Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ôtô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

MAI HỒNG HÀ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP KHU
VỰC BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRONG XÂY
DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ
Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số : 9580205
Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2019


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Người hường dẫn khoa học:
PGS.TS. Lã Văn Chăm
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp
Trường họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải
vào hồi …. giờ …… ngày …… tháng ….. năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải


CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1.

Mai Hồng Hà và Nguyễn Thị Thuý Hằng (2018), "Nghiên cứu ứng
dụng xỉ thép tái chế làm vật liệu lớp móng đường ô tô", Tạp chí
Công nghệ Giao thông vận tải.

2.

Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng, Nguyễn Hoàng Vũ và
Mai Hồng Hà (2015), "Ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép
cốt liệu xỉ thép", Tạp chí Người Xây Dựng.

3.

Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng và Mai Hồng Hà (2016),
"Xác định các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng xỉ thép như cốt
liệu lớn," Tạp chí Xây Dựng.

4.

Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng và Mai Hồng Hà (2016),
"Hiệu chỉnh thành phần cấp phối bê tông cốt liệu xỉ thép", Người
Xây Dựng.

5.

Nguyễn Thị Thuý Hằng, Phan Đức Hùng và Mai Hồng Hà (2016),
"Study on the physical and mechanical properties of concret0e using
steel slag as coarse aggregate" Tạp chí Trường Đại học National ILan, Đài Loan.


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
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 cùng đi vào
hoạt động với công suất luyện thép từ 4 – 5 triệu tấn/ năm thì lượng xỉ thép được
tạo ra gần 1 triệu tấn/ năm. Lượng xỉ thép hiện nay ở nước ta trung bình từ 0,5 - 1,0
triệu tấn/ năm, riêng ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu, khối lượng xỉ thép do các nhà
máy thép sản xuất thải ra ước tính khoảng 0,3 - 0,5 triệu tấn/ năm. Nếu không có
giải pháp tái sử dụng nguồn xỉ thép này thì việc bảo quản sẽ tốn rất nhiều chi phí và
lãng phí quỹ đất để lưu trữ. Trong khi đó việc xây dựng đường ô tô là công trình sử
dụng nhiều vật liệu nhưng các nguồn vật liệu thiên nhiên truyền thống thì ngày càng
khan hiếm.
Vì vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng
Tàu trong xây dựng đường ôtô” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu kinh nghiệm của các nước trên thế giới trong việc sử dụng xỉ thép
làm kết cấu áo đường ô tô;
Kết hợp việc nghiên cứu lý thuyết, phân tích các kết quả thực nghiệm trong
phòng và hiện trường về xỉ thép tái chế từ các nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà
Rịa Vũng Tàu để làm kết cấu móng đường ô tô.

Trên cơ sở đó, đánh giá được khả năng sử dụng xỉ thép để thay thế đá dăm làm
các lớp móng và đề xuất các kết cấu áo đường sử dụng xỉ thép từ các nhà máy thép
Bà Rịa - Vũng Tàu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý, các chỉ tiêu kỹ thuật phục vụ công tác thiết kế,
thi công và nghiệm thu khi sử dụng xỉ thép tái chế từ các nhà máy sản xuất thép
theo công nghệ lò điện hồ quang ở khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu.
Nghiên cứu các giải pháp gia cố nhằm cải thiện chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép để
phù hợp với các yêu cầu vật liệu làm móng đường ô tô.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài:
 Chứng minh bằng thực nghiệm có thể sử dụng xỉ thép từ các nhà máy
sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu qua tái chế để sử dụng làm cốt liệu
cho các lớp móng đường ô tô;
 Phân tích hiệu quả gia cố xi măng đối với 3 loại cấp phối xỉ thép, xỉ thép


2
phối trộn cát mịn và xỉ thép phối trộn đá mi. Kiến nghị tỷ lệ gia cố hợp lý từ
4%-6% xi măng theo khối lượng hỗn hợp.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
 Xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật của xỉ thép từ các nhà máy thép Bà
Rịa Vũng Tàu làm móng đường ô tô;
 Đề xuất các kết cấu áo đường sử dụng xỉ thép từ các nhà máy thép Bà
Rịa Vũng Tàu;
 Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm phong phú thêm
kiến thức về việc sử dụng xỉ thép ứng dụng trong làm móng đường ôtô ở Việt
Nam, là tài liệu tham khảo tốt khi nghiên cứu và giảng dạy về vật liệu và kết
cấu mặt đường.
5. Cấu trúc của đề tài

Đề tài luận án gồm phần mở đầu, 4 chương chính, phần kết luận, kiến nghị và
hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục.
TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP VÀ SỬ DỤNG XỈ THÉP
TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1. Khái niệm về xỉ thép.
Xỉ thép được hình thành từ quá trình luyện thép, là một sản phẩm được tạo ra
trong thời gian tách thép nóng chảy từ các hợp chất trong lò luyện thép. Xỉ thép xuất
hiện như một chất lỏng nóng chảy, tan ra và là một quá trình hòa tan phức tạp của
silicates và oxodes mà rắn lại khi làm mát. Quá trình hình thành xỉ thép giống như
phun trào nham thạch từ núi lửa, do đó các báo cáo khoa học nước ngoài gọi xỉ thép
là “nham thạch nhân tạo” .
1.2. Các kết qủa nghiên cứu về xỉ thép ở nước ngoài
1.2.1. Tính chất hóa học
1.2.1.1. Thành phần hoá học
Ana Mladenović, Tahir Sofilić, R. Alizadeh, H. Motz,.. khi nghiên cứu về xỉ
thép, đều đã có nhưng phân tích thành phần hoá học và thành phần khoáng của xỉ
thép:
 Xỉ thép có các thành phần hoá học chính: CaO, Fex O y, MgO, MnO 2,
SiO 2 và Al 2O 3,… ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là CaO,
SiO 2 và Fe x Oy chiếm đến 80% trọng lượng của xỉ thép;
 Thành phần khoáng chủ yếu của xỉ thép gồm: Wustite (FeO); Calcium
Silicates (2CaO.SiO 2, C2 S và 3CaO.SiO 2, C3S); Brownmillerite


3
(Ca2 (Al,Fe) 2O 5 ,C4 AF); Mayenite (12CaO.7Al 2 O 3, C12A7 ).
1.2.1.2. Tính chất cơ lý
Các tính chất cơ lý của xỉ thép cũng đã được các nhà khoa học trên thế giới
nghiên cứu như nghiên cứu của Gurmel ở Anh; Lykoudis, V. Maruthachalam ở Hy

