CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG NHỰA NÓNG 1. Khảo sát, đánh giá nguồn hạt xỉ nhà máy thép khu vực Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu: Sắt thép phế 1. Nguồn gốc, trữ lượng Đất cát [1]: Điện Chuẩn bị liệu Chất phi kim loại Tiếng ồn Xỉ là phế thải trong công Nạp liệu nghiệp luyện kim, làm phế phẩm Khí thải trong quá trình sản xuất kim loại từ Điện Nấu chảy Bụi Điện cực Chất tạo xỉ Hơi nước quặng sắt hay quá trình tinh chế VL đầm lò Chất thải rắn Gas Dầu mỡ kim loại không nguyên chất. Trong Oxy Ra thép Tiếng ồn Dầu mỡ Nhiệt độ cao Nước quặng sắt thường có lẫn những tạp Tinh luyện chất sét và cát nên khi sản xuất Điện Bụi Chất thải rắn Dầu, mỡ Hơi nước người ta thường cho vào cùng với Nước Đúc liên tục Tiếng ồn Nhiệt độ cao quặng sắt một hàm lượng đá vôi Sản phẩm thích hợp nhất định vào lò nung.1 Quy trình sản xuất thép lò điện hồ quang Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie.
Xỉ thép được nấu chảy ở nhiệt độ 1400 – 1600oC. Ở nhiệt độ này các hợp chất nóng chảy hoàn toàn. Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên. Người ta tháo ra ngoài và gọi là xỉ.
Hiện nay, ở tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu có hai nhà máy thép đi vào hoạt động là Nhà máy thép Thép Việt thuộc Công ty Cổ phần Thép Thép Việt, công suất 500.000 tấn phôi luyện/năm và 500.000 tấn thép cán/năm; Nhà máy thép Phú Mỹ thuộc Công ty Thép Miền Nam, công suất 800.000 tấn phôi luyện/năm và 400. Hai nhà máy này đều được đặt tại KCN Phú Mỹ I, huyện Tân Thành. Qua khảo sát thực tế tại hai nhà máy này, hàng ngày khối lượng xỉ lò từ quá trình luyện thép và xỉ thép từ quá trình cán vào khoảng 700 tấn/ngày. Trong đó, Nhà máy thép Thép Việt 300 tấn/ngày (90.000tấn/năm), Nhà máy thép Miền Nam: 400 tấn/ngày (120.
Căn cứ vào quy hoạch phát triển các nhà máy thép trên địa bàn tỉnh, nếu 16 dự án thép cùng đi vào hoạt động, khối lượng xỉ thép sẽ tăng lên rất nhiều, ước tính khoảng Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Du 10 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2. A Khí thải Tiếng ồn Thép phế Gang lỏng Gang thỏi Phôi thép Vôi Quá trình sản xuất thép Than bằng lò điện hồ quang Điện cực Vật liệu chịu lửa Điện, gas Oxi Xỉ Nước thải Hình 1.2 Nguyên nhiên liệu sử dụng và các phát thải môi trườngcủa ngành sản xuất thép lò điện 2.5 kg CO 120 kg CO2 60 g SO2 0.5 kg NOx 165 kg bụi Nhiệt thải 1130 kg thép phế 14 kg hợp kim 100 kg chất trợ dung 15 kg than cốc (450 MJ) 1 tấn thép 3,5 kg điện cực (120 MJ) sản phẩm 572 kwh (55 GJ) 205 MJ oxi 1.3 GJ gas 4 m3 nước 165 kg xỉ 2 m3 nước thải 19 kg bụi lò 16 kg vảy oxit sắt 2.5 kg bùn lắng 17 kg vật liệu chịu lửa 0.8 kg dầu 3 kg chất khác Hình 1.3 Nguyên nhiên liệu sử dụng và các phát thải môi trường của công nghệ luyện thép lò điện trung bình 1. Chất lượng xỉ thép [3] : 1.
