Nghiên cứu sử dụng xỉ thép tái chế làm lớp móng đường ô tô

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
149 
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XỈ THÉP TÁI CHẾ 
LÀM LỚP MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ 
STUDY ON USING RECYCLE STEEL SLAG FOR 
PAVEMENT SUB-BASE ROAD 
Mai Hồng Hà 1,. Nguyễn Thị Thúy Hằng2 
 (1) Đại học Giao thông vận tải Tp.HCM, Việt Nam; ha.mh@ut.edu.vn; 
 (2) Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, Việt Nam 
Tóm tắt: Báo cáo này trình bày vắn tắt kết quả nghiên cứu về đặc tính của xỉ thép sau khi tái chế 
từ sản phẩm thải của các nhà máy luyện phôi thép khu vực Bà Rịa Vũng Tàu (BRVT). Các đặc tính của 
xỉ thép được khảo sát là những chỉ tiêu cơ lý, yêu cầu kỹ thuật đặc trưng đối với vật liệu làm cốt liệu 
trong xây dựng đường ô tô hiện nay. Báo cáo cũng trình bày kết quả thử nghiệm của một đoạn đường 
dùng xỉ thép thay thế cấp phối đá dăm để làm lớp móng đường tại tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Ngoài ra, 
nghiên cứu bước đầu đưa ra những khuyến cáo, tồn tại và biện pháp cải thiện một số chỉ tiêu kỹ thuật 
của xỉ thép nhằm nâng cao hiệu quả khi sử dụng làm móng đường ô tô. 
Từ khóa: Xỉ thép; tái chế; chỉ tiêu cơ lý; thành phần hóa học. 
Chỉ số phân loại: 2.3 
Abstract: This article show the results of properties of recycling steel slag from steel manuefactory 
in Ba Ria Vung Tau province. These are physical and mechanical properties, specification of materials 
for road construction and field experiments on subbase road using steel slag in Ba Ria Vung Tau. 
Moreover, the research also offer some methods how to improve steel slag properties and increase 
quality of pavement sub-base using steel slag. 
Keywords: Steel slag, recycle, properties, chemical composition. 
Classification number: 2.3 
1. Giới thiệu 
Xỉ thép được hình thành như là một sản 
phẩm phụ của quá trình sản xuất thép trong lò 
điện hồ quang, chiếm khoảng 10% sản lượng 
thép [1]. Việc nghiên cứu để tận dụng xỉ thép 
[2]–[5] làm vật liệu xây dựng có ý nghĩa hơn 
nữa là góp phần tích cực vào việc xử lý rác 
thải rắn của ngành công nghiệp sản xuất thép, 
giảm diện tích bãi chứa xỉ, giảm thiểu lượng 
bụi phát sinh, giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi 
trường. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả 
mong muốn cung cấp các thông tin về đặc tính 
của xỉ thép khi được sử dụng làm lớp móng 
đường ô tô. 
2. Các đặc tính của xỉ thép sau khi tái 
chế từ sản phẩm thải của các nhà máy luyện 
phôi thép khu vực BRVT 
2.1. Nguồn gốc của các mẫu xỉ thép 
trong nghiên cứu 
Mẫu xỉ thép sau khi tái chế được lấy tại 
nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng của Công 
ty TNHH Vật Liệu Xanh (huyện Tân Thành, 
tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu) (Hình 1). Đây là nhà 
máy tái chế xỉ thép có nguồn lấy từ các nhà 
máy luyện phôi thép ở khu công nghiệp Phú 
Mỹ như các nhà máy thép Miền Nam, Pomina 
2, Pomina 3, Đồng Tiến, Phú Mỹ, Fuco  
Hình 1. Lấy mẫu tại Công ty TNHH Vật Liệu Xanh. 
2.2. Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép 
Trong nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm 
xác định các chỉ tiêu cơ lý như khối lượng 
riêng; khối lượng thể tích ở trạng thái khô; 
khối lượng thể tích ở trạng bão hòa; độ hút 
nước; khối lượng thể tích xốp; độ rỗng giữa 
các hạt; hàm lượng bụi, bùn, sét; độ hao mòn 
khi va đập Los Angele; hàm lượng thoi dẹt; 
khối lượng thể tích khô khi đầm nén tiêu 
chuẩn; độ ẩm tối ưu khi đầm nén tiêu chuẩn; 
độ trương nở thể tích; sức chịu tải CBR trong 
phòng; mô đun đàn hồi vật liệu; phân tích 
 150 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
thành phần hạt. Thành phần hóa học của xỉ 
thép được phân tích đánh giá qua các chỉ tiêu 
như hàm lượng Silic Ôxít (SiO2); hàm lượng 
Nhôm Ôxít (Al2O3); hàm lượng Sắt III Ôxít 
(Fe2O3); hàm lượng Canxi Ôxít (CaO); hàm 
lượng Magie Ôxít (MgO); hàm lượng Sunphat, 
Sunphit. 