Lạp; Tahir Sofilić ở Croatia; Maslehuddin ở Saudi Arabia; H. Motz ở Đức. Kết quả
cho thấy: xỉ thép có khối lượng riêng dao động trong khoảng 3,3-3,5 g/cm3; khối
lượng thể tích xốp khoảng 1500kg/m3; độ rỗng khoảng 31-45%; độ hút nước
khoảng 1-2%; độ pH từ 10-12...
1.2.2. Các nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm kết cấu móng đường ô tô ở nước
ngoài
Theo thống kê
của Hiệp hội Xỉ thép
Châu Âu [54], lượng
xỉ thép sản xuất ra vào
năm 2010 khoảng 21,8
tỷ tấn và tỷ lệ sử dụng
là 87%, một số nước ở
Châu Âu như Đức và
Hình 1.11 Các ứng dụng của xỉ thép ở Châu Âu
Pháp có tỷ lệ sử dụng
xỉ thép cao hơn 90%. Trong đó lượng xỉ thép dùng trong xây dựng đường chiếm tỷ
trọng khá lớn là 48%; ở Nhật có 32.4% được sử dụng trong xây dựng đường; ở Mỹ
có 49,7% sử dụng làm lớp móng trên và móng dưới của đường, 16,0% sử dùng làm
cốt liệu cho bê tông asphalt.
Ở Trung Quốc, tỷ lệ tái sử dụng xỉ thép vào khoảng 29,5%.
Theo Ebenezer Akin Oluwasola do xỉ thép có tính ma sát trong và khả năng
thoát nước tốt nên nó đủ điều kiện để làm vật liệu lớp móng dưới của đường.
Để tăng tỷ lệ sử dụng xỉ thép ở Trung Quốc, Weiguo Shen [37] đã dùng xỉ
thép gia cố tro bay và phosphogypsum (một loại phế thải công nghiệp trong sản xuất
axit phosphoric và phân bón phosphoric) làm lớp móng trên của mặt đường. Kết
quả thí nghiệm cho thấy: Cường độ chịu nén của mẫu gia cố tăng từ 1,86MPa ở tuổi
7 ngày lên 8,36MPa ở tuổi 28 ngày, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của Trung
Quốc về lớp móng trên của mặt đường; Cường độ ép chẻ và mô đun đàn hồi của
mẫu xỉ thép gia cố thấp hơn mẫu đá dăm gia cố xi măng một ít nhưng cao hơn mẫu

đá dăm gia cố vôi, cao hơn rất nhiều so với mẫu đất gia cố và nó vượt xa các giá trị
yêu cầu trong quy trình “ Yêu cầu kỹ thuật về thiết kế mặt đường bê tông Asphalt
cho đường cao tốc- JTJ014-97” của Trung Quốc.
Ngoài ra còn rất nhiều nghiên cứu khác của các nhà khoa học trên thế giới đều


4
khẳng định khả năng ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng đường như có thể làm
cốt liệu cho bê tông asphalt; làm lớp mặt cho mặt đường cấp thấp hay làm lớp móng
dưới, móng trên cho trên cho kết cấu áo đường.
1.3. Các kết qủa nghiên cứu về xỉ thép ở trong nước
Trong nước, bước đầu đã có những văn bản pháp luật, tiêu chuẩn thừa nhận
khả năng ứng dụng của xỉ thép trong xây dựng đường như TCVN 6705:2009; công
văn 31/BXD-VLXD ngày 07/06/2011 của Bộ Xây dựng; quyết định số 430/QĐBXD về việc ban hành chỉ dẫn kỹ thuật “Xỉ gang và xỉ thép sử dụng làm vật liệu
xây dựng”.
Theo ông Lương Thanh Chương, sau khi xử lý qua quá trình nung luyện trong
lò điện hồ quang ở nhiệt độ 1.600oC, xỉ thép có thành phần khoáng tương tự như
thành phần khoáng của xi măng, đây là điều mà vật liệu tự nhiên không có.
Công ty TNHH Vật Liệu Xanh cũng đã lấy mẫu gửi đi thí nghiệm tại các phòng
thí nghiệm đạt tiêu chuẩn để phân tích, xác định thành phần nguy hại trong xỉ thép.
Từ kết quả phân tích ở, đối chiếu QCVN 07:2009/BTNMT, nhận thấy hầu hết các
thành phần nguy hại vô cơ đều không phát hiện hoặc nằm dưới ngưỡng rất nhiều
lần.
Trong luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Du, đã nghiên cứu xỉ thép để
thay thế cho cốt liệu lớn trong bê tông asphalt.
Năm 2011, nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Vật liệu Xây dựng – Trường Đại học
Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh do TS. Trần Văn Miền chủ trì kết hợp với Công
ty TNHH Lê Phan đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép thay thế cho đá dăm làm
cốt liệu bêtông asphalt.
Từ năm 2012 đến 2015, Bộ Giao thông vận tải giao Trường Đại học Giao

thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh thực hiện đề tài “Nghiên cứu tái chế xỉ lò từ
nhà máy luyện thép để sử dụng làm vật liệu cho các lớp móng đường giao thông”
do TS.Nguyễn Quốc Hiển làm chủ nhiệm và Nghiên cứu sinh là thành viên thực
hiện đề tài nghiên cứu. Đề tài đã được Bộ Giao thông vận tải tổ chức nghiệm thu và
đánh giá đạt mức B. Kết quả nghiên cứu và kiến nghị của đề tài như sau:
 Xỉ thép hoàn toàn có thể tái chế để sử dụng như một loại vật liệu trong
lĩnh vực xây dựng công trình như cốt liệu bê tông xi măng, bê tông asphalt và
móng đường;
 Nếu được sản xuất và gia công theo một công nghệ phù hợp, thì xỉ thép
có thể được sử dụng trong các lớp móng dưới của đường ô tô theo nguyên lý
cấp phối như cấp phối đá dăm loại II.
1.4. Mục tiêu của đề tài nghiên cứu
Nghiên cứu các tính chất của xỉ thép sau khi tái chế từ các nhà máy sản xuất


5
thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu để làm các lớp móng đường ô tô;
Nghiên cứu các giải pháp cải thiện chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép nhằm đáp ứng
yêu cầu khi sử dụng xỉ thép làm các loại móng đường ô tô khác nhau.
NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ, HÓA CỦA XỈ THÉP
SAU KHI TÁI CHẾ

2.1. Nghiên cứu về các đặc tính của xỉ thép tại các nhà máy sản xuất thép ở
khu vực Bà Rịa Vũng Tàu
Xỉ thép được khảo sát, nghiên cứu và đánh giá là xỉ có nguồn từ lò hồ quang
điện (Electric Arc Furnace slag, viết tắt là xỉ EAF).
Mẫu xỉ thép sau khi tái chế được lấy tại nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng từ
xỉ của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh (tại huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu).
2.1.1. Các chỉ tiêu của xỉ thép được nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, tham chiếu các tiêu chuẩn liên quan, tiến

hành khảo sát các chỉ tiêu cơ lý như thành phần hạt, khối lượng riêng, khối lượng
thể tích ... vv, đồng thời phân tích thành phần hoá của xỉ thép.
2.1.2. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở các sau:
Chỉ tiêu thí
nghiệm

Đơn
vị
tính

Mẫu 1

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

Mẫu 5

Mẫu 6

Mẫu 7

Mẫu 8

Mẫu 9

Mẫu 10

Bảng 2.5: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép

Khối lượng riêng

g/cm3

3,4
7

3,6
6

3,6
6

3,6
8

3,5
0

3,5
2

3,4
1

3,5
5

3,5
8

3,4
9

g/cm3

3,2
9

3,3
5

3,3
4

3,4
2

3,1
9

3,2
9

3,1
6

3,2
8

3,3
0

3,2
3

g/cm3

3,3
4

3,4
4

3,4
2

3,4
9

3,2
8

3,3
6

3,2

3

3,3
6

3,3
8

3,3
1

1,5
4
182
3
47,
5
2,9
8

2,5
2
187
7
48,
7
3,4
1

2,6

1
190
6
47,
8
3,6
2

2,1
0
183
7
50,
1
3,5
4

2,8
1
197
5
43,
6
3,5
7

1,9
6
179
9

48,
9
3,6
7

2,3
1
180
6
47,
0
3,5
4

2,2
6
187
4
47,
2
3,6
5

2,3
8
188
6
47,
4
3,3

7

2,2
6
180
0
48,
4
3,4
2

2,3
6

2,4
3

2,4
8

2,4
5

2,5
0

2,5
0

2,5

0

2,4
5

2,4
3

2,4
3

Khối lượng thể
tích ở trạng thái
khô
Khối lượng thể
tích ở trạng thái
bão hòa
Độ hút nước
Khối lượng thể
tích xốp
Độ rỗng giữa các
hạt
Độ ẩm tối ưu
Khối lượng thể
tích khô lớn nhất
khi ĐNTC