Tính chất hóa học: Xỉ thép chứa 4 oxit chính, cụ thể là: CaO, MgO, SiO2, Al2O3. Còn có phần nhỏ chứa lưu huỳnh, sắt, mangan, kiềm…Thành phần hóa học của xỉ khi chụp X-ray như bảng sau: Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Du 11 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Bảng 1.1 - Bảng thành phần hóa của xỉ thép (TFHRC) Thành phần Tỷ lệ ( theo TFHRC) Tỷ lệ (theo NSA) CaO 40 – 52 42 SiO2 10 – 19 15 10 – 40 FeO 24 (70-80% FeO, 20-30% Fe2O3) MnO 5–8 5 MgO 5 – 10 8 Al2O3 1–3 1–5 P2O5 0. Tính chất vật lý: Cốt liệu xỉ thép khá góc cạnh, hình dáng hạt tròn hoặc dài.
Xỉ thép có trọng lượng riêng lớn và độ hút nước nhỏ hơn 3%. Khối lượng riêng của cốt liệu xỉ thép cao nhưng ngoài những đặc trưng này thì những tính chất vật lý còn lại của cốt liệu xỉ thép tốt hơn so với cốt liệu đá tự nhiên. Dưới đây là liệt kê một số tính chất đặc trưng của xỉ thép (GeoPave, 1993): - Xỉ thép thì cứng và bền - Hình dáng hạt góc cạnh vì vậy các hạt có thế sắp xếp đan vào nhau tốt. - Chịu được mài mòn và va chạm tốt.2 - Tính chất vật lý của xỉ thép (TFHRC nhận được năm2008) Tính chất vật lý Giá trị Tỷ trọng 3.6 Khối lượng riêng khô (kg/m3) 1600 – 1920 Độ hút nước <3% Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS.
Nguyễn Văn Du 12 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1. Tình hình sử dụng hạt xỉ nhà máy thép làm cốt liệu cho bêtông nhựa nóng 1. Ở Việt Nam : Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật của Trần Hữu Bằng – Lớp cao học đường ôtô & thành phố K17 đã nghiên cứu đề tài về sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng trong bê tông xi măng [2]. Kết quả nghiên cứu cho thấy xỉ hạt hoá có nhiều đặc tính ưu việt xét dưới góc độ làm phụ gia khoáng đáp ứng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260-1997 về phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng, để sản xuất xi măng và bê tông.
Có thể dùng xỉ với tỷ lệ 10%, 12% để thay thế clinke trong sản xuất xi măng PCB40 góp phần giải quyết tình trạng thiếu clinke trong sản xuất xi măng hiện nay. Mới đây nhất, luận văn cao học của Nguyễn Phi Sơn (9-2011) do TS. Trần Văn Miền Đại Học Bách Khoa TP HCM hướng dẫn đã nghiên cứu về khả năng sử dụng xỉ thép thay thế đá dăm trong cấp phối bê tông nhựa thông thường [3]. Thí nghiệm được tiến hành trên các mẫu thử chế tạo theo phương pháp Marshall.
Trong nghiên cứu này tác giả tập trung nghiên cứu vào các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu sử dụng trong bê tông nhựa như cường độ nén dập, độ hao mòn LosAngeles (LA) cũng như các tính chất của bê tông nhựa được quy định trong TCVN 249–98 như: Dung trọng, độ ổn định, độ dẻo, cường độ nén, thương số Marshall, độ đàn hồi…nhằm đánh giá hiệu quả khi sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu thay thế. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, cốt liệu xỉ sắt có cường độ nén đập xi lanh là 800Mpa, độ hao mòn Los-angles là 19. Bê tông nhựa sử dụng cốt liệu xỉ sắt thì có độ ổn định 1h trong khoảng 17-23KN, độ ổn định 24h trong khoảng 13-22KN, cường độ nén trong khoảng 80-90 Mpa, modun đàn hồi lớn hơn 7 (KG/cm2) với bê tông nhựa sử dụng cấp phối hạt mịn và lớn hơn 11(KG/cm2) với bê tông nhựa sử dụng cấp phối hạt trung. Các kết quả này đều phù hợp với tiêu chuần hiện hành về cốt liệu cho bê tông nhựa và bê tông nhựa.
