BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
-----------------

KHẢI QUỐC BÌNH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG
SẢN XUẤT VỮA CƯỜNG ĐỘ THẤP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đồng Nai, năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
-----------------

KHẢI QUỐC BÌNH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG
SẢN XUẤT VỮA CƯỜNG ĐỘ THẤP
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã ngành:
8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Lê Đức Hiển


Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng
như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và
chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trường đại học Lạc Hồng không
liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá
trình thực hiện (nếu có).

Tác giả

Khải Quốc Bình


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của Xỉ thép ........................................................... 7
Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của Xỉ thép ................................................................... 7
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ thực hiện thí nghiêm .................................................................. 20
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng PC40 ............................................... 21
Bảng 3.2: Khối lượng riêng xỉ thép dùng trong thí nghiệm .................................. 22
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu kỹ thuật của Xỉ thép ......................................................... 23
Bảng 3.4: Khối lượng thể tích xốp của cát ........................................................... 23
Bảng 3.5: Các chỉ tiêu kỹ thuật của Cát mịn ......................................................... 23
Bảng 3.6: Tính tiasn cấp phối ................................................................................ 25
Bảng 4.1: Độ sụt của cấp phối vữa CLSM Loại I.................................................. 42
Bảng 4.2: Độ sụt của cấp phối vữa CLSM Loại II ................................................ 43
Biểu đồ 4.1: Độ sụt của cấp phối vữa CLSM Loại II ............................................ 44
Bảng 4.3: Mẫu nén của cấp phối vữa CLSM Loại I .............................................. 45
Bảng 4.4: Mẫu nén của cấp phối vữa CLSM Loại II ............................................. 47
Bảng 4.5: Cường độ nén của 2 loại cấp phối vữa CLSM……………………… ..49

2.7. Các chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản của vữa cường độ thấp (CLSM):.......... 18
2.7.1 Độ sụt: ........................................................................................... 18
2.7.2 Cường độ: ..................................................................................... 19
2.7.3 Vận tốc truyền sóng UPV: ............................................................ 20
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM ........................................... 21


3.1. Vật liệu sử dụng nghiên cứu trong đề tài. .............................................. 23
3.1.1. Xi măngPortland: ......................................................................... 23
3.1.2. Cát sông: ...................................................................................... 23
3.1.3. Xỉ thép:......................................................................................... 24
3.1.4. Nước............................................................................................. 26
3.2. Đề xuất cấp phối hỗn hợp vữa CLSM ............................................ 27
3.3. Chương trình thí nghiệm. ....................................................................... 29
3.3.1. Xác định độ linh động (độ sụt) của vữa CLSM. .......................... 30
3.3.2. Xác định cường độ chịu nén của vữa CLSM ............................... 36
3.3.3. Xác định vận tốc sóng siêu âm của vữa CLSM ........................... 46
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .............................. 50
4.1. Thí nghiệm độ sụt:.................................................................................. 50
4.2. Xác định cường độ chịu nén của vữa CLSM: ........................................ 52
4.3. Xác định vận tốc sóng siêu âm của vữa CLSM: .................................... 59
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................... 62
5.1. Kết luận. ................................................................................................. 62
5.2. Hướng phát triển..................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO


1

CHƯƠNG 1

Tình hình xỉ thép tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu
Theo thống kê trên địa bàn Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu hiện có 6 nhà máy thép đang
hoạt động với tổng công suất 4,5 triệu tấn/năm. Năm 2017, khối lượng bụi lò thép phát
sinh trong khoảng 42.190 tấn, trong đó đã chuyển cho Công ty cổ phần kim loại màu
Việt Bắc (tỉnh Thái Nguyên), Công ty TNHH khai thác chế biến xuất nhập khẩu khoáng
sản Việt Nam (tỉnh Hải Dương) và Công ty TNHH Siam City Cement Việt Nam (tỉnh
Kiên Giang) xử lý khoảng 40.330 tấn. Hiện khối lượng bụi lò thép đang lưu giữ tại các
nhà máy chờ xử lý khoảng 1.860 tấn.
Các nhà máy luyện phôi thép trên địa bàn tỉnh đang hoạt động đều có công suất
luyện hơn 200.000 tấn/năm; Theo quy định của Chính phủ các nhà máy này phải bảo
đảm các tiêu chí vận chuyển và xử lý bụi lò, trong khi đó các nhà máy xử lý bụi lò hiện
tại chưa đáp ứng đủ công suất nên có những thời điểm lượng bụi lò tồn đọng với khối