%
kg/m3
%

%
g/cm3


6
Mẫu 9

Mẫu 10

1,6

0,5

0,7

1,2

1,1

0,7

%

22

22

21

22

22

19

21

22

21

22

Mẫu 6

0,6

Mẫu 5

1,6

Mẫu 4

1,2

Mẫu 3

0,4

Mẫu 2

%

Mẫu 1

Mẫu 8

Các chỉ số: Wl;
Ip; PP
Hàm lượng bụi,
bùn, sét
Độ hao mòn khi
va đập
Hàm lượng thoi
dẹt
Mô đun đàn hồi
vật liệu
CBR trong phòng
(K = 0,98)

Mẫu 7

Đơn
vị
tính

Chỉ tiêu thí
nghiệm

Không thực hiện được

%
MPa
%

0,8

1,1

1,2

0,9

0,7

0,6

1,8

0,3

1,6

1,0

225
,88
111
,58

230
,59
90,
35

226
,74
85,
92

285
,17
88,
98

231
,57
90,
28

239
,60
117
,98

244
,71
89,
07

232
,70
103
,86

318
,80
98,
24

246
,23
93,
30

Bảng 2.6 Bảng tổng hợp kết quả phân tích thành phần hạt của xỉ thép
Kích
thước
mặt
sàng
(mm)

Mẫu
1

Mẫu
2

Mẫu
3

Mẫu
4

Mẫu
5

Mẫu
6

Mẫu
7

Mẫu
8

Mẫu
9

Mẫu
10

50

100,0

100,0

96,8

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

37,5

100,0

98,2

95,9

96,5

97,1

97,4

97,3

98,2

97,1

95,7

25

93,7

87,7

90,9

89,3

90,4

83,7

83,2

87,7

90,4

92,2

19

86,5

79,5

85,4

83,5

83,4

72,4

68,4

79,5

83,4

85,0

9,5

60,1

52,4

60,1

60,4

53,4

40,8

36,7

52,4

53,4

59,1

4,75

36,3

27,4

35,9

36,9

28,9

21,7

16,9

27,4

28,9

33,8

2,36

18,9

13,0

19,6

19,2

14,2

10,3

5,9

13,0

14,2

15,2

0,425

3,6

1,8

5,3

2,9

4,4

2,8

1,0

1,8

4,4

2,6

0,075

0,4

0,3

1,7

0,8

1,1

0,6

0,4

0,3

1,1

0,7

<0,075

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

Mẫu
9
13,32
8,17
35,53
25,61
5,40

Mẫu
10
16,70
6,26
34,02
23,20
5,98

Lượng lọt sàng (%)

Bảng 2.7 Kết quả phân tích thành phần hóa học của xỉ thép
Các
Oxit
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO

Mẫu

1
16,20
8,00
35,80
28,30
5,40

Mẫu
2
16,60
8,10
34,80
28,20
5,50

Mẫu
3
17,38
7,85
35,47
23,96
11,43

Hàm lượng các Ôxít (%)
Mẫu
Mẫu
Mẫu
Mẫu
4
5

6
7
18,86 13,50 16,10 18,50
8,75
6,60
6,70
7,40
35,25 38,80 35,50 34,40
21,66 26,10 26,20 25,40
12,36
6,10
5,10
4,70

Mẫu
8
17,00
7,76
35,02
23,47
5,04


7
Các
Oxit
SO3

Mẫu
1

-

Mẫu
2
-

Mẫu
3
0,09

Hàm lượng các Ôxít (%)
Mẫu
Mẫu
Mẫu
Mẫu
4
5
6
7
0,12
-

Mẫu
8
0,09

Mẫu
9
0,10

Mẫu
10
0,13

2.2. Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm
2.2.1. Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm.
Sử dụng phần mềm Minitab18 phân tích kết quả thí nghiệm được kết quả như
các bảng sau:
Bảng 2.8 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Chỉ tiêu thí nghiệm
Khối lượng riêng
Khối lượng thể tích ở trạng thái khô
Khối lượng thể tích ở trạng bão hòa
Độ hút nước

Khối lượng thể tích xốp
Độ rỗng giữa các hạt
Hàm lượng bụi, bùn, sét
Độ hao mòn khi va đập Los Angele
Hàm lượng thoi dẹt
KLTT khô khi ĐNTC
Độ ẩm tối ưu khi ĐNTC
Độ trương nở thể tích
Sức chịu tải CBR trong phòng
Mô đun đàn hồi của vật liệu

Đơn vị tính
g/cm3
g/cm3
g/cm3
%
Kg/m3
%
%
%
%
g/cm3
%
%
%
MPa

Giá trị trung bình
3,552
3,285

3,361
2,275
1858,3
48,28
0,953
21,36
1,00
2,458
3,474
0
96,96
248,2

Độ lệch chuẩn
0,0913
0,0771
0,0771
0,3561
56,4
2,42
0,443
0,971
0,45
0,038
0,204
10,824
30,24

Bảng 2.9 Tổng hợp thành phần hóa học của xỉ thép
TT

1
2
3
4
5
6

Chỉ tiêu thí nghiệm
Hàm lượng Silic Ôxít (SiO2)
Hàm lượng Nhôm Ôxít (Al2O3)
Hàm lượng Sắt III Ôxít (Fe2O3)
Hàm lượng Can xi Ôxít (CaO)
Hàm lượng Magie Ôxít (MgO)
Hàm lượng sunphat, sunphit

Đơn vị tính
%
%
%
%
%
%

Giá trị trung bình
16,416
7,56
35,46
25,21
6,692
0,104

Độ lệch chuẩn
1,824
0,80
1,30
2,152
2,76
0,017

2.2.2. So sánh, đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép với cấp phối đá dăm làm
móng đường
Từ các kết quả thí nghiệm ở trên cho thấy các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối xỉ
thép có nguồn gốc từ các nhà máy sản xuất thép khu vực BRVT sau khi tái chế,
tương đồng cấp phối đá dăm tại khu vực Đông Nam Bộ. Tham chiếu theo tiêu chuẩn
TCVN8859:2011 “Lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô – vật


8
liệu, thi công và nghiệm thu”, thì hầu hết các chỉ tiêu của xỉ thép đáp ứng yêu cầu
kỹ thuật của cấp phối đá dăm loại I (ngoại trừ chỉ số CBR là không đáp ứng yêu cầu
kỹ thuật của cấp phối đá dăm loại I).
2.2.3. Nhận xét, đánh giá thành phần hóa học của xỉ thép
Tính chất của xỉ thép phần lớn quyết định bởi tỷ số M0 là tỷ số giữa tổng lượng
CaO và MgO so với tổng lượng SiO2 và Al2O3 có trong xỉ:
𝐶𝑎𝑂 + 𝑀𝑔𝑂
25,21 + 6,692
𝑀 =
=
= 1,33
𝑆𝑖𝑂 + 𝐴𝑙 𝑂

