Nghiên cứu sử dụng xỉ thép và phụ gia khoáng để sản xuất bê tông ứng dụng trong công trình thủy lợi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng xỉ thép và phụ gia khoáng để sản xuất bê tông, ứng dụng trong các công trình thủy lợi. Xỉ thép là một loại chất thải công nghiệp có tiềm năng tái sử dụng cao trong sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là bê tông. Việc kết hợp xỉ thép và các phụ gia khoáng như tro bay, xỉ vôi giúp cải thiện các đặc tính cơ lý của bê tông như cường độ, khả năng chống thấm và độ bền lâu dài.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sử dụng xỉ thép và phụ gia khoáng để sản xuất bê tông ứng dụng trong công trình thủy lợi

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP VÀ PHỤ GIA KHOÁNG ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Nguyễn Quang Phú1, Ngô Thị Ngọc Vân1, Nguyễn Thành Lệ2 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: phuvlxd@tlu.edu.vn 2 Vụ Tổ chức Cán Bộ - Bộ NN&PTNT 1. ĐẶT VẤN ĐỀ thải ra từ các nhà máy luyện gang thép) làm cốt liệu kết hợp với các loại phụ gia khoáng Ngành công nghiệp luyện gang thép giữ (PGK) sản xuất bê tông, là vô cùng cần thiết một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển và hữu ích, giải quyết kịp thời vấn đề khan của mỗi quốc gia. Thép được sử dụng rộng hiếm về cốt liệu tự nhiên sản xuất bê tông, rãi trong các ngành công nghiệp, xây dựng, nhằm mang lại hiệu quả kinh tế và góp phần sản xuất chế tạo máy móc thiết bị, hàng gia bảo vệ môi trường. dụng, y học, an ninh quốc phòng… Sản Trong nghiên cứu sử dụng cốt liệu xỉ thép lượng thép đã và đang tăng trưởng rất nhanh, (thay thế 100% đá dăm tự nhiên) kết hợp với bên cạnh đó thì lượng xỉ thép cũng tạo ra phụ gia khoáng hoạt tính để sản xuất bê tông ngày càng nhiều. Xỉ thép là chất thải được ứng dụng cho các công trình Thủy lợi. sinh ra trong quá trình luyện thép từ các tạp chất khi đưa vào lò như: các chất lẫn trong 2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU nguyên, nhiên vật liệu của quặng sắt, nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxit, 2.1. Xi măng tường lò bị ăn mòn trong điều kiện nhiệt độ Sử dụng xi măng PC40 Chinfon Hải cao và tro của nhiên liệu đốt lò. Phòng thiết kế bê tông, kết quả thí nghiệm Trong thời gian gần đây, phụ phẩm công một số tính chất của xi măng như: Khối nghiệp như xỉ gang, xỉ thép là vấn đề nhức lượng riêng 3,15 g/cm3, lượng nước tiêu nhối và gây nên dư luận không tốt ở nước ta, chuẩn 29,6%, thời gian bắt đầu đông kết điển hình là “khu công nghiệp Formosa Hà 118,5 phút, thời gian kết thúc đông kết 315,5 Tĩnh” cũng như các khu công nghiệp gang phút, giới hạn bền nén tuổi 28 ngày đạt 49,55 thép khác như Nhà máy Thép Phú Mỹ tại Bà N/mm2 và các tính chất khác của XM đạt yêu Rịa - Vũng Tàu, Khu liên hợp gang thép Hòa cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009. Phát tại Kinh Môn - Hải Dương, khu gang 2.2. Tro bay (FA) thép Thái Nguyên, Ponima.... Lượng xỉ thải ra hàng trăm tấn mỗi ngày sẽ làm gây ô nhiễm Tro bay Phả Lại được sử dụng thay thế một môi trường, thay vì chúng ta phải tổ chức các phần xi măng trong các cấp phối bê tông thiết bãi chứa và vận chuyển xỉ đi, thì có thể tận kế. Các tính chất cơ lý và thành phần hóa học dụng chúng làm cốt liệu để sản xuất bê tông của FA như: Độ ẩm 0,26%, khối lượng thể thay thế cho cốt liệu tự nhiên thông thường (đá tích xốp 948 kg/m3, khối lượng riêng 2,25 dăm, sỏi) là rất thiết thực, vừa mang lại hiệu g/cm3, hàm lượng SO3 = 0,18%, hàm lượng quả kinh tế, vừa góp phần bảo vệ môi trường. SiO2 = 53,6%, hàm lượng Fe2O3 = 12,5%, hàm Chính vì vậy, việc nghiên cứu và đưa vào lượng Al2O3 = 33,8% và một số tính chất khác sử dụng các phụ phẩm công nghiệp (xỉ quặng của FA đạt yêu cầu theo TCVN 10302:2014. 136