Về cơ bản, khi sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu trong BTAP thì hàm lượng nhựa tăng, độ rỗng không khí giảm, độ dẻo giảm, độ ổn định tăng, cường độ tương đương và khả năng chống biến dạng, modun đàn hồi tốt hơn so với BTAP sử dụng đá. Điều này có nghĩa là hoàn toàn sử dụng xỉ sắt làm cốt liệu thay thế đá BTAP. Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Du 13 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Từ các kết quả thí nghiệm, tác giả đã đi đến kết luận rằng cốt liệu xỉ thép đáp ứng được các yêu cầu về cốt liệu sử dụng cho bê tông nhựa, khả năng ứng dụng vào thực tế rất lớn.
Một số công trình sử dụng xỉ thép làm vật liệu ở việt nam [1]: - Đường tạm dẫn vào cảng POSCO - Công trình nhà máy sản xuất nhôm định hình toàn cầu - Nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS – VINA - Công trình nhà xưởng Ba Con Cò - Công trình kho ngoại quan Thorensen Vinama Hình 1.4 Đường tạm dẫn vào cảng POSCO Hình 1.5 Công trình nhà máy sản xuất nhôm định hình toàn cầu Hình 1.6 Công trình nhà xưởng Ba Con Cò Hình 1.7 Nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS – VINA Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Du 14 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 1.8 Công trình kho ngoại quan Thorensen Vinama Hình 1.9 Khảo sát xỉ ở Bà Rịa – Vũng Tàu Lớp: Cầu Đường Anh K49 GVHD: ThS. Nguyễn Văn Du 15 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nhận xét: - Xỉ thép cho thấy chúng là một loại vật liệu tiềm năng thay thế cho các vật liệu tự nhiên trong tương lai. - Tuy nhiên các nghiên cứu về ứng dụng của xỉ thép chưa nhiều.
Xỉ thép vẫn còn bị coi là vật liệu phế thải và đem đi chôn lấp hoặc đổ đống. - Ở Việt Nam hiện nay chỉ mới có hai tiêu chuẩn về sử dụng xỉ trong sản xuất xi măng, vẫn chưa có tiêu chuẩn nào về việc sử dụng xỉ trong xây dựng đường nên các nhà máy sản xuất và sử dụng xỉ đều dưới hình thức “sản xuất và sử dụng chui”. Trên thế giới: 1.1 Kinh nghiệm sử dụng xỉ thép trong bê tông nhựa ở Italia [11]: Việc sử dụng xỉ trong việc thay thế các cốt liệu trong bê tông nhựa là một thực tế trong lĩnh vực xây dựng đường từ nhiều năm nay. Các tác giả ở Itaty trình bày một nghiên cứu thực nghiệm dựa trên các đặc điểm thành phần, đặc tính và đặc trưng cơ học của hỗn hợp bê tông nhựa chứa xỉ EAFS (Electric Arc Furnace Steel slag) cho mặt đường mềm.
Các nghiên cứu đã xác nhận rằng việc sử dụng các vật liệu phế thải từ sản xuất thép làm cốt liệu của bê tông nhựa là một lựa chọn thỏa đáng, đáp ứng được mục tiêu "không chất thải" mà ngành công nghiệp sắt thép đã hướng tới trong hàng thập kỷ qua. Các kết quả thử nghiệm là thỏa mãn với tiêu chuẩn cho tất cả các mẫu thiết kế bê tông nhựa xỉ, với các giá trị tốt của tính ổn định Marshall và độ bền kéo gián tiếp. Các mô phỏng FEM tiến hành đã chứng minh được sức kháng tốt ứng suất thường trực của mặt đường với kết cấu áo đường là nhựa đường với xỉ thép EAF.2 Kinh nghiệm sử dụng xỉ thép ở Croatia [12] Trong giai đoạn từ 1959 đến 1976 ở Ironworks Sisak (ngày nay là CMC Sisak), Croatia, xỉ lò cao đã được sử dụng cho việc sản xuất xi măng, được sử dụng để sản xuất gạch với các kích thước khác nhau.