16,416 + 7,56
Mo >1 : xỉ có tính kiềm, xỉ loại kiềm nếu được sử dụng như một loại vật liệu
hạt làm cốt liệu thì thường phải gia cố bằng chất liên kết vô cơ như vôi hoặc xi
măng.
2.2.4. Nhận xét, đánh giá về ảnh hưởng đến môi trường của xỉ thép
Qua tổng hợp, phân tích các kết quả nghiên cứu như đã đề cập ở chương tổng
quan cũng như ở các mục trên của chương này, có một số nội dung nhận xét, đánh
giá như sau:
 Xỉ thép không chứa thành phần có thể ảnh hưởng đến môi trường một
cách có hại (theo nghiên cứu Tahir Sofilić);
 Hàm lượng các hạt nhân phóng xạ có trong xỉ thép nhỏ hơn giới hạn cho
phép (theo quyết định số 430/QĐ-BXD ngày 16/5/2017 của Bộ Xây dựng);
 Với xỉ thép tái chế từ các nhà máy sản xuất thép ở khu vực tỉnh Bà Rịa
Vũng Tàu, qua kết quả thí nghiệm, phân tích cho thấy hàm lượng các chất
nguy hại đến môi trường đều không phát hiện hoặc nằm trong giới hạn cho
phép.
2.3. Kết luận chương 2
(1) Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép tái chế từ các nhà máy sản xuất thép ở khu vực
tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu tương đồng với cấp phối đá dăm khu vực Đông Nam
Bộ, là loại vật liệu sử dụng phổ biến làm móng đường. Theo TCVN 88592011 thì hầu hết các chỉ tiêu của xỉ thép tương đương yêu cầu kỹ thuật của
cấp phối đá dăm loại I, riêng chỉ tiêu CBR không đạt yêu cầu kỹ thuật của
cấp phối đá dăm loại I;
(2)
Do đặc tính của xỉ thải và công nghệ tái chế từ xỉ ở khu vực Bà Rịa Vũng
Tàu hiện tại, cấp phối xỉ thép thiếu hàm lượng hạt nhỏ (<0,425mm) nên khó
đạt độ chặt khi lu lèn do thiếu thành phần hạt nhỏ để chèn lấp lỗ rỗng;
(3)
Đây là loại xỉ thép có tính kiềm, có hoạt tính nên cần có những nghiên cứu
dùng giải pháp xỉ thép gia cố với xi măng hoặc vôi nhằm phát huy tốt đặc
tính kiềm, nâng cao khả năng chịu tải của kết cấu móng đường;

(4)
Qua những phân tích như trên, ta có thể sử dụng xỉ thép từ các nhà máy sản


9
xuất thép ở khu vực tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu để thay thế cấp phối đá dăm làm
lớp móng dưới trong kết cấu áo đường ô tô.

NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU
KỸ THUẬT XỈ THÉP GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Trong các chương 1 và chương 2 đã chứng minh được xỉ thép tái chế từ các
nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu, có thể sử dụng làm vật liệu
trong xây dựng móng đường ô tô.
Tuy nhiên, qua kết quả khảo sát, số liệu thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xỉ
thép ở chương 2 ta thấy, chỉ nên làm vật liệu cho lớp móng dưới. Do đặc tính của
xỉ thép và công nghệ tái chế xỉ thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu hiện tại, sản phẩm
xỉ thép có cấp phối thiếu hàm lượng hạt nhỏ (<0,425mm) nên khó đạt độ chặt khi
lu lèn, điều này có thể ảnh hưởng làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu.
Để có thể cải thiện cấp phối của xỉ thép và phát huy tính kiềm trong xỉ thép,
nhằm mở rộng phạm vi sử dụng xỉ thép làm các lớp móng trên, NCS đã tiến hành
nghiên cứu các giải pháp gia cố, phối trộn xỉ thép với cát mịn hoặc đá mi, gia cố xi
măng.
3.1. Vật liệu dùng trong các giải pháp gia cố
3.1.1. Xỉ thép:
Xỉ thép có nguồn gốc từ các nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu,
được Công ty Vật Liệu Xanh thu gom và thực hiện tái chế, có các chỉ tiêu cơ lý như
đã đề cập ở chương 2.
3.1.2. Xi măng:
Xi măng dùng trong thí nghiệm là xi măng Hà Tiên

3.1.3. Nước:
Nước dùng trong thí nghiệm là nguồn nước máy sinh hoạt hằng ngày, đạt yêu
cầu của tiêu chuẩn nước cho bê tông và vữa xây dựng TCXDVN 302-2004 [4]
3.1.4. Cát hạt mịn:
Cát mịn được sử dụng trong phạm vi nghiên cức của đề tài là loại cát tự nhiên
sông Đồng Nai có các chỉ tiêu cơ lý và hoá học được thể hiện ở Bảng 3.2
Bảng 3.2: Chỉ tiêu cơ lý và hoá học của cát mịn dùng để phối trộn với xỉ thép
Thứ
tự
1
2

Chỉ tiêu thí nghiệm
Khối lượng riêng
Khối lượng thể tích

Đơn vị
tính
g/cm3
g/cm3

Phương pháp thí nghiệm

Kết quả

TCVN 7572-4 : 2006
TCVN 7572-4 : 2006

2,67
2,5

10
Thứ
tự
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Chỉ tiêu thí nghiệm
Độ xốp tự nhiên
Khối lượng thể tích xốp
Độ hút nước
Tạp chất hữu cơ so với
mầu chuẩn
Hàm lượng bùn sét
Hàm lượng silic hoà tan,
Sc
Hàm lượng ion ClHàm lượng SO3
Hàm lượng mica

Đơn vị
tính
%

kg/m3
%

Phương pháp thí nghiệm
TCVN 7572-6 : 2006
TCVN 7572-4 : 2006

so màu

TCVN 7572-9 : 2006

%

TCVN 7572-8 : 2006

Kết quả
46,20
1345
2,58
Ngang màu
chuẩn
2,08

mol/l

TCVN 7572-19 : 2006

62,86

%

%
%

TCVN 7572-12 : 2006
TCVN 7572-16 : 2006
TCVN 7572-20 : 2006

0,007
0,012
0,01

3.1.5. Đá mi:
Đá mi là sản phẩm đá xây dựng phụ, được tạo ra trong quá trình chế biến các
sản phẩm đá 1×1, đá 1×2, đá 2×3, đá 4×6.
Bảng 3.4: Chỉ tiêu cơ lý của đá mi dùng để phối trộn với xỉ thép
Thứ
tự
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Chỉ tiêu thí nghiệm
Khối lượng riêng

Khối lượng thể tích
Độ xốp tự nhiên
Khối lượng thể tích xốp
Độ hút nước
Tạp chất hữu cơ so với mầu
chuẩn
Hàm lượng bùn sét
Cường độ đá gốc (nén khô)
Cường độ đá gốc (nén bão hòa)
Độ mài mòn LA

Đơn vị
tính
g/cm3
g/cm3
%
g/cm3
%

Phương pháp thí nghiệm

Kết quả

TCVN 7572-4 : 2006
TCVN 7572-4 : 2006

2,782
2,624
41,01
1,548

0,56
ngang màu
chuẩn
0,74
209,1
193,6
14,1

TCVN 7572-6 : 2006
TCVN 7572-4 : 2006

so màu

TCVN 7572-9 : 2006

%
MPa
MPa
%

TCVN 7572-8 : 2006
TCVN 7572-10:2006
TCVN 7572-10:2006
TCVN 7572-12:2006

3.2. Phương pháp tính toán lựa chọn tỷ lệ phối trộn để cải thiện đường cấp
phối hạt của xỉ thép:
Tiến hành phân tích thành phần hạt của hỗn hợp vật liệu ứng với các tỷ lệ xỉ
thép là khác nhau, cấp phối nào gần với đường cong lý tưởng của Fuller nhất sẽ
được lựa chọn làm cơ sở cho các bước nghiên cứu tiếp theo. Kết quả như sau:

