NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ THÉP NHÀ MÁY GANG THÉP THÁI NGUYÊN LÀM CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

LOGO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỈ THÉP NHÀ MÁY
GANG THÉP THÁI NGUYÊN LÀM CỐT LIỆU
CHO BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG
ĐƯỜNG Ô TÔ

Chuyên ngành:
Xây dựng đường ôtô và đường thành phố
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Lã Văn Chăm


Nội dung chính

1

Tổng quan về bê tông nhựa trong xây dựng đường

2

Xỉ thép và tình hình sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường

3

Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xỉ thép nhà máy gang thép
Thái Nguyên làm cốt liệu cho bê tông nhựa nóng

 Kết4 luận và kiến nghị

Tính cấp thiết của đề tài
Quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc Việt Nam
đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030:
21 tuyến với tổng chiều dài 6.411 km gồm:
- Tuyến cao tốc Bắc – Nam,
- Hệ thống đường cao tốc khu vực phía
Bắc, miền Trung và Tây Nguyên, khu vực
phía Nam.
- Hệ thống đường vành đai cao tốc tại thành
phố Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh.
 Nhu cầu về mặt đường bê tông nhựa là rất lớn
 Nguồn vật liệu tự nhiên có hạn

Tích cực đẩy mạnh nghiên cứu, áp dụng
những công nghệ mới, những dạng vật
liệu mới trong xây dựng đường ô tô


Mục tiêu nghiên cứu

Tổng quan về bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô

Mục
tiêu
nghiên
cứu

Xỉ thép và tình hình sử dụng xỉ thép trong xây dựng

đường ô tô
Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xỉ thép nhà máy gang
thép Thái Nguyên làm cốt liệu cho bê tông nhựa nóng


Tổng quan về bê tông nhựa
Kết cấu mặt đường mềm

- Vị trí của lớp bê tông nhựa
trong kết cấu nền – mặt đường.
- Yêu cầu cơ bản của mặt đường
mềm:
+ Đủ cường độ
+ Ổn định cường độ
+ Độ bằng phẳng
+ Độ nhám
+ Chịu bào mòn tốt và sản sinh
ít bụi.


Tổng quan về bê tông nhựa
Bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô
- Khái niệm và phân loại
- Yêu cầu cơ bản của bê tông nhựa:
+ Tính chất liên quan tới đặc tính thể tích.
+ Tính chất cơ học.
- Cốt liệu để sản xuất bê tông nhựa:
+ Kích cỡ và thành phần hạt
+ Độ sạch
+ Độ cứng

+ Độ bền
+ Cấu trúc bề mặt
+ Tính thích ứng với nhựa đường…


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Tổng quan về nghiên cứu sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô
tô ở Việt Nam và trên thế giới:
- Các chỉ tiêu cơ lý.
- Thành phần hóa học.
- Các nghiên cứu ứng dụng trong xây dựng đường ô tô.
Các nghiên cứu xỉ thép trên thế giới:
Các chỉ tiêu cơ lý:
Xỉ thép có dạng hình khối lập phương với các cạnh sắc, bề mặt thô
ráp với nhiều lỗ rỗng bề mặt, rất ít hạt thoi dẹt, khối lượng riêng lớn
( từ 3,1 – 3,4 g/cm3) độ hút nước từ 1 – 4%; độ hao mòn LA từ 10 –
20,5 %; độ cứng theo thang độ cứng Friedrich Mohs đạt mức 7, độ
nén dập trong xi lanh đạt 19%...


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Thành phần hóa học của xỉ thép trên thế giới
Loại xỉ thép