3

lượng hàng chục ngàn tấn tại các nhà máy trên địa bàn tỉnh, tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây
tác động xấu đến môi trường.
Việc tồn tại xử lý xỉ thép và bụi lò trong thời gian qua trên địa bàn tỉnh với khối
lượng lớn là do một phần trách nhiệm của các chủ đầu tư chưa quan tâm, thực hiện đầy
đủ trách nhiệm đối với chủ nguồn thải theo quy định của pháp luật về bảo vệ môi trường.
Nguyên nhân khác là do những năm qua tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu phát triển quá nhanh về
lĩnh vực luyện thép. Theo đó, trước năm 2012, tỉnh chỉ có 3 nhà máy hoạt động, công
suất luyện thép khoảng 1,25 triệu tấn/năm. Sau năm 2012 đến nay, có 6 nhà máy hoạt
động với công suất luyện thép 4,5 triệu tấn/năm. Do vậy, tỉnh bị động, không đủ điều
kiện tổ chức xử lý chất thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của ngành thép.

(Nguồn: tài liệu của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, tỉnh BR-VT)



nhỏ chất kết dính (xi măng Portland).Khả năng tự lèn chặt, tự chảy, cường độ nén thấp và
hầu như không bị lún sau khi đạt cường độ là các đặc tính đáng chú ý của loại vữa này.
Theo ACI 229 thì vữa CLSM có cường độ bé hơn 8.3 MPa và cao hơn cường độ của cát
đầm chặt (0.3 - 0.7 MPa). Ngoài ra, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy rằng, CLSM có
cường độ bé hơn 1.4 MPa sẽ phù hợp với những ứng dụng đắp cho các bộ phận có thể
đào lên được trong tương lai bằng những dụng cụ giản đơn, (Nguồn tài liệu từ tác giả Lê
Đức Hiển “sử dụng vữa thân thiện với môi trường”).
2.2. Thành phần vật liệu chế tạo vữa cường độ thấp có kểm soát (CLSM)
2.2.1. Xi măng
Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra
cường độ cho vữa CLSM.Chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết
định cường độ chịu lực của vữa CLSM. Để chế tạo bê tông ta có thể dùng xi măng
pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng
pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng
khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm.
Khi sử dụng xi măng để chế tạo vữa CLSM, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt
quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu
cầu kinh tế.


6

2.2.2. Nước
Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm
cho cường độ của vữa CLSM.Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công
được dễ dàng.Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước
giếng.
Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa
dầu mỡ, đường, nước có độ pH < 4, nước có chứa lượng hợp chất hữu cơ vượt quá
15mg/l, độ pH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5.

16.3

2

Aluminium oxide, Al2O3

6.07

3

Ferric Oxide, Fe2O3

39.2

4

Calcium oxide, CaO

28.9

5

Magie oxide, MgO

1.68

6

Sulfur trioxide, SO3



ZnO

0.323

12

SrO

0.0781

(Nguồn: tài liệu của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, tỉnh BR-VT)
Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của Xỉ thép.
Các tính chất

Chỉ tiêu

Các tính chất Vật Lý
Khối lượng riêng (g/cm3)

3.12

Độ hút nước (%)

0.85

Hàm lượng bụi bùn sét (%)

0.12


2.4. Các ứng dụng của vật liệu (CLSM)
Ứng dụng làm lớp hoàn trả: Sau khi thi công xong các công trình mới, cần sử dụng
các vật liệu có cường độ thấp để đổ đầy vào các rãnh, lỗ hoặc hốc khác nhau để hoàn trả
hiện trạng. Đối với việc lấp đầy tường chắn, cần phải tính đến lực nén ngang thì CLSM là
lựa chọn hợp lí vì nó có thể được thi công từng lớp và sau khi đông cứng thì mới thi công
lớp tiếp theo. Vào năm 1998, ở thành phố Peoria, Illinois, đã thử dùng CLSM như là một
vật liệu lấp đầy các rãnh sâu của nền đường xen kẽ với đất. CLSM đã được dẫn vào
những rãnh có độ sâu tới 9 feet. Sau đó từ kết quả thử nghiệm, thành phố Peoria đã thay
đổi quy trình hoàn trả hiện trạng và yêu cầu việc sử dụng CLSM trong việc lấp các rãnh
của đường phố .