 Khi phối hợp giữa xỉ thép/ cát mịn theo tỷ lệ 80%/20% cho hỗn hợp vật
liệu gần với đường cong lý tưởng nhất
 Khi phối hợp giữa xỉ thép/ đá mi theo tỷ lệ 70%/30% cho hỗn hợp vật
liệu gần với đường cong lý tưởng nhất
3.3. Thực nghiệm trong phòng các giải pháp xỉ thép gia cố xi măng, xỉ thép


11
phối trộn cát mịn hoặc đá mi gia cố xi măng:
3.3.1. Phương pháp tạo mẫu thí nghiệm
Xỉ thép được gia cố với các hàm lượng xi măng khác nhau từ 4-10%. Mỗi tổ
hợp mẫu gồm có 36 mẫu, trong đó có 24 mẫu đúc bằng cối Proctor cải tiến (chiều
cao 11,7cm; đường kính 15,2cm), để thí nghiệm cường độ chịu nén và cường độ ép
chẻ; 12 mẫu đúc bằng cối tiêu chuẩn (có đường kính 10,16cm, cao 11,7cm), để thí
nghiệm mô đun đàn hồi.
3.3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép gia cố xi măng.
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm xỉ thép gia cố xi măng
Std
Order
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

Run
Order
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

Pt
Type
1
1
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

4
4
4
4

7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56

7
14
28
56

4,48
4,76
6,42
6,41
4,96
5,55
6,60
7,69
5,29
6,13
11,17
12,36
5,63
7,26
15,93
16,93
4,85
4,73
5,47
6,31
4,69
4,89
7,43
7,67
5,09

5,33
11,79
11,94

0,066
0,069
0,090
0,117
0,067
0,083
0,152
0,165
0,078
0,124
0,350
0,445
0,110
0,134
0,969
1,108
0,061
0,076
0,083
0,078
0,065
0,091
0,127
0,139
0,090
0,131

0,402
0,443

456,32
507,99
710,63
741,30
598,42
595,55
908,74
945,93
808,72
825,40
1302,68
1408,16
843,94
1075,29
1584,79
1737,72
519,31
461,21
689,42
742,40
577,72
577,32
862,54
921,51
792,77
901,92
1260,91

1409,76

6
6
6
6
8
8
8
8
10
10
10
10
4
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8


12
Std

Order
29
30
31
32
33
34
35
36
37
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48

Run
Order
29
30
31
32
33

34
35
36
37
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48

Pt
Type
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

10
10
10
10
4
4
4
4
6
6
6
6
6
8
8

8
8
10
10
10
10

7
14
28
56
7
14
28
56
7
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56

4,94

6,34
14,25
16,98
4,25
4,49
6,14
5,88
5,17
5,17
5,28
6,83
6,84
4,85
5,18
10,56
12,00
5,83
6,45
15,17
16,79

0,115
0,146
0,889
1,079
0,063
0,080
0,098
0,099
0,074

0,074
0,102
0,134
0,155
0,085
0,118
0,436
0,489
0,102
0,142
0,822
1,056

901,80
977,50
1605,77
1701,53
459,12
492,85
727,73
728,59
567,40
567,40
603,49
935,47
953,94
775,83
826,91
1394,79
1436,59

880,25
951,02
1520,85
1742.71

3.3.3. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép/cát mịn (tỷ lệ 80/20)+gia cố xi măng.
Kết quả chạy Minitab được Bảng 3.9 để tiến hành phân tích thống kê tổng hợp
Bảng 3.9 Bảng kết quả thí nghiệm xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng
Std
Order
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Run
Order
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13

Pt
Type
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

4
4
4
4
6
6
6
6

8
8
8
8
4

7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7

3,42
4,70
6,04
6,41
8,45
9,82
12,01
12,72
10,99
12,26

15,81
17,40
4,15

0,099
0,165
0,297
0,336
0,620
0,766
0,944
0,827
1,012
1,181
1,347
1,669
0,074

1220,96
1233,31
1308,51
1326,99
1516,45
1584,22
1749,25
1776,59
1589,75
1584,76
1775,43
1941,99

1221,57


13
Std
Order
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

Run
Order
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

Pt
Type
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

4
4

4
6
6
6
6
8
8
8
8
4
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8

14
28
56
7
14
28
56
7

14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56

4,23
5,84
6,33
8,76
10,15
12,52
11,35
10,63
11,80
14,28
16,40
3,84
4,58
6,72

7,06
8,29
9,46
10,79
12,11
10,78
12,74
15,87
16,62

0,158
0,309
0,315
0,617
0,649
0,819
0,890
0,994
1,217
1,370
1,718
0,079
0,172
0,288
0,324
0,560
0,724
0,890
0,954
0,976

1,110
1,438
1,609

1239,28
1303,36
1326,84
1533,78
1562,28
1605,17
1768,89
1571,36
1698,96
1890,35
1922,39
1212,85
1229,77
1307,06
1319,01
1549,82
1522,70
1776,57
1704,94
1630,28
1603,67
1920,70
1944,85

3.3.4. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép/ đá mi (tỷ lệ 70/30)+gia cố xi măng.
Kết quả chạy Minitab được Bảng 3.10 để tiến hành phân tích thống kê tổng

hợp
Bảng 3.10: Bảng kết quả thí nghiệm xỉ thép+đá mi gia cố xi măng
Std
Order
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Run
Order
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11
12
13

Pt
Type
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

4
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8
4

7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7

9,12
9,39
11,67
11,79
12,12
14,11
16,67
16,77
17,60
19,24
24,63
25,98
8,98

0,531
0,616

0,751
0,809
0,858
1,001
1,251
1,431
1,912
2,064
2,540
3,357
0,528

1397,41
1423,87
1469,39
1506,57
1680,65
1650,34
1803,15
1841,23
1895,51
1952,45
2073,63
2041,20
1392,15


14
Std
Order

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

Run
Order
14
15
16
17

18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

Pt
Type
1
1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Blocks

XM

Tuổi

Rn (MPa)

Rech (MPa)

E (MPa)

1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

4
4
4
6
6
6
6
8

8
8
8
4
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8

14
28
56
7
14
28
56
7
14
28
56
7
14
28

56
7
14
28
56
7
14
28
56

9,42
11,45
11,52
12,35
12,73
17,44
17,21
17,38
19,18
24,95
25,79
9,09
9,69
11,68
12,09
11,83
13,69
16,51
18,85
17,22

19,48
24,52
25,93

0,604
0,737
0,809
0,850
0,910
1,117
1,425
1,951
2,044
2,573
3,329
0,522
0,604
0,738
0,818
0,842
0,966
1,062
1,384
1,921
2,048
2,567
3,337

1416,64
1469,19

1510,33
1695,50
1803,97
1775,16
1802,55
1897,65
1975,84
2063,32
2051,39
1392,98
1423,87
1465,87
1487,06
1688,39
1650,07
1804,59
1790,57
1971,07
1910,82
2014,40
2112,16

3.3.5. Phân tích, so sánh các giải pháp sử dụng xỉ thép gia cố xi măng
Sử dụng phần mềm Minitab18 thiết kế thí nghiệm tổng quát
Các hàm phân tích: Cường độ chịu nén (Rn); Cường độ chịu ép chẻ (Rech);
Mô đun đàn hồi (E).
3.3.5.1. Phân tích cường độ chịu nén Rn
Tương tự như đã thực hiện ở trên, cường độ chịu nén của XT, XC, XD gia cố
xi măng được thể hiện ở các hình sau:
Cốt liệu

XM

Tuổi

Cốt liệu * XM

XM
4.0
6.0
8.0

20

Cường độ nén trung bình Rn (MPa)