Thành phần hóa học của xỉ thép (%)
FeO

Fe2O3

CaO

SiO2

Al2O3

13.4

-

31

28.3

12

9

5.6

Mỹ

-

29

35

14

5

8

-

Sudan

-

20

41.3

15.6

2.2

6.9

-

Cộng hòa Czech

-

0.18

36.3

42.5

6.8

11.7

-

Jordan

-

15.3

45.1

12.5

4.1

8.9

4.8

Thổ Nhĩ Kỳ

-

23.5

51

12.5

1.4

1.3

3.7

76

-

-

11

1

0

5

-

29

35

14

5.5

7.7

5.7

Ukraina

Ấn độ
Australia

MgO MnO


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Các nghiên cứu ứng dụng xỉ thép trong xây dựng giao thông
trên thế giới:
- Thay thế cốt liệu cho bê tông xi măng: Cường độ chịu nén,
chịu kéo uốn cao, độ bền cao, ổn định nhiệt…
Một số công trình dùng bê tông xỉ thép: Sân vận động Quốc gia
Bắc Kinh - Trung Quốc, sân bay Sydney, sân vận động Colonial
Melboune …
- Xỉ thép cho nền, móng đường: cải thiện đặc tính cơ lý của lớp
móng đường như tăng khối lượng thể tích khô lớn nhất, tăng chỉ
số CBR và mô đun đàn hồi, sử dụng để chống lầy, làm khô mặt
bằng và xử lý nền đất yếu…
Đã được sử dụng tại nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Úc, Ai Cập,
Brazil…

Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
- Xỉ thép cho bê tông nhựa: 16 bang của Mỹ có nghiên cứu và báo
cáo về việc sử dụng cốt liệu xỉ thép cho bê tông nhựa, Úc, Ukraina,
Jordan, Canada, Sudan, Croatia, Thổ Nhĩ Kỳ…
Các kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép có
nhiều tính chất tốt hơn so với bê tông nhựa truyền thống như:
Cường độ cao, module đàn hồi có thể cao gấp 1,5 lần, độ bằng
phẳng tốt hơn 10%, giảm trơn trượt, chống bong bật tốt, khả năng
kháng lún vệt bánh xe tốt,…
Bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép có khối lượng riêng, khối lượng thể
tích lớn, hàm lượng nhựa tối ưu và độ rỗng dư hầu hết đều cao hơn
bê tông nhựa truyền thống


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô

Thi công thử mặt đường bê tông nhựa xỉ thép ở Croatia


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Các nghiên cứu ở Việt Nam:
Tính chất cơ lý:
Độ cứng cao, bề mặt thô ráp, nhiều lỗ rỗng bề mặt
Khối lượng riêng lớn (trung bình 3,5 g/cm3)
Khả năng dính bám với nhựa tốt
Độ hao mòn LA đạt từ 20,8 – 20,64%
Lượng hạt thoi dẹt ít ( từ 0,74 – 4,5%)
Hàm lượng bụi bùn sét thấp (từ 0,12 – 0,95%)
Chỉ số CBR trong phòng đạt 90,68%

Thỏa mãn các
yêu cầu về cốt
liệu dùng để sản
xuất bê tông
nhựa


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Thành phần hóa học của xỉ thép Việt Nam
Loại xỉ thép

Thành phần hóa học của xỉ thép (%)
Fe2O3

FeO

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

23.98

14.49

8.25

-

Xỉ thép nhà
máy thép miền

37

Nam

Xỉ thép công ty
Vật liệu xanh

35.5÷40

34.7÷40.36

25.49÷28.4

13.7÷16.32

6.6÷8.7

5.7÷6.86

30-40

6÷9

20÷35

5÷12

5÷7

4÷12

Xỉ thép nhà
máy Gang thép
Thái Nguyên


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô
Ứng dụng xỉ thép trong xây dựng giao thông ở Việt Nam
Hiện nay, xỉ thép tại Việt Nam chưa được sử dụng nhiều trong xây
dựng giao thông.

Nền nhà máy thép Pomina 3

Một số
công trình
sử dụng xỉ
thép ở Việt
Nam

Nhà máy thép Fuco (Đài Loan
Nhà máy nhôm định hình - Cty TNHH Nhôm Toàn
Xuân B1-Conac

Kho than Quảng Ninh - Chi nhánh Long T

Nhà máy sản xuất cần cẩu Metaco (Nhật)


Xỉ thép trong xây dựng đường ô tô

Thi công thử nghiệm lớp móng đường sử dụng xỉ thép tại Vũng Tàu


Nghiên cứu thực nghiệm
Nội dung
nghiên cứu

Tính chất của xỉ
thép:
- KLR, KLTT
- Độ hút nước
- Độ hao mòn LA
- Độ dính bám với
nhựa 60/70
- Độ nén dập trong
xi lanh
- Hàm lượng hạt
thoi dẹt…

Tính chất của bê
tông nhựa cốt liệu
xỉ thép:
- Các chỉ tiêu liên
quan tới đặc tính
thể tích

