Nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông đầm lăn dùng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở bến tre luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông đầm lăn dùng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở Bến Tre” được thực hiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông

đầm lăn dùng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở Bến Tre” được thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong suốt quá trình học tập

tại trường Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của quý thầy

cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Bộ môn đường bộ, những người đã cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và công tác

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Phước Minh,

người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về tinh thần và thời gian trong những năm tháng học tập tại trường

Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tp, Hồ Chí Minh, ngày …/…/ 2016

Phạm Anh Thuận

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu, được thực hiện dưới sự

hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Phước Minh

Các số liệu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả thu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Phạm Anh Thuận

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 4

1.1 Tình hình phát triển kinh tế xã hội ở Bến Tre 4

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 4

1.1.2 Cơ sở hạ tầng 4

1.1.3 Kế hoạch phát triển hệ thống đường bộ đường giao thông nông thôn giai đoạn 2016 – 2020 5

1.2 Giới thiệu Bê tông đầm lăn 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Phạm vi ứng dụng 6

1.2.3 So sánh ưu nhược điểm với bê tông xi măng truyền thống 6

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Bê tông đầm lăn trên thế giới và ở Việt Nam: 7

1.3.1 Trên thế giới 7

1.3.2 Ở Việt Nam 9

1.4 Khả năng ứng dụng của bê tông đầm lăn trong xây dựng kết cấu áo đường ô tô ở Việt Nam 11

1.5 Kết luận chương 1 12

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT, VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 14

2.1 Một số lý thuyết thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông 14

2.1.1 Lý thuyết cấp phối lý tưởng của Fuller-Thompson 14

2.1.2 Lý thuyết cấp phối hạt của Talbol 14

2.1.3 Lý thuyết cấp phối cốt liệu lý tưởng 14

2.2 Thành phần vật liệu yêu cầu chế tạo bê tông đầm lăn 15

2.2.1 Xi măng 15

2.2.2 Cốt liệu lớn 16

2.2.3 Cốt liệu nhỏ 16

2.2.4 Phụ gia khoáng 18

2.2.5 Phụ gia hóa học 18

2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho BTĐL 19

2.3.1 Thí nghiệm xác định độ cứng Vebe 19

2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ nén 20

2.3.3 Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn: 21

2.3.4 Thí nghiệm cường độ uốn khi bửa (ép chẻ): 22

2.3.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi khi nén tĩnh: 23

2.4 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL 24

2.4.1 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn theo Hiệp hội quân sự Mỹ USACE 25

2.4.2 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn của Bộ xây dựng Nhật Bản 26

2.4.3 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn theo ACI 28

2.5 Một số nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng của Bê tông đầm lăn 30

2.5.1 Ảnh hưởng của thành phần hạt cốt liệu 30

2.5.2 Ảnh hưởng của phụ gia hoạt tính và phụ gia hóa dẻo 32

2.5 Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG CHO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở BẾN TRE 36

3.1 Giới thiệu vật liệu địa phương sử dụng cho BTĐL 36

3.1.1 Hiện trạng nguồn vật liệu cát tại Bến Tre 36

3.1.2 Tình hình chất lượng vật liệu cát trong khu vực Tây Nam Bộ 37

3.1.3 Hiện trạng nguồn vật liệu tro bay 37

3.2 Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu xây dựng cho BTĐL ở Bến Tre 38 3.2.1 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng 39

3.2.2 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật của cát mịn 39

3.2.3 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật của đá mi bụi 40

3.2.4 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật của đá 5x10mm 41

3.2.5 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật của đá 5x20mm 42

3.3 Thiết kế cấp phối cốt liệu sử dụng cho BTĐL 42

3.3.1 Thông số đầu vào 42

3.3.2 Tính toán thành phần Bê tông đầm lăn 44

3.4 Chế tạo mẫu BTĐL 45

3.4.1 Phối trộn thành phần cốt liệu 45

3.4.2 Công tác chế tạo mẫu bê tông đầm lăn 48

3.5 Kết quả thực nghiệm 55

3.5.1 Cường độ nén (Rn) 55

3.5.2 Cường độ chịu kéo uốn (Ru) 56

3.5.3 Cường độ ép chẻ (Rech) 59

3.5.4 Mô đun đàn hồi (E) 60

3.5.5 Mối tương quan giữa cường độ nén và cường độ chịu uốn 60

3.5.6 Mối tương quan giữa cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi 61

3.5.7 Nhận xét 61

3.7 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng BTĐL làm mặt đường dùng vật liệu địa phương ở Bến Tre 62