Cường độ nén trung bình Rn (MPa)

16

14

12

10

8

15
10

5

Cốt liệu * Tuổi

XM * Tuổi

Tuổi
7.0
14.0
28.0
56.0

20
15
10
5
XT

6
XT

XC

XD

4

6

8

7

14

28

56

XC

Cốt liệu

XD

4

6

8

XM

a) Ảnh hưởng các yếu tố chính
b) Ảnh hưởng tương tác
Hình 3.31: Biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố đến Rn


15

24.7
25.9

Hình 3.31 cho thấy cả 3 yếu tố cốt liệu, tỷ lệ xi măng và ngày tuổi đều ảnh
hưởng nhiều đến Rn.
 Ảnh hưởng của cốt liệu: Thứ tự tăng dần Rn theo cốt liệu là
XTXCXD;
 Ảnh hưởng của tỷ lệ xi măng: Khi tỷ lệ XM tăng thì Rn cũng tăng lên,
tỷ lệ Rn tăng tương đối đồng đều khi tăng XM từ 4-8% thể hiện bằng độ dốc
của các đoạn đường thẳng gần như nhau;
 Độ tuổi đến cường độ chịu nén: ở giai đoạn đầu từ 7-14 ngày thì cường
độ nén phát triển chậm, từ 14-28 ngày thì mức độ tăng nhanh hơn thể hiện qua
độ dốc của biểu đồ cường độ nén theo ngày tuổi, từ 28-56 ngày thì Rn lại tăng
chậm. Biểu đồ ảnh hưởng ngày tuổi đến cường độ nén không là dạng tuyến
tính mà là bậc 2;
 Ảnh hưởng tương tác cơ bản như nhau đối với các ngày tuổi và tỷ lệ xi
măng. Tuy nhiên ở tỷ lệ XM 6%, 8%, ngày tuổi 28 và 56 ngày thì ảnh hưởng
rõ rệt hơn.
Biểu đồ Rn (MPa)
Hình 3.32 là biểu đồ tổng hợp
Độ tin cậy 95%
cường độ nén Rn theo lượng xi măng
và ngày tuổi. Ở 14 ngày tuổi cường
độ chịu nén đều lớn hơn 4.0MPa.
3.80333
4.50333
6.2
6.6
8.5
9.81

11.7733
12.06
10.8
12.2667
15.32
16.8067

9.06333
9.5
11.6
11.8
12.1
13.51
16.8733
17.61
17.4
19.3

7
14
28
56

7
14
28
56

8

4

25

Rn (MPa)

XM

5

4

Tuổi

Cốt liệu * XM

XM
4.0
6.0
8.0

2.4

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2

1.8

1.2
0.6
0.0

Cốt liệu * Tuổi

XT

XC

XD

4

6

8

7

14

28

56

XM * Tuổi

Tuổi
7.0

14.0
28.0
56.0

2.4
1.8
1.2
0.6
0.0
XT

0.0

7
14
28
56

Hình 3.32: Biểu đồ tổng hợp Rn của
XT, XC, XD gia cố xi măng

1.4
1.2

8

7
14
28
56

4

XD

7
14
28
56
8

7
14
6
28
56

7
14
28
56
6
XC

XT

6

XM
Cốt liệu

7
14
28
56

0

Tuổi

Cường độ ép chẻ trung bình Rech (MPa)

Cường độ ép chẻ trung bình Rech (MPa)

Cốt liệu

10

7
14
4
28
56

3.3.5.2. Phân tích cường độ chịu ép
chẻ Rech
Tương tự như đã thực hiện ở
trên, cường độ chịu ép chẻ của XT,
XC, XD gia cố xi măng được thể
hiện ở Hình 3.33. Quy luật thay đổi
cũng giống như đối với Rn.

15

4.52667
4.66
6.01
6.2
4.94
5.24
6.95333
7.4
5.07667
5.54667
11.1733
12.1

20

XC

Cốt liệu

XD

4

6

8

XM

a) Ảnh hưởng các yếu tố chính
b) Ảnh hưởng tương tác
Hình 3.33: Biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố đến Rech


16
Hình 3.34 là biểu đồ tổng hợp
Biểu đồ Rech (MPa)
Độ tin cậy 95%
cường độ ép chẻ Rech theo lượng xi
măng và ngày tuổi. Ở 14 ngày tuổi
cường độ chịu ép chẻ của XC khi gia
cố 6-8% xi măng và XD gia cố 4-8%
xi măng mới cao hơn 0.4-0.45 MPa để
có thể làm lớp móng trên. XT gia cố xi
măng chỉ có thể làm lớp móng dưới.
3.3.5.3. Phân tích mô đun đàn hồi E
Hình 3.34: Biểu đồ tổng hợp Rech
Tương tự như đã thực hiện ở trên,
của XT, XC, XD gia cố xi măng
mô đun đàn hồi E của XT, XC, XD gia
cố xi măng được thể hiện ở Hình 3.35. Quy luật thay đổi cũng giống như đối với
Rn, Rech.
3.341

4

2.56

0.527
0.608
0.742
0.812
0.85
0.959
1.14333
1.41333
1.928
2.052

1

0.0633333
0.075
0.0903333
0.098
0.0686667
0.092
0.137667
0.153
0.0843333
0.124333
0.396
0.459

2

0.084

0.165
0.298
0.325
0.599
0.713
0.884333
0.890333
0.994
1.16933
1.385
1.66533

Rech (MPa)

3

0.45
0.35

XM

Tuổi

XC

7
14
8 28
56

XD

7
14
28
56
4

7
6 14
28
56

7
14
28
56
8

7
14
6
28
56

7
14
28
56
4

7
14
8 28
56

Cốt liệu * XM

XM
4.0
6.0
8.0

2000

1700
1600

Mô đun đàn hồi trung bình E (MPa)

Mô đun đàn hồi trung bình E (MPa)

Cốt liệu

XT

Cốt liệu

7
14

6 28
56

XM

7
4 14
28
56

0

Tuổi

1500
1400
1300
1200
1100
1000
900

1500

1000

500

XT

XC

XD

4

6

8

7

14

28

XM * Tuổi

Tuổi
7.0
14.0
28.0
56.0

1500

1000

500

800

Cốt liệu * Tuổi

2000

XT

XC

XD

4

6

Cốt liệu

56

8

XM

a) Ảnh hưởng các yếu tố chính
b) Ảnh hưởng tương tác
Hình 3.35: Biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố đến E

1500

1000

500

1394.18
1421.46
1468.15
1501.32
1688.18
1701.46
1794.3
1811.45
1921.41
1946.37
2050.45
2068.25

E (MPa)

2000

478.25
487.35
709.26
737.43
581.18
592.12
902.25
940.46
792.44

851.41
1319.46
1418.17

2500

1218.46
1234.12
1306.31
1324.28
1533.35
1556.4
1710.33
1750.14
1597.13
1629.13
1862.16
1936.41

Hình 3.36 là biểu đồ tổng hợp
Biểu đồ E (MPa)
mô đun đàn hồi E theo lượng xi măng
Độ tin cậy 95%
và ngày tuổi. Ở 14 ngày tuổi E của
XT khi gia cố 8% xi măng mới đạt
đến ngưỡng 600-800MPa để làm lớp
móng trên, các tỷ lệ XM khác chỉ có
thể làm lớp móng dưới. Đối với XC
và XD thì E đều đạt trên ngưỡng 600800 MPa để có thể làm lớp móng trên
kết cấu mặt đường.