2.3. Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết 
quả thí nghiệm 
Nghiên cứu thực hiện với số mẫu trong 
một tổ mẫu chọn là 10, kết quả thí nghiệm 
được đánh giá độ chụm theo các tiêu chuẩn 
tương ứng. Sử dụng phần mềm thống kê 
Minitab 18 đánh giá lại số mẫu với tiêu chuẩn 
t-test, power=0.80 (hệ số β tính toán bằng 1-
0.80=0.20) và mức ý nghĩa α=0.05 như hình 
2. 
Hình 2. Phân tích lựa chọn số mẫu cho 1 tổ mẫu. 
Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ 
chụm: Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các 
kết quả thử nghiệm độc lập nhận được trong 
điều kiện quy định. Độ chụm thể hiện chất 
lượng công tác thí nghiệm, đảm bảo cơ sở 
khoa học để phân tích đưa ra những kết luận 
và kiến nghị của đề tài nghiên cứu. 
Sau khi có kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu 
cơ lý, đánh giá loại bỏ số liệu ngoại lai (outlier) 
theo ASTM E178-2015, đánh giá độ chụm 
theo ASTM C670-2015 với giới hạn chấp 
nhận được quy định của các tiêu chuẩn thí 
nghiệm tương ứng. Tiêu chuẩn Grubbs được 
sử dụng để đánh giá, loại bỏ số liệu ngoại lai 
của các kết quả thí nghiệm. Đối với mỗi tiêu 
chuẩn thí nghiệm đều quy định độ chụm tương 
ứng. Các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành chưa 
có chuẩn đánh giá độ chụm nên sử dụng các 
tiêu chuẩn AASHTO và ASTM. Nghiên cứu 
đã tiến hành đánh giá độ chụm cho tất cả các 
kết quả thí nghiệm. 
Các kết quả thí nghiệm đều đảm bảo 
không có ngoại lai (sai số thô) và đảm bảo độ 
chụm để phân tích thống kê. 
Thiết kế thực nghiệm và đánh giá kết 
quả 
Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of 
Experiments) và phân tích thống kê với phần 
mềm Minitab 18 ở độ tin cậy 95%, mức ý 
nghĩa α=5%. Số mẫu thí nghiệm 10 mẫu/tổ 
mẫu đảm bảo phát hiện sai khác trong phạm 
vi ±1σ. Thiết kế thí nghiệm tổng quát (General 
full factorial design). Phân tích phương sai 
ANOVA và phân tích hậu định phát hiện sai 
khác theo chuẩn Tukey. 
Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm 
Trong nghiên cứu đã sử dụng phần mềm 
Minitab18 phân tích kết quả thí nghiệm theo 
trình tự: 
- Xác định sự phù hợp dạng phân bố 
chuẩn; 
- Xác định mức ý nghĩa 95%CI. 
- Xác định giá trị đặc trưng bằng công 
thức Xđt = Xtb ± K.S. Với Xđt là giá trị đặc 
trưng, Xtb là giá trị trung bình; S là độ lệch 
chuẩn; và K là hệ số bằng 1.645 với độ tin cậy 
95%. Tùy từng trường hợp cụ thể mà lấy dấu 
“+” hoặc dấu “-“ để đảm bảo an toàn. 
Nhận xét kết quả thiết kế thực nghiệm 
trong nghiên cứu 
Thiết kế thực nghiệm rõ ràng, chi tiết đảm 
bảo đánh giá thống kê. Kết quả thí nghiệm 
được đánh giá đảm bảo độ chụm, không có giá 
trị ngoại lai. 
2.4. Các đặc tính của xỉ thép sau khi tái 
chế 
Qua kết quả nghiên cứu, xỉ thép tái chế từ 
sản phẩm thải tại các nhà máy luyện phôi thép 
ở khu vực BRVT, có các đặc điểm được tổng 
hợp theo bảng 1 và bảng 2: 
1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
α 0.05
StDev 1
Alternative ≠
Assumptions
Difference
Po
we
r
1
0.8
-1
10
Size
Sample
Power Curve for 1-Sample t Test
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
151 
Bảng 1. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép. 
TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị tính Giá trị trung bình 
Độ lệch 
chuẩn 
1 Khối lượng riêng g/cm3 3.552 0.0913 
2 Khối lượng thể tích ở trạng thái khô g/cm3 3.285 0.0771 
3 Khối lượng thể tích ở trạng bão hòa g/cm3 3.361 0.0771 
4 Độ hút nước % 2.275 0.3561 
5 Khối lượng thể tích xốp Kg/m3 1858.3 56.4 
6 Độ rỗng giữa các hạt % 48.28 2.42 
7 Hàm lượng bụi, bùn, sét % 0.953 0.443 
8 Độ hao mòn khi va đập Los Angele % 21.36 0.971 
9 Hàm lượng thoi dẹt % 1.00 0.45 
10 KLTT khô khi ĐNTC g/cm3 2.458 0.038 
11 Độ ẩm tối ưu khi ĐNTC % 3.474 0.204 
12 Độ trương nở thể tích % 0 - 
13 Sức chịu tải CBR trong phòng % 96.96 10.824 
14 Mô đun đàn hồi của vật liệu MPa 248.2 30.24 
Bảng 2. Tổng hợp thành phần hóa học của xỉ thép. 
TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị tính Giá trị trung bình 
Độ lệch 
chuẩn 
1 Hàm lượng Silic Ôxít (SiO2) % 16.416 1.824 
2 Hàm lượng Nhôm Ôxít (Al2O3) % 7.56 0.80 
3 Hàm lượng Sắt III Ôxít (Fe2O3) % 35.46 1.30 
4 Hàm lượng Can xi Ôxít (CaO) % 25.21 2.152 
5 Hàm lượng Magie Ôxít (MgO) % 6.692 2.76 
6 Hàm lượng sunphat, sunphit % 0.104 0.017 
2.5. Nhận xét về các đặc tính của xỉ thép 
sau khi tái chế 
- Xỉ thép có các chỉ tiêu về khối lượng 
nặng hơn rất nhiều so với đá của khu vực 
Đông Nam Bộ, cụ thể khối lượng riêng của xỉ 
thép khoảng 3.55 g/cm3, khối lượng thể tích 
xốp của xỉ thép khoảng 1858 kg/m3 [6]; 
- Độ hút nước của xỉ thép lớn hơn so với 
đá; 
- Nếu tham chiếu theo tiêu chuẩn TCVN 
8859-2011 “Lớp móng cấp phối đá dăm trong 
kết cấu áo đường ô tô – vật liệu, thi công và 
nghiệm”[7] thì các chỉ tiêu của xỉ thép đáp ứng 
yêu cầu kỹ thuật tương đương cấp phối đá dăm 
loại 2; 
- Do đặc tính của xỉ thải và công nghệ tái 
chế xỉ thép ở khu vực BRVT hiện tại, cấp phối 
xỉ thép thiếu hàm lượng hạt nhỏ (<0.425mm) 
nên khi thi công lu lèn khó đạt độ chặt hơn đá 
dăm; 
- Về đặc tính hóa học: Nếu tính tỷ số Mo 
theo GS.TS. Dương Học Hải [8] là tỷ số giữa 
tổng luợng CaO và MgO so với tổng lượng 
SiO2 và Al2O3 có trong xỉ, có được Mo = 
1,33, nên có thể nhận định xỉ thép ở đây có 
tính kiềm, có hoạt tính. 
3. Kết quả thử nghiệm của đoạn 
đường dùng xỉ thép làm lớp móng 
3.1. Các thông tin chung về đoạn thử 
nghiệm 
Đoạn đường thử nghiệm từ Km1+450 đến 
Km1+510 trên Quốc lộ 55 thuộc tỉnh Bà Rịa 
Vũng Tàu. Đây là đoạn đường đi qua khu vực 
trung tâm hành chính tỉnh BRVT. Quy mô mặt 
cắt ngang đường gồm sáu làn xe, mỗi bên có 
hai làn xe ô tô và một làn xe máy, giải phân 
cách ở giữa rộng 2 – 3m. 
 152 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
Kết cấu áo đường được thiết kế từ trên 
xuống dưới theo trình tự là lớp BTN hạt mịn 
dày 4cm; BTN hạt thô dày dày 6cm; cấp phối 
đá dăm dày trung bình 30cm; nền đất đắp bằng 
cấp phối sỏi đỏ (Hình 3). 
Hình 3. Kết cấu áo đường QL55, trước khi 
thử nghiệm. 