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 2.3. Xỉ lò cao hoạt tính 2.7. Nước trộn và bảo dưỡng Xỉ lò cao hoạt hóa nghiền mịn (GBFS) từ Sử dụng nước sinh hoạt phù hợp tiêu công ty Hòa Phát (khu công nghiệp luyện chuẩn TCVN 4506: 2012. gang thép Hòa Phát - Kinh Môn - Hải 2.8. Phụ gia siêu dẻo Dương), GBFS có các chỉ tiêu cơ lý như bảng 1, thỏa mãn theo TCVN 11586:2016. Sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao gốc Polycacboxylate (PC) phù hợp với Bảng 1. Tính chất của xỉ lò cao hoạt tính tiêu chuẩn ASTM C494 (phụ gia thuộc thế hệ TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả 3) với lượng dùng theo hướng dẫn của nhà TNo cung cấp. Tuy nhiên, cần phải thí nghiệm cụ 1 Khối lượng riêng g/cm3 2,95 thể để xác định tỷ lệ pha trộn hợp lý, đảm bảo 2 Chỉ số hoạt tính với xi măng % 110,5 tính công tác yêu cầu của hỗn hợp bê tông và 3 Hàm lượng mất khi nung % 2,65 mác bê tông thiết kế. 4 Độ mịn cm2/g 3600 3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 2.4. Cốt liệu mịn (cát) 3.1. Thiết kế cấp phối bê tông Cát được lấy từ công trình về thí nghiệm, kết quả thí nghiệm cát dùng chế tạo bê tông: Đề tài nghiên cứu với bê tông cốt liệu xỉ Khối lượng riêng 2,66 g/cm3, khối lượng thể thép thay thế 100% đá dăm, sử dụng cho các tích xốp 1,68 g/cm3, độ rỗng 38,10%, một số công trình Thủy lợi, chọn độ sụt yêu cầu SN = chỉ tiêu cơ lý khác và thành phần hạt phù hợp 10±2cm, mác bê tông thiết kế ở tuổi 28 ngày TCVN 7570-2006. của mẫu đối chứng (cốt liệu thô là đá dăm) đạt 30MPa. Sau khi tính toán được khối lượng các 2.5. Cốt liệu xỉ thép loại vật liệu cho 1m3 bê tông với cốt liệu thô Xỉ thép được lấy ở khu công nghiệp luyện tự nhiên là đá dăm (CP1), thay đá dăm bằng xỉ gang thép Hòa Phát - Kinh Môn - Hải Dương thép (CP2). Hàm lượng phụ gia khoáng FA và và thí nghiệm phân loại thành phần hạt sao GBFS thay thế xi măng là 25%. Hàm lượng cho đạt cỡ hạt (5-20) mm theo tiêu chuẩn. phụ gia siêu dẻo (PGSD) là 1,2lít/100kg chất Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu xỉ thép như kết dính (CKD). Thành phần vật liệu cho các trong bảng 2. cấp phối bê tông thiết kế như trong bảng 3. Bảng 3. Thành phần vật liệu 1m3 bê tông Bảng 2. Tính chất của cốt liệu xỉ thép Cốt liệu TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả TNo thô 1 Khối lượng riêng g/cm3 3,55 Cấp XM FA GBFS Nước Cát PGSD phối (kg) (kg) (kg) (lít) (kg) Đá Xỉ (lít) 2 Khối lượng thể tích xốp g/cm3 2,06 dăm thép 3 Độ hút nước % 2,55 (kg) (kg) CP1 180 90 90 162 790 1125 - 4,32 2.6. Cốt liệu đá dăm CP2 180 90 90 162 886 - 1290 4,32 Để đánh giá và so sánh tính chất của bê 3.2. Kết quả thí nghiệm độ sụt tông sử dụng cốt liệu xỉ thép, đề tài thiết kế mẫu bê tông đối chứng sử dụng cốt liệu thô Bảng 4. Kết quả thí nghiệm độ sụt các HHBT tự nhiên là đá dăm. Đá dăm lấy ở công trình Độ sụt (cm) xây dựng về để thí nghiệm. Kết quả thí Cấp phối Không Có PGSD, Có PGSD PGSD sau 30 phút nghiệm tính chất của đá dăm: Khối lượng CP1 9,5 13,5 12,5 riêng 2,72 g/cm3, khối lượng thể tích xốp CP2 7,5 11,5 10,5 1,68 g/cm3, độ hút nước 0,55% và một số tính chất khác, thành phần hạt của đá dăm cỡ HHBT sử dụng cốt liệu xỉ thép kết hợp với hạt (5-20) mm đạt TCVN 7570-2006. PGK (CP2) khi chưa pha PGSD có độ sụt 137