3.4. Nhận xét, kết luận chương 3
Hình 3.36: Biểu đồ tổng hợp E của XT,
(1) Đã nghiên cứu xác định các
XC, XD gia cố xi măng
chỉ tiêu kỹ thuật Rn, Rech và
E của cấp phối xỉ thép, cấp phối xỉ thép + cát mịn, cấp phối xỉ thép + đá mi
800
600

7
14
28
56

7
14
28
56

7
14
28
56

8

4

XD 6

7
8 14
28
56

7
14
28
56

7
14
28
56
8

7
14
4 28
56

7
14
28
56
6

XC 6

Cốt liệu

XT

XM

7
14
4 28
56

0

Tuổi


17

(2)

(3)

gia cố xi măng và thành lập phương trình hồi quy;
Đã chứng minh hỗn hợp xỉ thép+đá mi, xỉ thép+cát mịn gia cố xi măng có
các chỉ tiêu kỹ thuật cao hơn xỉ thép thông thường gia cố cùng hàm lượng xi
măng. Trong các loại hỗn hợp thì xỉ thép+đá mi gia cố xi măng có các chỉ
tiêu kỹ thuật cao nhất;
Kiến nghị tỷ lệ xi măng hợp lý để gia cố xỉ thép từ 4% đến 6% theo khối
lượng hỗn hợp.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG SỬ DỤNG XỈ THÉP

LÀM LỚP MÓNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ
DỤNG XỈ THÉP

4.1.1. Các thông tin chung về đoạn thử nghiệm
Đoạn đường thử
nghiệm được thực hiện
trên Quốc lộ 55 thuộc tỉnh
Bà Rịa Vũng Tàu.
Đoạn thử nghiệm là
đường cũ có kết cấu mặt
đường hiện hữu từ trên
xuống dưới như sau: lớp
BTN hạt mịn dày 4 cm,
BTN hạt thô dày 6 cm; cấp
Hình4.3 Mặt đường QL 55 bị hư hỏng trước khi bóc
phối đá dăm dày 30 cm;
bỏ để thử nghiệm
nền đất đắp bằng cấp phối
sỏi đỏ (CPSĐ).
4.1.2. Thiết kế đoạn thử nghiệm
Để có cơ sở so sánh, đánh giá giữa phương án sử dụng xỉ thép với cấp
phối đá dăm làm lớp móng. Trên đoạn thử nghiệm được chia làm hai đoạn nhỏ

Hình 4.4: Kết cấu áo đường loại 1
của đoạn thử nghiệm

Hình 4.5: Kết cấu áo đường loại 2
của đoạn thử nghiệm

18
với hai phương kết cấu loại 1 và loại 2.

Hình 4.7: Sơ đồ bố trí các loại kết cấu trên
đoạn thử nghiệm

Hình 4.8 Thí nghiệm kiểm tra đoạn đường
thử nghiệm

4.1.3. Kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm
4.1.3.1. Kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm trong thời gian thi công tháng 10/2013:
 Về độ chặt (K):
 K nền cấp phối sỏi đỏ của đoạn thử nghiệm đạt giá trị trung bình là
0,987;
 K móng cấp phối đá dăm của đoạn thử nghiệm đạt giá trị trung bình là
0,985;
 K móng cấp phối xỉ thép của đoạn thử nghiệm đạt giá trị trung bình là
0,954.
 Mô đun đàn hồi hiện trường (Eđh):
 Eđh hiện trường nền cấp phối sỏi đỏ của đoạn thử nghiệm đạt giá trị
trung bình là 79,5 MPa;
 Eđh hiện trường móng cấp phối xỉ thép của đoạn thử nghiệm đạt giá trị
trung bình là 180,3 MPa;
 Eđh hiện trường móng cấp phối đá dăm của đoạn thử nghiệm đạt giá trị
trung bình là 192,5 MPa;
 Eđh hiện trường mặt BTN trên móng cấp phối xỉ thép của đoạn thử
nghiệm đạt giá trị trung bình là 198,6 Mpa;
 Eđh hiện trường mặt BTN trên móng cấp phối đá dăm của đoạn thử
nghiệm đạt giá trị trung bình là 205,4 MPa;
 Độ bằng phẳng trên mặt đường BTN:

Độ bằng phẳng được đo bằng thước 3 m theo tiêu chuẩn TCVN 8864 – 2011,
kết quả cụ thể như sau:
 Mặt đường có lớp móng là xỉ thép: 76,2 % số khe hở giữa thước và mặt
đường không vượt quá 3mm, khe hở từ 3-5mm chiếm 23,8 %. Theo tiêu chuẩn


19
hiện hành được đánh giá mức mặt đường có độ bằng phẳng rất tốt;
 Mặt đường có lớp móng là CPĐD: 79,4 % số khe hở giữa thước và mặt
đường không vượt quá 3mm, khe hở từ 3-5mm chiếm 20,6 %. Theo tiêu chuẩn
hiện hành được đánh giá mức mặt đường có độ bằng phẳng rất tốt;
4.1.3.2. Kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm sau thời gian 5 năm đưa vào
khai thác - tháng 12/2018:
 Mô đun đàn hồi hiện trường (Eđh):
 Eđh hiện trường mặt BTN trên móng cấp phối xỉ thép của đoạn thử
nghiệm đạt giá trị trung bình là 210,8 Mpa;
 Eđh hiện trường mặt BTN trên móng cấp phối đá dăm của đoạn thử
nghiệm đạt giá trị trung bình là 200,2 Mpa;
 Độ bằng phẳng trên mặt đường BTN:
 Mặt đường có lớp móng là xỉ thép: 71,4 % số khe hở giữa thước và mặt
đường không vượt quá 3mm, khe hở từ 3-5mm chiếm 28,6 %. Theo tiêu chuẩn
hiện hành được đánh giá mức mặt đường có độ bằng phẳng rất tốt;
 Mặt đường có lớp móng là CPĐD: 73,0 % số khe hở giữa thước và mặt
đường không vượt quá 3mm, khe hở từ 3-5mm chiếm 27,0 %. Theo tiêu chuẩn
hiện hành được đánh giá mức mặt đường có độ bằng phẳng rất tốt;
4.1.4. Xử lý, đánh giá kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm
4.1.4.1. Xử lý kết quả đo độ chặt bằng thống kê.
Kết quả mô đun đàn hồi trên mặt nền và các lớp móng

Kết quả độ chặt K

Độ tin cậy 95%

0.97825

0.9525

Mô đun đàn hồi (MPa)

1.0

Độ chặt K

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

200

K-XT

K-CPĐD

Hình 4.10: Biểu đồ kết quả độ chặt

180.28

192.5

150

100

79.5

50

0

K-CPSĐ

Độ tin cậy 95%

250

0.985

E-CPSĐ (MPa)

E-XT (MPa)

E-CPĐD (MPa)

Hình 4.12: Mô đun đàn hồi trên mặt nền
và các lớp móng

4.1.4.2. Xử lý kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi hiện trường bằng thống kê.
Biểu đồ kết quả mô đun đàn hồi trên bề mặt lớp nền cấp phối sỏi đỏ, lớp móng
xỉ thép và lớp móng cấp phối đá dăm như Hình 4.12. Nhận thấy các lớp móng làm
tăng đáng kể mô đun đàn hồi chung.
Tính toán theo toán đồ 22TCN 211-06 xác định được mô đun đàn hồi lớp xỉ
thép 326MPa và lớp cấp phối đá dăm 362MPa. Đây cũng là các giá trị để kiến nghị


20
mô đun đàn hồi lớp vật liệu xỉ thép
Biểu đồ mô đun đàn hồi trên mặt đường BTN (10/2013)

Biểu đồ mô đun đàn hồi trên mặt đường BTN (12/2018)