3.8 Công nghệ thi công mặt đường Bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn tại Bến Tre 65

3.8.1 Sơ đồ trộn Bê tông đầm lăn 65

3.8.2 Một số thiết bị và yêu cầu trong sản xuất và thi công BTĐL 66

3.8.3 Thi công Bê tông đầm lăn 67

3.9 Kết luận chương 3 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM HẢO 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các nước có số lượng đập BTĐL >10 đập[5] 8

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) 15

Bảng 2.2: Thành phần hạt của đá theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 16

Bảng 2.3: Thành phần hạt của cát theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 17

Bảng 2.4: Hàm lượng các tạp chất trong cát theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 17

Bảng 2.5: Chỉ tiêu kỹ thuật của PGK cho BTĐL theo ASTM C618 18

Bảng 2.6: Hệ số đổi cường độ mẫu khác chuẩn ra cường độ chuẩn 20

Bảng 2.7: Hệ số tính đổi γ cho mẫu dầm khi thử kéo uốn 21

Bảng 2.8: Hàm lượng của nước, cốt liệu và vữa theo đường kính cốt liệu 26

Bảng 3.1: Miền cấp phối tiêu chuẩn của BTĐL [20], [21] 38

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu vật lý của Xi măng 39

Bảng 3.3: Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát mịn 39

Bảng 3.4: Thành phần hạt của cát mịn 40

Bảng 3.5: Các chỉ tiêu vật lý của đá mi bụi 40

Bảng 3.6: Thành phần hạt của đá mi bụi 41

Bảng 3.7: Các chỉ tiêu vật lý của đá 5x10mm 41

Bảng 3.8: Thành phần hạt của đá 5x10mm 41

Bảng 3.9: Các chỉ tiêu vật lý của đá 5x20mm 42

Bảng 3.10: Thành phần hạt của đá 5x20mm 42

Bảng 3.11: Thành phần cấp phối cốt liệu cho BTĐL 46

Bảng 3.12: Thành phần vật liệu chế tạo BTĐL cường độ nén 35Mpa 47

Bảng 3.13: Thống kê số lượng mẫu cần chế tạo 48

Bảng 3.14: Các kết quả thực nghiệm của Bê tông đầm lăn 55

Bảng 3.15: Chi phí vật tư (đã bao gồm VAT) của BTXM cường độ 35 MPa 62

Bảng 3.16: Chi phí vật tư (đã bao gồm VAT) của BTĐL cường độ 35 MPa không sử dụng tro bay thay thế xi măng 63

Bảng 3.17: Chi phí vật tư (đã bao gồm VAT) của BTĐL cường độ 35 MPa sử dụng 10% tro bay thay thế xi măng 63

Bảng 3.18: Chi phí vật tư (đã bao gồm VAT) của BTĐL cường độ 35 MPa sử dụng

20% tro bay thay thế xi măng 63

Bảng 3.19: Chi phí vật tư (đã bao gồm VAT) của BTĐL cường độ 35 MPa sử dụng 30% tro bay thay thế xi măng 64

Bảng 3.20: Chênh lệch chi phí vật tư của BTĐL và BTXM thông thường 64

Bảng 3.21: Các thiết bị và dụng cụ cầm tay [2] 67

Bảng 3.22: Các thông số trộn hỗn hợp BTĐL tùy theo loại máy trộn[2] 68

Bảng 3.23: Bố trí nhân lực và nội dung công việc trên dây chuyền thi công BTĐL[2] 69

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 : Đập Willow Creek – Một trong những đập xây dựng bằng BTĐL 7

Hình 1.2: Xây dựng lề gia cố trên đường I-285 ở thành phố Atlanta –Mỹ, 2004 9

Hình 1.3: Đập thủy điện Định Bình tại tỉnh Bình Định 10

Hình 1.4 : Sửa chữa nâng cấp đường lộ Giồng xã Tam Hiệp tỉnh Tiền Giang bằng BTĐL 11