- Các đặc tính cơ
học và khả năng
kháng vệt hằn
bánh xe


Nghiên cứu thực nghiệm

Lấy xỉ thép tại nhà máy Gang thép Thái Nguyên


Nghiên cứu thực nghiệm

Thí nghiệm xác định độ hao mòn LosAngerles (LA)
và độ nén dập trong xi lanh của xỉ thép


Nghiên cứu thực nghiệm

Thí nghiệm KLR, KLTT và Thí nghiệm xác định độ dính bám với nhựa của xỉ thép


Nghiên cứu thực nghiệm
Xỉ thép
3.760

Đá dăm

3.600

2.791

2.744
1.806

1.650
1.060

KLR (g/cm3)

0.680
KLTT
xốp0.240
(g/cm3)
Hàm lượng bụi,
KLTT(g/cm3)
Độ hút nước
bùn sét (%)
(%)

So sánh chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép và đá dăm

1.470


Nghiên cứu thực nghiệm

Xỉ thép

Đá dăm

18.10
14.91
12.40

11.02 10.89
8.64

Độ hao
mòn LA
(%)

7.32

3.20

Hàm lượng
hạt thoi
dẹt (%)

Độ nén dập xi
lanh (khô)

Độ nén dập xi
lanh(bão hòa)

So sánh chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép và đá dăm


Nghiên cứu thực nghiệm

Chỉ tiêu
Khối lượng riêng
Độ hút nước

Kết quả thí nghiệm

Yêu cầu về cốt liệu cho BTN (TCVN

xỉ thép

8819:2011)

g/cm3

3,76

-

%

1,65

-

Đơn vị

≤ 28 (lớp mặt trên)
Độ hao mòn LosAngerles (LA)

%

12,4

≤35 (lớp mặt dưới)
≤ 40 (lớp móng BTNR)
≤ 15 (BTNC)

Hàm lượng hạt thoi dẹt

%

3,2

Hàm lượng bụi, bùn, sét

%

0,24

≤2

Cấp

5

≥ cấp 3

%

8,64

≤ 14 (lớp móng BTNR)

Độ dính bám của đá với nhựa
60/70
Độ nén dập trong xi lanh
(khô)

≤ 20 (BTNR)

Đánh giá mức độ phù hợp của xỉ thép làm cốt liệu cho bê tông nhựa


Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu các tính chất cơ lý của BTN cốt liệu xỉ thép
- Thí nghiệm vật liệu đầu vào: Xỉ thép, đá dăm, nhựa đường, bột
khoáng.
- Thiết kế hỗn hợp BTNC 12,5 theo phương pháp Marshall, 2 hỗn
hợp BTN được thiết kế với cùng cấp phối.
- Đúc mẫu và thí nghiệm các tính chất cơ lý của bê tông nhựa cốt
liệu xỉ thép và bê tông nhựa cốt liệu đá dăm.
- So sánh, đánh giá.


Nghiên cứu thực nghiệm
STT

Kết quả

Đơn vị

1 Độ kim lún 25 oC, 100g, 5 giây

60.3

0.10 mm

2 Độ kéo dài 250C 5cm/phút

>100

cm

100 min

3 Nhiệt độ hóa mềm
4 Nhiệt độ bắt lửa

50
290

˚C
˚C

46 - 56
230 min

0.21

%

0.8 max

1.033

g/cm3

78.3

%

75 min

99.87

%

99 min

4
2.147

Cấp
%

5

Chỉ tiêu thí nghiệm

Lượng tổn thất sau khi nung ở

163˚C trong 5h

6 Khối lượng riêng

Yêu cầu
60 -70

1.0 - 1.05

Tỷ lệ kim lún của nhựa sau nung ở
7 163˚C trong 5 giờ so với độ kim
lún của nhựa gốc ở 25˚C
8

Lượng hòa tan trong

Trichloroethylene
9 Chỉ tiêu dính bám
10 Hàm lượng Paraphin

Kết quả thí nghiệm nhựa đường 60/70 ADCo

Cấp3 min
2,2 max


Nghiên cứu thực nghiệm
100
90

Cận dưới QĐ 858

80

Thiết kế

70

Lượng lọt sàng
(%)

Cận trên QĐ 858

60
50
40
30

Kích cỡ sàng (mm)

20
10
7.5

0.75

Cấp phối bê tông nhựa chặt 12,5

0
0.08