu đá dăm
2. BTNC 19 cốt liệu đá dăm
3. BTNC12,5 cốt liệu xỉ thép
4. BTNC 19 cốt liệu xỉ thép
5. Lớp cấp phối đá dăm gia cố 6% xi
măng
6. Lớp cấp phối đá dăm loại I

Neàn ñöôøng

Kết cấu mặt đường sử dụng trong phân tích M-E PDG

20
4.1.2.2. Các thông số sử dụng trong phân tích:
Các thông số khí hậu, vật liệu và tải trọng ở mức độ 1, là mức độ cao nhất
với điều kiện khai thác thực tế.
4.1.3. Kết quả phân tích: thể hiện trong Bảng 4.1.
Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả phân tích bằng MEPDG
STT

Độ bằng
H CPĐD
Lún
Điều kiện H BTNC H BTNC
phẳng
Loại BTN
GCXM
BTN
khí hậu 12.5 (cm) 19 (cm)
IRI
(cm)
(in)
(in/mi)
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN xỉ thép

BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN đá dăm
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép
BTN xỉ thép

1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội

Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Hà Nội
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu
Vũng Tàu

5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6
5
6

5
6

7
7
8
8
7
7
8
8
7
7
8
8
7
7
8
8
7
7
8
8
7
7
8
8
7
7
8

8
7
7
8
8

14
14
14
14
16
16
16
16
14
14
14
14
16
16
16
16
14
14
14
14
16
16
16
16

14
14
14
14
16
16
16
16

132.3
128
133.8
128.3
132.1
127.9
133.7
128.3
126.6
124.5
127.5
124.5
126.3
124.3
127.4
124.4
127.1
123.6
127.7
123.9
126.9

123.6
127.6
123.8
122.8
120.8
123.1
120.9
122.6
120.7
123
120.8

0.68
0.58
0.72
0.6
0.68
0.58
0.73
0.6
0.54
0.5
0.57
0.51
0.54
0.5
0.57
0.51
0.58
0.51

0.6
0.52
0.58
0.51
0.6
0.52
0.48
0.44
0.49
0.45
0.48
0.44
0.49
0.45

Tuổi thọ Tuổi thọ
Lún
kết cấu kết cấu
Kết
theo độ theo
cấu
lún-R IRI-R
(in)
(tháng) (tháng)
1.37
12
164
1.26
14
180

1.4
12
160
1.27
14
180
1.36
10
164
1.26
14
180
1.4
11
160
1.26
14
180
1.23
15
180
1.17
16
180
1.25
15
180
1.17
17
180

1.22
15
180
1.17
18
180
1.25
15
180
1.17
17
180
1.25
14
180
1.16
15
180
1.26
14
180
1.17
16
180
1.25
14
180
1.16
17
180

1.26
14
180
1.17
16
180
1.24
17
180
1.09
18
180
1.15
17
180
1.09
17
180
1.14
17
180
1.09
21
180
1.15
20
180
1.09
20
180

 Nhận xét:
-

Kết quả dự báo tuổi thọ kết cấu, cho thấy hư hỏng lún đến trước hư hỏng


21
IRI. Trong các yếu tố phân tích thì loại BTN, điều kiện khí hậu, chiều dày lớp
BTN C12.5 là các yếu tố ảnh hưởng nhiều đến kết quả phân tích; chiều dày lớp
BTNC 19 và chiều dày lớp CPĐD GCXM ít ảnh hưởng đến kết quả phân tích;
-

Kết quả phân tích và đánh giá tương đối bằng MEPDG cho thấy, sử dụng

BTN cốt liệu xỉ thép làm các lớp mặt cho khả năng chống nứt, lún, tuồi thọ về
lún và IRI tốt hơn sử dụng BTN cốt liệu đá dăm.
4.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép làm mặt
đường ô tô ở khu vực phía Nam:
4.2.1. Tính giá thành sản xuất BTN:
Tác giả tính giá thành sản xuất BTNC 12,5 với trạm trộn công suất 50-60T/h
cho các trường hợp sau: nhà máy sản xuất BTN: đặt ngay tại nguồn cung cấp cốt
liệu xỉ thép (KCN Mỹ Xuân 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu); đặt tại
KCN Biên Hòa 1, tỉnh Đồng Nai; đặt tại quận Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh.
Bảng 4.2. Tổng hợp so sánh giá thành sản xuất BTNC12,5
Giá thành sản phẩm BTN (đồng/ 100 tấn) Chênh lệch giá
(đồng/ 100 tấn
Cốt liệu đá dăm
Cốt liệu xỉ thép
Mỹ Xuân – Bà Rịa Vũng Tàu