Hình 2.1: Minh họa cường độ chịu kéo uốn 21

Hình 2.2: Minh họa cường độ uốn khi bửa 22

Hình 2.3: Minh họa mô đun đàn hồi khi nén tĩnh 23

Hình 2.4: Sơ đồ thiết kế thành phần BTĐL 27

Hình 3.1: Cấp phối cốt liệu của BTĐL 47

Hình 3.2: Cân đong cốt liệu cát mịn 49

Hình 3.3: Cân đong cốt liệu đá mi bụi 49

Hình 3.4: Cân đong cốt liệu đá 5x10mm 50

Hình 3.5: Cân đong xi măng 50

Hình 3.6: Cân đong tro bay 51

Hình 3.7: Thí nghiệm độ cứng Vebe 51

Hình 3.8: Hỗn hợp bê tông sau khi trộn xong 52

Hình 3.9: Công tác đầm mẫu bê tông 52

Hình 3.10: Thí nghiệm cường độ chịu nén 53

Hình 3.11: Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn 53

Hình 3.12: Thí nghiệm cường độ uốn khi bửa (ép chẻ) 54

Hình 3.13: Thí nghiệm mô đun đàn hồi khi nén tĩnh 54

Hình 3.14: Biểu đồ mức tăng cường độ chịu nén của BTĐL theo thời gian 55

Hình 3.15: Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng tro bay tuổi 56 ngày 56

Hình 3.16: Biểu đồ mức tăng cường độ chịu kéo uốn của BTĐL theo thời gian 57

Hình 3.17: Mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và hàm lượng tro bay tuổi 28 ngày 57

Hình 3.18: Mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và hàm lượng tro bay tuổi 56 ngày

58

Hình 3.19: Biểu đồ mức tăng cường độ ép chẻ của BTĐL theo thời gian 59

Hình 3.20: Mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và hàm lượng tro bay tuổi 28 ngày 60

Hình 3.21: Biểu đồ mối tương quan giữa cường độ nén và cường độ chịu uốn 60

Hình 3.22: Biểu đồ mối tương quan giữa cường độ nén và mô đun đàn hồi 61

Hình 3.23: Sơ đồ thi công mặt đường bằng công nghệ BTĐL 67

Hình 3.24: Sơ đồ lu lèn làn đường đầu tiên bằng công nghệ BTĐL 76

PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Trên thế giới người ta đã nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn (BTĐL) để làm đập bê tông trọng lực và được ứng dụng làm mặt đường ở Thụy Điển, Mỹ, Canada, Trung Quốc Từ những năm 1980 cho đến nay mặt đường bê tông đầm lăn được dùng nhiều ở các nước trên thế giới Ở Việt Nam thì BTĐL chủ yếu sử dụng trong xây dựng đập trọng lực cho các thủy điện và bê tông khối lớn; việc áp dụng BTĐL trong xây dựng đường mới chỉ nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm ở một số đường giao thông nông thôn Trong khi vật liệu xi măng hiện nay dư thừa;

Bộ Giao thông vận tải ban hành thông tư số 12/2013/TT-BGTVT quy định về sử dụng kết cấu mặt đường cứng trong đầu tư xây dựng công trình, đặc biệt là mạng lưới đường quốc lộ và đường giao thông nông thôn

Bến Tre là tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long, có diện tích tự nhiên là 2.360

km2; phía Bắc giáp tỉnh Tiền Giang, phía Tây và phía Nam giáp tỉnh Vĩnh Long và tỉnh Trà Vinh, phía Đông giáp biển Đông Hệ thống đường giao thông nông thôn ở Bến Tre có tổng chiều dài 4923 km, trong đó 462,1 km đường nhựa, 2230,7 km đường bê tông xi măng, 706,7 đường đá dăm và 1524 km đường sỏi đỏ, đất Theo

kế hoạch số 5419/KH-UBND về việc tổ chức thực hiện chiến lược phát triển giao thông nông thôn đến năm 2030 trên địa bàn tỉnh Bến Tre thì định hướng phát triển

hệ thống đường giao thông nông thôn giai đoạn 2020 – 2030 sẽ đầu tư xây dựng 691,6 km đường với kinh phí khoảng 486 tỉ đồng [16]