Độ tin cậy 95%

Độ tin cậy 95%

250

200

198.6

150

100

50

0

E-BTN-XT-10/2013 (MPa)

210.76

205.4

Mô đun đàn hồi (MPa)

Mô đun đàn hồi (MPa)

250

E-BTN-CPĐD-10/2013 (MPa)

Hình 4.13:: Mô đun đàn hồi trên mặt
đường BTN 10/2013

200

200.2

150

100

50

0

E-BTN-XT-12/2018 (MPa)

E-BTN-CPĐD-12/2018 (MPa)

Hình 4.15:: Mô đun đàn hồi trên mặt
đường BTN 12/2018

Hình 4.13 là biểu đồ mô đun đàn hồi trên mặt đường BTN tại thời điểm
10/2013. Nhận thấy giá trị trung bình E trên đoạn lớp móng xỉ thép đạt 198.6MPa
có nhỏ hơn E trên đoạn lớp móng cấp phối đá dăm 205,6 MPa nhưng không có sự
khác biệt.
Hình 4.15 là biểu đồ mô đun đàn hồi trên mặt đường BTN tại thời điểm
12/2018. Nhận thấy sau 5 năm sử dụng giá trị trung bình E trên đoạn lớp móng xỉ
thép đạt 210,76MPa cao hơn E trên đoạn lớp móng cấp phối đá dăm 200.2 MPa
nhưng không có sự khác biệt, có ý nghĩa thống kê theo tiêu chuẩn 2-Sample t-Test
và hệ số p-value=0,199>0,05
4.1.5. Đánh giá nhận xét
Qua kết quả thí nghiệm, đánh giá trên đoạn thử nghiệm tại hiện trường, có thể
nhận định như sau:
 Cùng một công lu lèn thì độ chặt của lớp móng cấp phối đá dăm cao hơn
độ chặt của lớp móng bằng xỉ thép;
 Với độ dày lớp móng bằng nhau, nền đường có cường độ như nhau, các
điều kiện thi công hoàn toàn giống nhau thì mô đun đàn hồi đo được trên mặt
lớp cấp phối đá dăm và trên mặt lớp móng bằng xỉ thép chênh lệch không đáng
kể;
 Sau thời gian 5 năm đưa vào khai thác thì mô đun đàn hồi không có sự
suy giảm, độ bằng phẳng của mặt đường có lớp móng là xỉ thép đạt giới hạn
cho phép; mặt đường ổn định, khai thác tốt và chưa xuất hiện hư hỏng

21
4.2. Đề xuất các kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép
Từ những kết quả nghiên cứu thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm hiện
trường ở chương 2, chương 3 và phần đầu chương đã chứng minh có thể sử dụng xỉ
thép làm các lớp móng trong xây dựng mặt đường ô tô. Phần này tiếp tục nghiên
cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để đề xuất các dạng kết cấu mặt đường điển hình
sử dụng lớp vật liệu xỉ thép đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, giảm thiểu tác động môi
trường và tiết kiệm tài nguyên.
4.2.1. Đề xuất các kết cấu mặt đường
4.2.1.1. Kết cấu mặt đường cho đường giao thông nông thôn:
Bảng 4.16 Kết cấu mặt đường cho đường giao thông nông thôn
Thông số

Kết cấu

KC1

Lớp vật liệu
BTXM đá 1x2, #>30MPa hoặc
BTXM xỉ thép, #>30MPa

18  22

Lớp tạo phẳng
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM

13

Xỉ thép 4-6% XM; hoặc
Cấp phối xỉ thép

KC2

KC3

Chiều
dày, cm

Nền đất
BTNC 12.5
BTNC 19
Lớp láng nhựa 1 hoặc 2 lớp theo
TCVN 8863:2011
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
hoặc Cấp phối xỉ thép
Xỉ thép 4-6% XM; hoặc
Cấp phối xỉ thép
Nền đất
Lớp láng nhựa 3 lớp theo TCVN
8863:2011
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
hoặc Cấp phối xỉ thép
Cấp phối xỉ thép

16  18

14  18

45
67
1.52.5
14  18
15  30

3.03.5
14  18
15  30

Nền đất

KC4

BTXM đá 1x2, #25-30MPa hoặc
BTXM xỉ thép, #25-30MPa

18  20

Phạm vi áp dụng

Thiết kế theo 3230/QĐBGTVT
Lưu lượng xe thiết kế (Nn),
100  200 xqđ/nđ
Áp dụng cho đường có tỷ lệ
xe nặng (trục lớn hơn 6000
Kg) lớn hơn 10 %

Thiết kế theo 22TCN 21106 hoặc 22TCN 274-01
Lưu lượng xe thiết kế (Nn),
100  200 xqđ/nđ
Áp dụng cho đường có tỷ lệ
xe nặng (trục lớn hơn 6000
Kg) ≤ 10 %

Thiết kế theo 22TCN 21106 hoặc 22TCN 274-01
Lưu lượng xe thiết kế (Nn),
100  200 xqđ/nđ
Áp dụng cho đường có tỷ lệ
xe nặng (trục lớn hơn 6000
Kg) ≤ 10 %
Thiết kế theo 3230/QĐBGTVT


22
Thông số

Kết cấu

Lớp vật liệu
Lớp tạo phẳng
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
Cấp phối xỉ thép

Chiều
dày, cm
13

16  18
15  18

Phạm vi áp dụng
Lưu lượng xe thiết kế (Nn),
50  100 xqđ/nđ
Áp dụng cho đường có tỷ lệ
xe nặng (trục lớn hơn 6000
Kg) ≤ 10 %

Nền đất

KC5

BTXM đá 1x2, #25MPa hoặc
BTXM xỉ thép, #25MPa
Lớp tạo phẳng
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
Cấp phối xỉ thép

16  18
13
14  16
14  16

Nền đất

Thiết kế theo 3230/QĐBGTVT
Lưu lượng xe thiết kế (Nn),

<50 xqđ/nđ
Áp dụng cho đường có tỷ lệ
xe nặng (trục lớn hơn 6000
Kg) ≤ 10 %

4.2.1.2. Kết cấu mặt đường cho đường ô tô
.Bảng 4.17: Kết cấu mặt đường cho đường ô tô
Thông số
Kết cấu
KC6

KC7

Lớp vật liệu
BTNC 12.5
BTNC 19
Lớp láng nhựa 1 hoặc 2 lớp theo
TCVN 8863:2011
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
Xỉ thép 4-6% XM; hoặc
Cấp phối xỉ thép
Nền đất
BTXM # fr=4.5  5.0 MPa hoặc
BTXM xỉ thép, fr=4.5  5.0 MPa
Lớp tạo phẳng
Xỉ thép+Cát mịn 6% XM; hoặc
Xỉ thép+Đá mi 4-6% XM
Xỉ thép 4-6% XM; hoặc
Cấp phối xỉ thép

Nền đất

Chiều dày,
cm
56
78
1.52.5
15  20

Phạm vi áp dụng
Cấp cao A1
Thiết kế theo 22TCN
211-06 hoặc 22TCN
274-01
Mô đun đàn hồi yêu
cầu 140  160 MPa

16  35
20  25
13
16  25

Thiết kế theo 3230/QĐBGTVT
Quy mô giao thông
mức nặng trở xuống

15  30

4.2.1.3. Kết cấu mặt đường cho đường ô tô cao tốc, đường chịu tải trọng nặng
Các kết cấu áp dụng cho đường ô tô cao tốc, đường chịu tải trọng nặng được

dẫn Bảng 4.1. Các lớp cấp phối xỉ thép chỉ làm lớp móng dưới.