Sau một thời gian đưa vào khai thác, đến 
năm 2014 thì mặt đường tại đây bị hư hỏng, 
xuất hiện nhiều ổ gà (Hình 4). 
 Hình 4. Mặt đường QL 55 bị hư hỏng trước khi bóc 
bỏ để thử nghiệm. 
Trình tự thi công đoạn thử nghiệm: 
- Cào bóc bỏ toàn bộ kết cấu áo đường cũ 
(gồm BTN hạt mịn; BTN hạt thô; cấp phối đá 
dăm) trên phạm vi chiều rộng 6m và dài 60m 
đến nền cấp phối sỏi đỏ; 
- Thi công tạo mui luyện, hoàn thiện lại 
nền cấp phối sỏi đỏ theo cao độ thiết kế cũ và 
tiến hành các thí nghiệm để nghiệm thu theo 
yêu cầu quy định; 
- Chia đoạn đường dài 60m thành hai 
đoạn bằng nhau (Hình 5): Một đoạn có lớp 
móng làm bằng CPĐD loại 1 (dày 33cm), 
đoạn còn lại có lớp móng bằng xỉ thép (dày 
33cm). Hai đoạn này được thi công, nghiệm 
thu hoàn toàn giống nhau và tuân thủ theo tiêu 
chuẩn TCVN 8859-2011. 
Hình 5. Sơ họa trắc dọc kết cấu áo đường 
đọan thử nghiệm. 
- Sau đó thảm lại lớp mặt đường bằng 
BTN đạt cao độ của mặt đường cũ (Hình 6). 
Hình 6. Thi công đọan đường thử nghiệm. 
3.2. Kết qủa thí nghiệm đánh giá chất 
lượng đoạn thử nghiệm sau khi thi công, 
năm 2014 
3.2.1. Các nội dung kiểm tra: 
Kiểm tra mô đun đàn hồi trên các lớp kết 
cấu (Hình 7): 
- Nền đất CPSĐ sau khi cào bóc các lớp 
kết cấu bên trên; 
- Móng đường đoạn thay thế bằng CPĐD 
loại 1; 
- Móng đường đoạn thay thế bằng vật liệu 
xỉ thép; 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên lớp 
móng được thay thế bằng CPĐD loại 1; 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên phạm 
vi lớp móng được thay thế bằng xỉ thép; 
- Mặt đường BTN hiện tại xung quanh 
phạm vi đoạn thử nghiệm. 
Kiểm tra độ chặt của các lớp móng: 
- Lớp móng được thay thế bằng CPĐD 
loại 1; 
- Lớp móng được thay thế bằng Xỉ thép; 
Kiểm tra độ bằng phẳng: 
- Lớp móng được thay thế bằng CPĐD 
loại 1; 
- Lớp móng được thay thế bằng Xỉ thép; 
- Mặt BTN sau khi thi công hoàn thiện. 
3.2.2. Kết quả thử nghiệm 
Mô đun đàn hồi trên các lớp kết cấu: 
- Nền đất CPSĐ sau khi cào bóc các lớp 
kết cấu bên trên là 79.5 MPa; 
- Móng đường đoạn thay thế bằng CPĐD 
loại 1 là 192.5 MPa; 
- Móng đường đoạn thay thế bằng Xỉ thép 
là 180.3 MPa; 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
153 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên phạm 
vi lớp móng được thay thế bằng CPĐD loại 1 
là 205.4 MPa; 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên phạm 
vi lớp móng được thay thế bằng xỉ thép là 
198.6 MPa; 
- Mặt đường BTN hiện tại xung quanh 
phạm vi đoạn thử nghiệm là 201.7 MPa. 
Độ chặt của các lớp móng: 
- Lớp móng được thay thế bằng CPĐD 
loại 1 là 0.99; 
- Lớp móng được thay thế bằng xỉ thép là 
0.95. 
Độ bằng phẳng: 
- Lớp móng được thay thế bằng CPĐD 
loại 1: Đạt giới hạn cho phép của lớp móng 
trên; 
- Lớp móng được thay thế bằng xỉ thép: 
đạt giới hạn cho phép của lớp móng trên; 
- Mặt BTN: Đạt giới hạn cho phép. 
3.3. Kết quả thí nghiệm đánh giá chất 
lượng đoạn thử nghiệm sau khi đưa vào 
khai thác sử dụng được 4 năm 
Sau 4 năm thi công đoạn thử nghiệm, 
nhóm tác giả đã tiến hành đo đạc khảo sát lại, 
các kết quả thí nghiệm như sau: 
Hình 7. Kiểm tra đọan đường thử nghiệm sau khi đưa 
vào khai thác 4 năm. 