139.161.426
131.661.697
7.499.729
Biên Hòa – Đồng Nai
139.229.620
133.417.157
5.812.463
Thủ Đức – Tp. Hồ Chí Minh
139.642.507
136.118.493
3.524.014
Vị trí đặt Trạm trộn BTN

TT
1
2
3

4.2.2. Tính cự ly vận chuyển kinh tế sản phẩm BTN:
Bảng 4.3. Giá thành sản phẩm BTNC12,5 tính đến chân công trình (Nhà
máy sản xuất BTN tại KCN. Mỹ Xuân 1 – Bà Rịa Vũng Tàu).
TT

Loại BTN

1
2
3
4
5

6

BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ

Tổng cự Giá sản xuất Giá đến chân công
ly (Km) BTN (đồng/tấn) trình (đồng/tấn)
100
1.391.610
1.457.213,13
100
1.316.620
1.382.223,13
120
1.391.610
1.467.767,83
120
1.316.620
1.392.777,83
150
1.391.610
1.485.745,20
150
1.316.620
1.410.755,20

Giá đến chân công
trình (đồng/m3)
2.695.844,28
2.695.335,09
2.715.370,48
2.715.916,76
2.748.628,62
2.750.972,64

Bảng 4.4. Giá thành sản phẩm BTNC12,5 tính đến chân công trình (Nhà
máy sản xuất BTN tại KCN. Biên Hòa 1 – Đồng Nai).
TT
1
2
3
4

Loại BTN
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ

Tổng cự Giá sản xuất Giá đến chân công Giá đến chân công
ly (Km) BTN (đồng/tấn) trình (đồng/tấn)
trình (đồng/m3)
15
1.392.300
1.426.253,98
2.638.569,85

15
1.334.170
1.368.123,98
2.667.841,75
20
1.392.300
1.428.264,75
2.642.289,79
20
1.334.170
1.370.134,75
2.671.762,76


22
Bảng 4.5. Giá thành sản phẩm BTNC12,5 tính đến chân công trình (Nhà
máy sản xuất BTN tại Thủ Đức – Tp. Hồ Chí Minh).
TT

Loại BTN
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ
BTN cốt liệu đá
BTN cốt liệu xỉ

1
2
3
4

Tổng cự Giá sản xuất Giá đến chân công Giá đến chân công
ly (Km) BTN (đồng/tấn) trình (đồng/tấn)
trình (đồng/m3)
15
1.396.430
1.430.383,98
2.646.210,35
15
1.361.180
1.395.133,98
2.720.511,25
20
1.396.430
1.432.394,75
2.649.930,29
20
1.361.180
1.397.144,75
2.724.432,26

Nhận xét: Việc sản xuất BTN cốt liệu xỉ thép đạt hiệu quả kinh tế nhất khi
đặt Nhà máy sản xuất BTN tại nơi sản xuất cốt liệu xỉ thép (KCN Mỹ Xuân 1,
tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu). Cự ly vận chuyển kinh tế sản phẩm BTN cốt liệu xỉ thép
đến chân công trình là 120 Km (Nhà máy sản xuất BTN KCN Mỹ Xuân 1, tỉnh
Bà Rịa Vũng Tàu).
4.3. Kết luận Chương 4:
-

Sử dụng MEPDG có thể phân tích được độ lún, nứt, độ ghồ ghề IRI trong

kết cấu mặt đường mềm, đánh giá tuổi thọ của kếu cấu mặt đường mềm.
-

Kết quả phân tích và đánh giá tương đối bằng MEPDG cho thấy, sử dụng

BTN cốt liệu xỉ thép làm các lớp mặt cho khả năng chống nứt, lún, tuồi thọ về
lún và IRI tốt hơn sử dụng BTN cốt liệu đá dăm.
-

