Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Ứng dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô

• Tác giả: Mai Hoàng Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Lã Văn Chăm
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu trong xây dựng đường ô tô
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ XỈ THÉP VÀ SỬ DỤNG XỈ THÉP TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ
• 1.1.1. Khái niệm về xỉ thép
• 1.1.2. Quá trình hình thành xỉ thép
• 1.1.3. Hiện trạng công nghệ ngành thép tại Việt Nam
• 1.1.4. Quá trình hình thành xỉ thép từ lò điện hồ quang
• 1.1.5. Công nghệ xử lý xỉ thép
• 1.1.6. Các kết quả nghiên cứu về xỉ thép ở nước ngoài
• 1.1.7. Tính chất hóa học
• 1.1.8. Các nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm kết cấu móng đường ô tô ở nước ngoài
• 1.1.9. Các kết quả nghiên cứu về xỉ thép ở trong nước
• 1.1.10. Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết
• 1.1.11. Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu
• 1.1.12. Phương pháp nghiên cứu
• 1.1.13. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ, HÓA CỦA XỈ THÉP SAU KHI TÁI CHẾ
• 2.1. Phân tích, đánh giá thực trạng về xỉ thép tại các nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu
• 2.1.1. Về tình hình sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu
• 2.1.2. Các khó khăn trong việc xử lý chất thải rắn tạo ra từ các nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu
• 2.2. Những vấn đề tồn tại từ việc ứng xử, sử dụng xỉ thép
• 2.3. Nghiên cứu về các đặc tính của xỉ thép tại các nhà máy sản xuất thép ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu
• 2.3.1. Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm
• 2.3.2. Các chỉ tiêu của xỉ thép được nghiên cứu
• 2.3.3. Kết quả thí nghiệm
• 2.3.4. Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm
• 2.3.5. Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm
• 2.3.6. Nhận xét kết quả thiết kế thí nghiệm
• 2.3.7. So sánh, đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép với cấp phối đá dăm làm móng đường
• 2.3.8. Nhận xét, đánh giá thành phần hóa học của xỉ thép
• 2.3.9. Nhận xét, đánh giá về ảnh hưởng đến môi trường của xỉ thép
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT XỈ THÉP GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ
• 3.1. Nghiên cứu cơ sở khoa học sử dụng vật liệu xây dựng mặt đường
• 3.1.1. Khái niệm chung về gia cố vật liệu
• 3.1.2. Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng
• 3.1.3. Cơ sở lý thuyết và tính toán thành phần phối hợp giữa các loại vật liệu
• 3.1.4. Vật liệu dùng trong các giải pháp gia cố
• 3.1.5. Phương pháp tính toán lựa chọn tỷ lệ phối trộn để cải thiện đường cấp phối hạt của xỉ thép
• 3.1.6. Lựa chọn tỷ lệ phối hợp giữa xỉ thép và cát mịn
• 3.1.7. Lựa chọn tỷ lệ phối hợp giữa xỉ thép và đá mi
• 3.2. Thực nghiệm trong phòng các giải pháp xỉ thép gia cố xi măng, xỉ thép phối trộn cát mịn hoặc đá mi gia cố xi măng
• 3.2.1. Phương pháp tạo mẫu thí nghiệm
• 3.2.2. Các thí nghiệm thực hiện trong phòng
• 3.2.3. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép gia cố xi măng
• 3.2.4. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép/cát mịn (tỷ lệ 80/20) + gia cố xi măng
• 3.2.5. Phân tích kết quả thí nghiệm xỉ thép/ đá mi (tỷ lệ 70/30) + gia cố xi măng
• 3.2.6. Phân tích, so sánh các giải pháp sử dụng xỉ thép gia cố xi măng
• 3.2.7. Nhận xét, kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: 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. Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đoạn đường thử nghiệm
• 4.1.1. Các thông tin chung về đoạn thử nghiệm
• 4.1.2. Thiết kế đoạn thử nghiệm
• 4.1.3. Thi công đoạn thử nghiệm
• 4.1.4. Nội dung thí nghiệm kiểm tra đoạn thử
• 4.1.5. Kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm
• 4.1.6. Xử lý, đánh giá kết quả thí nghiệm kiểm tra đoạn thử nghiệm
• 4.1.7. Đánh giá nhận xét
• 4.2. Đề xuất các kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép
• 4.2.1. Nguyên tắc đề xuất kết cấu mặt đường
• 4.2.2. Phạm vi áp dụng kết cấu mặt đường
• 4.2.3. Lựa chọn phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường
• 4.2.4. Thông số về vật liệu
• 4.2.5. Đề xuất các kết cấu mặt đường
• 4.2.6. Tính toán kết cấu mặt đường
• 4.2.7. Công nghệ thi công, khai thác kết cấu mặt đường sử dụng vật liệu xỉ thép
• 4.2.8. Nhận xét, kết luận Chương 4
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về xỉ thép và ứng dụng trong xây dựng đường ô tô

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về xỉ thép, quá trình hình thành, và hiện trạng công nghệ ngành thép tại Việt Nam. Xỉ thép là sản phẩm phụ từ quá trình luyện thép, đặc biệt từ lò điện hồ quang. Tại khu vực Bà Rịa Vũng Tàu, lượng xỉ thép được tạo ra từ các nhà máy thép ước tính khoảng 0,3 - 0,5 triệu tấn/năm. Việc tái chế và sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô không chỉ giúp giảm chi phí xử lý chất thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng xỉ thép có thể được sử dụng làm vật liệu thay thế cho đá dăm trong các lớp móng đường, nhờ vào các đặc tính cơ lý phù hợp.