Mô đun đàn hồi trên các lớp kết cấu (hình 
8): 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên phạm 
vi lớp móng được thay thế bằng CPĐD loại 1 
là 200.2 MPa; 
- Mặt đường BTN mới thảm lại trên phạm 
vi lớp móng được thay thế bằng xỉ thép là 
210.8 MPa; 
- Mặt đường BTN hiện tại xung quanh 
phạm vi đoạn thử nghiệm là 193.5 MPa. 
Độ bằng phẳng: 
- Mặt BTN trên lớp móng được thay thế 
bằng CPĐD loại 1: Đạt giới hạn cho phép; 
- Mặt BTN trên lớp móng được thay thế 
bằng xỉ thép: đạt giới hạn cho phép; 
- Mặt BTN: Đạt giới hạn cho phép. 
4. Kết luận và hướng nghiên cứu 
4.1. Kết luận 
Qua những phân tích từ kết quả nghiên 
cứu ta có thể nhận định: 
- Xỉ thép sau khi tái chế từ sản phẩm thải 
của các nhà máy luyện phôi thép khu vực 
BRVT có các chỉ tiêu cơ lý đáp ứng yêu cầu 
kỹ thuật tương đương cấp phối đá dăm loại 2 
[2]; 
- Qua kết quả khảo sát, đánh giá trên đoạn 
đường thử nghiệm dùng xỉ thép thay thế cấp 
phối đá dăm để làm lớp móng cho thấy cường 
độ mặt đường đạt cao, sau bốn năm khai thác 
sử dụng chưa có sự suy giảm, mặt đường đảm 
bảo độ bằng phẳng, đáp ứng yêu cầu khai thác; 
- Tuy nhiên, trước khi có những nghiên 
cứu để cải thiện một số chỉ tiêu kỹ thuật của 
xỉ thép như mô đun đàn hồi vật liệu, CBR, cấp 
phối hạt thì chỉ nên sử dụng xỉ thép làm lớp 
móng dưới trong kết cấu áo đường ô tô. 
4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo 
Đây là loại xỉ thép có tính kiềm, có hoạt 
tính, có thể tác dụng hóa học với chất kết dính 
vô cơ ở nhiệt độ bình thường nên cần có 
những nghiên cứu dùng giải pháp xỉ thép gia 
cố với xi măng hoặc vôi để phát huy những 
đặc tính của xỉ. 
Có thể phối trộn xỉ thép với các loại vật 
liệu có thành phần hạt <0.425mm, nhằm cải 
thiện cấp phối hạt của xỉ thép, nâng cao hiệu 
quả khi lu lèn 
Tài liệu tham khảo 
[1] H. Yi, G. Xu, H. Cheng, J. Wang, Y. Wan, and H. 
Chen, “An Overview of Utilization of Steel Slag,” 
in Procedia Environmental Sciences, 2012, vol. 16, 
pp. 791–801. 
[2] G. Wang, “Properties and utilization of steel slag 
in engineering applications,” 1992. 
[3] V. M. Trần and N. P. N. Tôn, “Nghiên cức các tính 
chất của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép,” Tạp chí 
Xây Dựng. 
 154 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
[4] R. E. Graves, Significance of Tests and Properties 
of Concrete and Concrete-Making Materials, STP 
169D. 2007. 
[5] T. T. H. Nguyễn, Đ. H. Phan, and H. H. Mai, “Xác 
định các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng xỉ 
thép như cốt liệu lớn,” Tạp chí Xây Dựng. 
[6] Q. H. Nguyễn and H. H. Mai, “Nghiên cứu tái chế 
xỉ lò từ nhà máy luyện thép để sử dụng làm vật liệu 
cho các lớp móng đường ô tô,” 2014. 
[7] “TCVN 8859-2011 ‘Lớp móng cấp phối đá dăm 
trong kết cấu áo đường ô tô- vật liệu, thi công và 
nghiệm thu.’” Bộ Giao thông vận tải, 2011. 
[8] H. H. Dương, Giáo trình Xây dựng mặt đường ô tô 
tập 1. NXB Giáo Dục, 2006. 
 Ngày nhận bài: 8/3/2018 
 Ngày chuyển phản biện: 12/3/2018 
 Ngày hoàn thành sửa bài: 30/3/2018 
 Ngày chấp nhận đăng: 6/4/2018