BTN cốt liệu xỉ thép sử dụng hợp lý trong kết cấu mặt đường là làm lớp

mặt trên và lớp mặt dưới cho kết cấu mặt đường ô tô cấp cao.
-

Sử dụng cốt liệu xỉ thép để sản xuất BTN đạt hiệu quả kinh tế nhất khi đặt

trạm trộn sản xuất BTN tại ngay nơi cung cấp cốt liệu xỉ thép, cự ly cung cấp
kinh tế của nhà máy sản xuất BTN cốt liệu xỉ thép là ≤ 120Km.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. Kết luận:
1. Thành phần hóa học, khoáng vật, các tính chất cơ lý của xỉ thép ở khu vực
phía Nam đáp ứng được các yêu cầu của cốt liệu sản xuất BTN theo tiêu chuẩn
TCVN 8819:2011; Hàm lượng kim loại nặng của xỉ thép không vượt ngưỡng cho
phép, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, cần có các quy định trong việc
sản xuất cốt liệu xỉ thép như sau:
-

Sử dụng tiêu chuẩn phân loại kích cỡ cốt liệu theo quy định của ASTM D

448-08 (cốt liệu thô) và ASTM D1073-11 (cốt liệu mịn) cho cốt liệu xỉ thép để

23
sản xuất BTN;
-

Để cốt liệu xỉ thép được sản xuất đáp ứng đầy đủ quy cách làm cốt liệu

sản xuất BTN thì cần thay đổi hoặc cải tiến dây chuyền công nghệ sản xuất cốt
liệu xỉ thép.
2. BTN cốt liệu xỉ thép có các tính chất cơ lý tương đương và tốt hơn BTN
cốt liệu đá dăm, thỏa mãn các quy định của các tiêu chuẩn. Tuy nhiên, cần có
một số quy định, điều chỉnh trong việc sản xuất và sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép,
cụ thể:
-

Nhiệt độ chế tạo mẫu BTN cốt liệu xỉ thép hợp lý là nung nóng cốt liệu xỉ

thép nhiệt ở độ cao hơn và tăng thời gian trộn hỗn hợp BTN;
-

Hàm lượng nhựa khi sử dụng cốt liệu xỉ thép cao hơn so với cốt liệu đá

dăm (khoảng 2% theo thể tích hỗn hợp);
-

Kiến nghị tỷ lệ D/B khi thiết kế hỗn hợp BTN cốt liệu xỉ thép từ 0,8-1,6;

3. Trong phạm vi nghiên cứu, cho thấy BTN cốt liệu xỉ thép có cấu trúc bền
vững, sự liên kết giữa cốt liệu xỉ thép và bi tum tốt, tính ổn định cao và khả năng

chống biến dạng tốt; các chỉ tiêu về mặt sử dụng của BTN cốt liệu xỉ thép đáp
ứng các yêu cầu của BTN làm mặt đường ô tô theo các tiêu chuẩn hiện hành và
có một số chỉ tiêu tốt hơn BTN cốt liệu đá dăm.
4. Sử dụng cốt liệu xỉ thép thay thế hoàn toàn cốt liệu thô trong thành phần
cấp phối cốt liệu BTN. Cấp phối thiết kế nằm trong miền từ cận dưới đến cận
giữa của TCVN 8819:2011:
-

BTNC 12,5: cốt liệu xỉ thép từ 40,5 - 52%, cát vàng 38 - 49%, bột khoáng

5 - 5,5% theo khối lượng;
-

BTNC 19: cốt liệu xỉ thép từ 51,5 - 64%, cát vàng 27 - 39%, bột khoáng

4,5 – 5% theo khối lượng.
-

Thể tích nhựa tối ưu theo hỗn hợp: 13,19 – 13,54% với BTNC 12,5; 12,16

– 12,48% với BTNC 19;
-

Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu lấy theo quy định của BTN cốt liệu đá dăm của

TCVN 8819:2011 và QĐ 858/BGTVT;
-

Mô đun đàn hồi tĩnh: 390 – 490 Mpa với BTNC 12,5; 370 – 470 Mpa với

BTNC 19;


24
-

Mô đun đàn hồi xác định bằng thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng lặp ở

nhiệt độ 200C và 300C: ở nhiệt độ 200C từ 6200 – 6500 Mpa; ở nhiệt độ 300C từ
2300 – 2400 Mpa; hệ số lớp ai = 0,38-0,4;
-