1.1. Khái niệm và quá trình hình thành xỉ thép

Xỉ thép là sản phẩm phụ từ quá trình luyện thép, được tạo ra từ lò điện hồ quang (EAF). Quá trình này bao gồm việc nung chảy thép phế liệu và tách các tạp chất, tạo ra xỉ thép với thành phần chủ yếu là oxit kim loại. Tại Bà Rịa Vũng Tàu, các nhà máy thép sử dụng công nghệ EAF tạo ra lượng lớn xỉ thép hàng năm. Việc tái chế xỉ thép không chỉ giúp giảm lượng chất thải mà còn tạo ra nguồn vật liệu xây dựng giá rẻ, phù hợp cho các công trình giao thông.

1.2. Hiện trạng công nghệ và ứng dụng xỉ thép tại Việt Nam

Tại Việt Nam, ngành thép đang phát triển mạnh, đặc biệt là ở khu vực Bà Rịa Vũng Tàu. Tuy nhiên, việc xử lý xỉ thép vẫn còn nhiều hạn chế, dẫn đến lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng xỉ thép có thể được sử dụng làm vật liệu thay thế trong xây dựng đường ô tô, đặc biệt là các lớp móng. Việc ứng dụng xỉ thép không chỉ giúp giảm chi phí xây dựng mà còn góp phần bảo vệ môi trường, phù hợp với các quy định của Chính phủ về tái chế chất thải.

II. Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý và hóa học của xỉ thép

Chương này tập trung vào việc phân tích các chỉ tiêu cơ lý và hóa học của xỉ thép sau khi tái chế. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá khối lượng riêng, độ ẩm, và thành phần hóa học của xỉ thép. Kết quả cho thấy xỉ thép có các đặc tính tương đương với đá dăm, phù hợp để sử dụng trong xây dựng đường ô tô. Đặc biệt, việc gia cố xỉ thép bằng xi măng đã cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý, giúp nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các lớp móng đường.

2.1. Phân tích đặc tính cơ lý của xỉ thép

Các thí nghiệm về khối lượng riêng, độ ẩm, và độ nén của xỉ thép đã được thực hiện. Kết quả cho thấy xỉ thép có khối lượng riêng dao động từ 2,8 - 3,2 g/cm³, tương đương với đá dăm. Độ nén của xỉ thép cũng đạt tiêu chuẩn cho vật liệu làm móng đường. Những kết quả này khẳng định rằng xỉ thép có thể được sử dụng thay thế đá dăm trong các công trình giao thông, giúp giảm chi phí và bảo vệ môi trường.

2.2. Đánh giá thành phần hóa học và ảnh hưởng môi trường

Thành phần hóa học của xỉ thép bao gồm các oxit kim loại như CaO, SiO2, và Fe2O3. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng xỉ thép không chứa các chất độc hại, phù hợp với tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng. Việc sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô không chỉ giúp tái chế chất thải mà còn góp phần giảm thiểu tác động đến môi trường, phù hợp với các quy định của Chính phủ về quản lý chất thải rắn.

III. Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô

Chương này trình bày các kết quả thực nghiệm về việc sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô. Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng và hiện trường để đánh giá hiệu quả của xỉ thép khi được sử dụng làm vật liệu móng đường. Kết quả cho thấy xỉ thép gia cố xi măng có độ bền và độ ổn định cao, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của công trình giao thông. Đề xuất các kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép cũng được đưa ra, nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vật liệu này.

3.1. Thí nghiệm trong phòng và hiện trường

Các thí nghiệm trong phòng bao gồm việc gia cố xỉ thép bằng xi măng và đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật như cường độ nén và mô đun đàn hồi. Kết quả cho thấy xỉ thép gia cố xi măng đạt cường độ nén từ 3,5 - 4,5 MPa, phù hợp với yêu cầu của vật liệu móng đường. Các thí nghiệm hiện trường cũng khẳng định tính khả thi của việc sử dụng xỉ thép trong xây dựng đường ô tô, với độ ổn định và độ bền cao.

3.2. Đề xuất kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép

Dựa trên kết quả thí nghiệm, các kết cấu mặt đường sử dụng xỉ thép đã được đề xuất. Các kết cấu này bao gồm lớp móng dưới làm từ xỉ thép gia cố xi măng và lớp mặt đường làm từ bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng. Những đề xuất này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng xỉ thép mà còn góp phần giảm chi phí xây dựng và bảo vệ môi trường.