10

(Nguồn: Sưu tầm của tác giả)
Hình 2.2: Sử dụng CLSM trong việc lấp các rãnh của đường phố.
Ứng dụng làm đặc cấu trúc: CLSM có thể được sử dụng cho việc gia cườngnền
móng. Lực nén có thể dao động từ 100 – 1200 psi, tuỳ thuộc vào ứng dụng.Trong trường
hợp ở vùng đất yếu, nó có thể phân bổ tải trọng của công trình lên vùng đất yếu được
diện tích rộng hơn. Với phần đất dưới chân móng bị gồ ghề không định hình thì vật liệu
CLSM có thể tạo nên bề mặt phẳng và theo hình dáng nhất định. Cường độ nén sẽ thay
đổi tuỳ thuộc vào những yêu cầu của công trình.Vì có cường độ, CLSM có thể làm giảm
bớt được độ dày cần thiết hay những cường độ yêu cầu của những bệ móng.

(Nguồn: Sưu tầm của tác giả)
Hình 2.3: Sử dụng CLSM trong việc làm đặc cấu trúc.
Ứng dụng làm xốp cách nhiệt và điền cách ly: CLSM có khối lượng thể tíchthấp nói
chung được sử dụng cho các ứng dụng này. CLSM được sử dụng để tạo thành tấm xốp.



của xỉ thép có thể được kể đến như sau:
2.5.1.1. Thay thế cốt liệu cho bê tông xi măng
Xỉ thép có chứa thành phần hóa học tương tự như xi măng Portland mặc dù tỷ lệ các
chất khác nhau. Chính vì vậy, xỉ thép có thể được sử dụng trong xi măng Portland và
trong bê tông.
Tùy vào ứng dụng cụ thể, hàm lượng xỉ thép thay thế trong xi măng Portland có thể
đạt từ 20 - 50%. Sử dụng xỉ thép trong bê tông cũng có ưu điểm, vì xỉ thép làm cho bê
tông tăng tính ổn định nhiệt, kháng sulfate, nước biển và clo và các tính chất này khó có
thể tìm thấy được khi dùng xi măng Portland.

(Nguồn: Nghiên cứu của Manso năm 2004)
Hình 2.5: Bê tông cốt liệu xỉ thép.


13

Nghiên cứu của Manso năm 2004 cho thấy, xỉ thép được nghiền không tạo ra đủ các
cốt liệu mịn, điều này dẫn đến hỗn hợp bê tông có mật độ cao và nặng. Thêm vào đó,
lượng nước cần cho quá trình trộn sẽ nhiều hơn do xỉ có độ rỗng lớn. Ngoài ra, bê tông
dùng xỉ thép có độ thấm nước thấp và chống mài mòn cao và việc chế tạo được bê tông
chất lượng cao từ xỉ thép là hoàn toàn có thể nếu loại bỏ được độ trương nở của xỉ.
Trong một nghiên cứu, Patel đã chỉ ra rằng, việc thay thế cốt liệu tự nhiên bằng xỉ
thép với hàm lượng không vượt quá 75% không gây ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất
cơ bản của bê tông.
Qasrawi năm 2009, nghiên cứu sử dụng xỉ thép phế thải không và có hàm lượng
CaO thấp, hầu như không qua xử lý chất hoạt tính, làm cốt liệu nhỏ thay cát trong bê
tông. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng xỉ thải với hàm lượng 30% - 50%, cường
độ chịu nén và cường độ chịu kéo của bê tông tăng tương ứng 1,2 và 1,4 lần. Ngoài ra, độ
sụt của bê tông giảm xuống, còn khối lượng thể tích tăng khi hàm lượng xỉ thép sử dụng
tăng lên.

năng tính kiềm của các chất rò rỉ từ xỉ thép cao, vượt trên 11 độ pH. Nồng độ pH quá cao
của chất rò rỉ có thể ăn mòn cống rãnh và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái nước xung
quanh khu vực xây dựng đường. Chính vì vậy, cần có các nghiên cứu xác định nồng độ
pH của chất rò rỉ từ xỉ thép trước khi đưa vào sử dụng cho móng và nền đường.