Có thể sử dụng kết quả thí nghiệm mô đun phức động để làm thông số

tính toán ứng suất biến dạng trong kết cấu áo đường mềm bằng các mô hính lý
thuyết.
5. Sử dụng MEPDG có thể phân tích được độ lún, nứt, độ ghồ ghề IRI trong
kết cấu mặt đường mềm. Kết quả đánh giá tương đối cho thấy, sử dụng BTN cốt
liệu xỉ thép làm các lớp mặt cho khả năng chống nứt, lún, độ bằng phẳng IRI tốt
hơn sử dụng BTN cốt liệu đá dăm. BTN cốt liệu xỉ thép có thể sử dụng làm các
lớp mặt trong kết cấu mặt đường ô tô.
6. Để sử dụng cốt liệu xỉ thép sản xuất BTN đạt hiệu quả kinh tế, cần thiết
phải tính toán giá thành sản xuất, xác định hợp lý vị trí đặt trạm trộn sản xuất
BTN với nơi cung cấp cốt liệu xỉ thép và tính toán cự ly vận chuyển kinh tế BTN
cốt liệu xỉ thép đến vị trí công trình thi công.
B. Những tồn tại, hạn chế:
-

Chưa thể thực hiện được nhiều các thí nghiệm mỏi và một số các chỉ tiêu

về mặt khai thác khác của BTN cốt liệu xỉ thép;
-

Chưa nghiên cứu tính ổn định của BTN cốt liệu xỉ thép với điều kiện bất

lợi của môi trường trong thời gian sử dụng lâu dài;
-

Luận án mới nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và quan sát đúc rút

kinh nghiệm sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép ở nước ngoài mà chưa có điều kiện
sản xuất và rải thử hỗn hợp BTN cốt liệu xỉ thép thực tế ở Việt Nam.
C. Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo:
-

Để đánh giá một cách đầy đủ khả năng sử dụng BTN cốt liệu xỉ thép làm

mặt đường ô tô, cần thí điểm thi công BTN cốt liệu xỉ thép mặt đường ô tô trên
một số tuyến đường cụ thể trước khi áp dụng thi công rộng rãi.


25

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Nguyễn Văn Du, Nghiên cứu việc sử dụng xỉ thép trong sản xuất bê
tông nhựa nóng để làm đường ô tô trên thế giới và khả năng áp dụng làm mặt
đường ô tô ở khu vực phía Nam, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học cấp
Trường, Trường ĐH.GTVT, năm 2013.
2. Nguyễn Văn Du, Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi
sử dụng xỉ thép làm cốt liệu sản xuất bê tông nhựa ở khu vực phía Nam, chủ

nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường, Trường ĐH.GTVT, năm 2015.
3. TS. Nguyễn Văn Hùng, ThS. Nguyễn Văn Du (2011), Giải pháp khắc
phục tồn tại trong sản xuất và sử dụng cấp phối “đá 0x4” ở khu vực phía Nam
hiện nay, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 6/2011.
4. PGS-TS. Nguyễn Văn Hùng, NCS. Nguyễn Văn Du (2014), Đánh giá
tính chất của xỉ thép sử dụng làm cốt liệu để sản xuất bê tông nhựa ở khu vực
phía Nam, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 12/2014.
5. PGS-TS. Nguyễn Văn Hùng, NCS. Nguyễn Văn Du (2015), Đánh giá
khả năng sử dụng xỉ thép làm cốt liệu sản xuất bê tông nhựa ở Việt Nam, Tạp chí
Giao thông Vận tải, Số 6/2015.
6. GS-TS. Bùi Xuân Cậy, PGS-TS. Nguyễn Văn Hùng, NCS. Nguyễn
Văn Du (2015), Đánh giá phạm vi sử dụng bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép làm mặt
đường ô tô ở Việt Nam, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, Số đặc biệt 11/2015.
7. PGS-TS. Nguyễn Văn Hùng, TS. Nguyễn Quang Phúc, ThS. Nguyễn
Văn Du (2016), Phân tích tuổi thọ kết cấu mặt đường mềm sử dụng bê tông nhựa
cốt liệu xỉ thép bằng phương pháp cơ học thực nghiệm, Tạp chí Giao thông Vận
tải, Số 3/2016.