Tỉnh Bến Tre nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo do đó các đường thuộc địa bàn tỉnh chịu ảnh hưởng của chế độ thủy nhiệt rất nhiều nên không thích hợp sử dụng kết cấu áo đường mềm, ngoài ra tải trọng tăng cũng khiến cho áo đường mềm nhanh xuống cấp và bị hư hại Vì vậy việc lựa chọn kết cấu áo đường cứng là một việc cần thiết cho các đường giao thông nông thôn ở Bến Tre Trong khi đó chất lượng vật liệu cát ở Bến Tre nói riêng và Tây Nam Bộ nói chung không đáp ứng được yêu cầu của bê tông xi măng nên hầu như phải vận chuyển cát

từ nơi khác làm tăng giá thành xây dựng, đồng thời sản lượng tro bay ở nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thải ra môi trường khoảng 1 triệu tấn/năm làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

Một giải pháp khác trong xây dựng cở sở hạ tầng giao thông là sử dụng công nghệ bê tông đầm lăn; Bê tông đầm lăn là bê tông khô, ít nước do đó sẽ giảm được

co ngót bê tông Công nghệ bê tông đầm lăn áp dụng cho thi công đường ô tô có những ưu điểm như : phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, thời gian thi công sẽ rút ngắn so với bê tông truyền thống, có thể sử dụng một

số sản phẩm phụ hoặc phế thải công nghiệp giúp giảm được ô nhiễm môi trường đồng thời giảm chi phí xây dựng công trình và giải quyết được vấn đề môi trường Khối lượng thi công càng lớn hiệu quả áp dụng càng cao, việc thi công bê tông đầm lăn cho phép nâng cao hiệu suất thi công, kết hợp các thiết bị cơ giới cùng hoạt động Đặc điểm chính của hỗn hợp Bê tông đầm lăn là không có độ sụt và lượng xi măng sử dụng ít, nên thành phần các vật liệu của Bê tông đầm lăn khác nhiều so với

Bê tông truyền thống, trong đó cấp phối hạt cốt liệu và hàm lượng hạt mịn là yếu tố quan trọng trong việc định lượng thành phần cấp phối và quyết định tính chất của hỗn hợp do đó có thể khắc phục được chất lượng cát tự nhiên ở tỉnh Bến Tre Ngoài

ra sử dụng bê tông đầm lăn đã giảm đáng kể ván khuôn , hàm lượng xi măng ít nên nhiệt thủy hóa sinh ra trong quá trình phát triển cường độ của bê tông thấp, giảm nhiệt độ trong khối bê tông, hạn chế ứng suất nhiệt gây nứt và phá hủy kết cấu Vì vậy việc sử dụng BTĐL dùng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở Bến Tre là rất cần thiết

Chính vì thế đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng bê tông đầm lăn dùng

vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở Bến Tre” là

một đề tài có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến các chỉ tiêu của bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương

Nghiên cứu tỉ lệ tro bay phù hợp cho thành phần bê tông đầm lăn

3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu vật liệu địa phương tại Bến Tre dùng để thiết kế thành phần Bê tông đầm lăn đạt được các chỉ tiêu yêu cầu của kết cấu áo đường cứng sử dụng cho

đường giao thông nông thôn Ngoài ra nghiên cứu thêm tỉ lệ tro bay thay thế xi măng phù hợp trong thành phần Bê tông đầm lăn nhằm giảm giá thành xây dựng

4 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ đề tài này chỉ đề cập nghiên cứu thiết kế thành phần Bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương ở Bến Tre Các chỉ tiêu của Bê tông đầm lăn khi sử dụng vật liệu địa phương và ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến các tính chất của bê tông đầm lăn với các tỉ lệ tro bay khác nhau nhằm giảm hàm lượng

xi măng: độ cứng Vebe, cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, cường độ kéo uốn và môdun đàn hồi Đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng sử dụng bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường giao thông nông thôn

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu các tiêu chuẩn trong và ngoài nước để thiết kế thành phần bê tông đầm lăn Sau đó dùng thực nghiệm để xác định các tính chất của bê tông đầm lăn