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5 không thỏa mãn yêu cầu thiết kế. Khi pha chủ yếu là các khoáng chất tương tự thành PGSD hợp lý thì CP2 có độ sụt thỏa mãn yêu phần của đá xi măng; xỉ thép nặng hơn, ma sát cầu thiết kế và có giá trị thấp hơn HHBT sử tốt hơn nên khả năng gắn kết giữa cốt liệu xỉ dụng cốt liệu đá dăm (CP1), vì xỉ thép có độ thép và đá xi măng tốt hơn, độ bền của xỉ thép hút nước cao hơn rất nhiều so với đá dăm. cao hơn đá tự nhiên, do vậy bê tông sử dụng Sự giảm độ sụt của các HHBT theo thời cốt liệu xỉ thép sẽ cho cường độ nén cao hơn. gian (sau 30 phút) vẫn đảm bảo về tính công + Lượng xỉ thép thải ra hàng trăm tấn mỗi tác của HHBT thiết kế. Điều này là do trong ngày gây tốn quỹ đất, lãng phí nguồn tài thành phần của bê tông có sử dụng PGSD thế nguyên, gây ô nhiễm môi trường. Thay vì hệ mới, sẽ duy trì được độ lưu động của các phải vận chuyển và cần các bãi chứa xỉ thép, HHBT trong quá trình thí nghiệm và thi công. có thể tận dụng xỉ thép làm cốt liệu để sản xuất bê tông thay thế cho cốt liệu đá dăm, sỏi 3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ nén là rất thiết thực, vừa mang lại hiệu quả kinh Đúc các tổ mẫu thí nghiệm hình lập tế, vừa góp phần bảo vệ môi trường. Thành phương (151515)cm, mẫu chế tạo và bảo phần gốc của xỉ quặng gồm một số kim loại dưỡng theo TCVN 3105:2022. Kết quả thí khác nhau kết hợp ở dưới dạng các khoáng nghiệm Rn ở 7 và 28 ngày tuổi của các cấp vật đặc chắc, vì vậy khi sản xuất bê tông cần phối bê tông như trong biểu đồ hình 1. thiết phải sử dụng cốt liệu xỉ thép kết hợp với các loại PGK và phụ gia siêu dẻo với hàm lượng hợp lý, đảm bảo bê tông chế tạo có độ đặc chắc và tính bền cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu thi công các công trình Thủy lợi. + Trong sản xuất bê tông ứng dụng cho các công trình Thủy lợi nói riêng và các công trình xây dựng khác, cần phải tận dụng các Hình 1. Biểu đồ so sánh Rn của CP1, CP2 nguồn phụ phẩm công nghiệp (các loại cốt liệu xỉ thép và phụ gia khoáng) để sản xuất 4. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN bê tông có cường độ và tính bền cao, góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm về cốt liệu Từ các kết quả thí nghiệm như trên, rút ra trong xây dựng hiện nay và có tác dụng bảo một số nhận xét như sau: vệ môi trường. Bê tông sử dụng xỉ thép làm + Với bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép và cốt liệu thay thế đá dăm sẽ tận dụng được xỉ lò cao hoạt tính, khi chưa pha PGSD thì nguồn phụ phẩm công nghiệp để sản xuất bê tính công tác của HHBT chưa đạt được độ sụt tông nhằm giảm giá thành xây dựng và yêu cầu. Vì vậy cần phải pha PGSD với hàm hướng tới phát triển nguồn vật liệu bê tông lượng hợp lý để đảm bảo tính công tác của xanh trong xây dựng hiện nay. các HHBT, thỏa mãn các yêu cầu cho thi công bê tông các công trình Thủy lợi. Khi các 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO HHBT có pha PGSD với hàm lượng hợp lý thì tất cả các cấp phối bê tông đều có độ sụt [1] TCVN 2682:2009: Xi măng Poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật. thỏa mãn yêu cầu thiết kế, đảm bảo yêu cầu [2] TCVN 7570:2006: Cốt liệu cho bê tông và thi công bê tông theo TCVN 8218:2009 và vữa - Yêu cầu kỹ thuật. TCVN 9139:2012. [3] QĐ số 430/QĐ-BXD ngày 16/05/2017 Chỉ + So với bê tông sử dụng cốt liệu đá dăm dẫn kỹ thuật “Xỉ gang và xỉ thép sử dụng (CP1) thì bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép làm vật liệu xây dựng” của Bộ Xây dựng. (CP2) có Rn cao hơn 26,0% ở tuổi 7 ngày và [4] TCVN 11586:2016: Xỉ hạt lò cao nghiền 18,3% ở tuổi 28 ngày. Vì xỉ thép có tính chất mịn dùng cho bê tông và vữa. cơ học tốt hơn đá tự nhiên, xỉ thép có thành [5] TCVN 10302:2014: Phụ gia hoạt tính tro phần cấu trúc tinh thể đặc biệt mà thành phần bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng. 138