2.5.1.3. Xỉ thép cho bê tông nhựa.
Từ những năm từ 1990, xỉ thép đã được sử dụng cho bê tông nhựa tại Úc, Mỹ. Ưu
điểm của xỉ thép so với các loại vật liệu đá tự nhiên là bề mặt có độ nhám cao và cường
độ chịu lực tốt.
Nghiên cứu của Ali và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng, bê tông nhựa có mô-đun đàn
hồi và cường độ chịu nén tăng, ít biến dạng và ít bị ảnh hưởng bởi nước hơn khi hàm
lượng xỉ thép trong hỗn hợp tăng. Ngoài ra, bê tông nhựa sử dụng 100% cốt liệu xỉ thép
yêu cầu lượng nhựa cao hơn so với cốt liệu đá tự nhiên là 25%. Điều này có thể được lý
giải bởi xỉ thép có độ rỗng lớn hơn cốt liệu tự nhiên.
Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến khả năng giãn nở thể tích của xỉ thép tác
động đến quá trình làm việc của bê tông nhựa trong thực tế. Chính vì vậy, một số nghiên
cứu đã được tiến hành nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc giãn nở thể tích của xỉ đến quá
trình làm việc của bê tông nhựa. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi có tác động của
nước hàm lượng vôi trong xỉ cao gây nứt mặt đường bê tông nhựa do xỉ thép bị giãn nở.
Nghiên cứu cũng đã kiến nghị cần có bộ quy định thí nghiệm phù hợp để kiểm tra độ
trương nở của xỉ trước khi đưa vào sử dụng.

2.5.1.4. Xỉ thép cho công trình thủy lợi


16

Ở Đức, khoảng 400.000 tấn xỉ được sử dụng mỗi năm để làm ổn định lòng sông và
bờ kè sông để chống lại xói mòn.Còn ở Nhật Bản, Hiệp hội xỉ Nippop đã phát triển công
nghệ sử dụng xỉ như một loại vật liệu xử lý đất ở các công trình cảng từ những năm 1993.

Kết quả nghiên cứu của TS. Trần Văn Miền cho thấy, ở cùng một hàm lượng nhựa
hấp phụ thì dung trọng của bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép cao hơn đáng kể so với bê tông
nhựa cốt liệu đá dăm. Xu hướng này đúng cho cả cốt liệu hạt mịn và cốt liệu hạt trung sử
dụng cho bê tông nhựa. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, độ ổn định và cường độ chịu nén
của bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép cao hơn của bê tông nhựa cốt liệu đá dăm.
Nghiên cứu của ThS. Nguyễn Văn Du cho thấy, chỉ số dẻo của bê tông nhựa cốt
liệu xỉ thép thấp hơn bê tông nhựa cốt liệu đá dăm, còn các đặc trưng thể tích của chúng ở
cùng một cấp phối tương đương nhau. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, bê tông nhựa
cốt liệu xỉ thép có khả năng kháng lún vệt bánh xe tốt.
Kết quả nghiên cứu của tác giả Trần Hữu Bằng cho thấy, cường độ của của bê tông
xi măng phụ gia khoáng xỉ thép có tốc độ phát triển thấp hơn so với bê tông xi măng
thông thường và hàm lượng phụ gia khoáng xỉ thép càng cao thì cường độ bê tông xi
măng càng giảm.
Tuy các nghiên cứu ở trên mới chỉ được thực hiện ở trong phòng thí nghiệm, nhưng
đã bước đầu cho thấy được khả năng sử dụng xỉ thép trong lĩnh vực xây dựng công trình
giao thông là rất lớn.


18

2.6. Thiết kế cấp phối chế tạo vữa cường độ thấp (CLSM):
Thiết kế cấp phối hỗn hợp vữa CLMS với lượng chất kết dính khác nhau (chẳng
hạn: 80 kg/m3, 100 kg/m3 và 130 kg/m3, ký hiệu theo thứ tự nhóm A, B và C được tạo ra
trong phòng thí nghiệm);
Ở mỗi cấp phối hỗn hợp vữa CLMS, tỷ lệ xỉ thép sử dụng thay thế: 0% (so sánh),
50% và 100%;
Mỗi cấp phối hỗn hợp vữa CLMS được đúc thành các tổ mẫu trụ tròn 100 x 200
mm;
Thực hiện xác định các tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp vữa CLMS khi ướt và
khi khô cứng. Thí nghiệm cường độ chịu nén của hỗn hợp vữa CLMS cho mỗi cấp phối