Xỉ thép

Xỉ thép được hình thành như là một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất thép

và thường thì bị xem là chất thải. Tuy nhiên, gần đây xỉ thép đang được nghiên cứu để tái sử dụng trong lĩnh vực công trình xây dựng ở Việt Nam.

1.Đặc điểm của xỉ thép

xỉ thép là chất thải được sinh ra trong quá trình luyện thép từ các tạp chất khi đưa vào lò luyện như: Các chất lẫn trong nguyên, nhiên vật liệu (đất, cát…) của quặng sắt; nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxít; tường lò bị ăn mòn trong điều kiện nhiệt độ cao và tro của nhiên liệu đốt lò.

Xỉ thép có các thành phần hóa học chính là Ôxít Canxi CaO, Sắt FexOy, Magiê MgO, Mangan MnO2, Silic SiO2 và Nhôm Al2O3…ở các phức bền vững, trong đó thành phần chính là CaO, SiO2 và FexOy chiếm đến 80% trọng lượng của xỉ lò. Xỉ thép có tính chất cơ học rất tốt do cấu trúc tinh thể đặc biệt, được so sánh tương tự hoặc tốt hơn so với cấu trúc của đá tự nhiên.

Ưu điểm của xỉ thép:

• Nặng hơn so với hầu hết cốt liệu tự nhiên
• Độ ma sát tốt hơn so với bê tông asphalt
• Độ bền cao và chịu đựng tốt trong điều kiện thời tiết xấu.

=> Vì vậy, xỉ thép được dùng để thay thế các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên nhằm hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Với những tính chất như trên, xỉ thép được xem như là một sản phẩm có ích, thân thiện với môi trường, không phải là chất thải cần phải loại bỏ hoặc đem chôn lấp.

Hơn 100 năm qua, tại Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, xỉ thép đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, phát triển giao thông…

2. Ứng dụng của xỉ thép

2.1. 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

Nhiều công trình có sử dụng bê tông xỉ thép được xây dựng trên thế giới, như: Sân vận động Quốc gia Bắc Kinh – Trung Quốc, sân bay Sydney, sân vận động Colonial Melboune và một số công trình khác.

2.2. Ứng dụng xỉ thép trong lĩnh vực xây dựng giao thông và công trình thủy lợi

Xỉ thép đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng đường và cảng biển. Trong xây dựng đường, xỉ thép được dùng làm vật liệu nền, móng và mặt đường.

2.2.1. Xỉ thép cho nền, móng đường

Trong xỉ thép có chứa hàm lượng CaO cao. CaO sẽ trương nở khi gặp nước và làm tăng thể tích. Chính vì vậy, việc nghiên cứu khả năng ứng dụng của xỉ thép cho nền và móng đường là rất cần thiết.

Xỉ thép có khả năng mất ổn định dưới tác động của nước cao do trương nở. Tuy nhiên, mô-đun đàn hồi của xỉ thép được bảo quản trong môi trường ẩm khá cao, lên tới 500MPa, cao hơn đá dăm tự nhiên. Điều này chứng tỏ xỉ thép có thể dùng làm móng đường nếu được xử lý ẩm để giảm độ trương nở thể tích.

Các nghiên cứu ở trên cho thấy, xỉ thép hoàn toàn có thể được sử dụng để làm nền, móng đường và đã được sử dụng cho nền đường ở nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Úc…

2.2.2. 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.

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.

3.2.3. Xỉ thép cho công trình thủy lợi

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.

3.3. Các ứng dụng khác của xỉ thép

Ngoài các ứng dụng kể trên, xỉ thép còn được ứng dụng rộng rãi trong công tác xử lý nền, bao gồm thi công nền hạ công trình, chống lún, chống lầy cho các công trình kho bãi và nhà xưởng. Vì xỉ thép có chứa hàm lượng xi măng thấp và hàm lượng CaO cao nên có thể làm việc như một chất ổn định nền.

Xỉ thép được dùng để thi công trong môi trường không thuận lợi (nền đất lầy, lún, ngập nước) hoặc thời tiết xấu (mưa). Đặc biệt tại các công trình bị ngập nước, xỉ thép được sử dụng để chống lầy, làm khô mặt bằng và xử lý nền đất yếu trong quá trình thi công.

Ngoài ra, xỉ thép còn có khả năng chế tạo đồ gốm sứ. Với một hàm lượng xỉ thép hợp lý có thể giảm được nhiệt độ cháy cần thiết cho gạch làm từ đất sét; đã có những công ty dùng xỉ thép để chế tạo ngói, gạch màu lát nền đi bộ cũng như gạch không nung và đã áp dụng ở Trung Quốc.

4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép tại Việt Nam

Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu về việc sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm trong bê tông nhựa:

• 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.
• Chỉ số dẻo của bê tông nhựa cốt liệu xỉ thép thấp hơn bê tông nhựa cốt liệu đá dăm

Sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế xi măng trong bê tông xi măng:

• Xỉ thép có độ cứng, độ ma sát và khả năng chống mài mòn cao, còn chỉ số bong tróc thấp hơn nhiều so với đá. Bề mặt của xỉ thô, nhám và độ pH cao, dao động từ 10 – 11 nên có độ dính bám tốt với nhựa đường. Tuy nhiên, xỉ thép có khối lượng riêng lớn hơn 20% so với đá và khả năng hút nước cao hơn đá.
• 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 bề 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.

5. Kết Luận

Trên cơ sở tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép ở Việt Nam và trên thế giới, tác giả rút ra một số kết luận như sau:

• Xỉ thép hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu để có thể được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng mà không gây ra các tác động xấu đối với môi trường;
• Xỉ thép nên được sử dụng như một loại vật liệu địa phương nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế, vì khi vận chuyển xỉ thép đi quá xa, giá thành có thể cao hơn dùng vật liệu đá tự nhiên;
•  Cần có nhiều hơn nữa các nghiên cứu về vật liệu xỉ thép, đặc biết là các thí nghiệm hiện trường để có cơ sở tổng quát và tin cậy hơn trong việc ứng dụng loại vật liệu này vào thực tế
• Để xỉ thép được áp dụng rộng rãi, cần xây dựng và sớm ban hành hệ thống tiêu chuẩn về việc sử dụng xỉ thép, chú trọng vào vấn đề xác định thành phần hóa học của xỉ thép, đảm bảo xỉ thép không có chứa các chất gây hại cho môi trường và con người.