6 Kết quả đạt được của đề tài

+ Thiết kế thành phần Bê tông đầm lăn sử dụng vật liệu địa phương ở Bến Tre làm mặt đường giao thông nông thôn ở Bến Tre, đưa ra được tỉ lệ tro bay thay thế xi măng phù hợp cho thành phần Bê tông đầm lăn

+ Đánh giá hiệu quả kinh tế và tính khả thi khi sử dụng Bê tông đầm lăn trong xây dựng đường giao thông nông thôn

7 ết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn có kết cấu gồm 03 chương:

Chương 1: Tổng quan về bê tông đầm lăn trong xây dựng mặt đường ô tô Chương 2: Cơ sở lý thuyết, vật liệu chế tạo và phương pháp thiết kế bê tông

đầm lăn Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và khả năng sử dụng dùng vật liệu địa

phương cho bê tông đầm lăn trong xây dựng đường giao thông nông thôn ở Bến Tre

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG

XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Tình hình phát triển kinh tế xã hội ở Bến Tre

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1.1 Điều kiện tự nhiên:

Vị trí địa lý: Bến Tre là tỉnh thuộc vùng đồng bằng song Cửu Long, có diện tích tự nhiên là 2.360 Km2, được hợp thành bới cù lao An Hóa, cù lao Bảo, cù lao Minh và do phù sa của 4 nhánh sông Cửu Long bồi tụ thành (sông Tiền, sông Ba Lai, sông Hàm Luông, sông Cổ Chiên) Bến Tre cách thành phố Hồ Chí Minh 86

km, cách thành phố Cần Thơ 120 km, phía Bắc giáp tỉnh Tiền Giang, phía Tây và phía Nam giáp tỉnh Vĩnh Long và tỉnh Trà Vinh, phía Đông giáp biển Đông

1.1.1.2 Tài nguyên thiên nhiên:

Bến Tre là tỉnh có nguồn tài nguyên đất phong phú, với nhiều tài nguyên đất phong phú, với nhiều loại đất như: đất cát, đất phù sa, đất phèn, đất mặn Sản xuất nông nghiệp của tỉnh ngày càng mở rộng, nhu cầu thâm canh, tăng vụ ngày càng được chú trọng Hơn 20 năm qua, bằng những nổ lực của mình nhân dân Bến Tre cũng như cả vùng đồng bằng Nam Bộ đã tiến hành nhiều công trình tháo chua rửa mặn, cải tạo đất đai nhằm khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên đất có hiệu quả hơn

Tỉnh Bến Tre có 4 con sông lớn chảy qua là: Mỹ Tho, Ba Lai, Hàm Luông và

Cổ Chiên Những con sông này giũ một vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế, văn hóa của nhân dân trong tỉnh như: cung cấp nước ngọt cho sinh hoạt và nông nghiệp, góp phần làm tươi đẹp cảnh quan, điều hòa khí hậu Hệ thống sông, rạch trong tỉnh còn là điều kiện thuận lợi cho Bến Tre phát triển mạng lưới giao thông đường thủy và thủy lợi

1.1.2 Cơ sở hạ tầng

Giao thông đường bộ: hệ thống giao thông đường bộ của tỉnh có vị trí đặc biệt trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long Thành phố Bến Tre nối liền thành phố Hồ Chí Minh (qua Tiền Giang, Long An) dài 86 km Quốc lộ 60 nối liền các tỉnh phía Tây đang được đầu tư nâng cấp, cầu Rạch Miễu đã khánh thành và đưa

vào sử dụng, rút ngắn đáng kể thời gian đến Bến Tre bằng đường bộ Cầu Hàm Luông hoàn thành nối liền cù lao Bảo và cù lao Minh, cầu Cổ Chiên nối Bến Tre với Trà Vinh đang được xây dựng khi hoàn thành sẽ là động lực phát triển kinh tế của địa phương, gắn kết kinh tế của tỉnh với các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, các vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, để tiềm năng kinh tế - văn hóa – xã hội của Bến Tre được khơi dậy và phát triển mạnh mẽ

Giao thông đường thủy: Bến tre là tỉnh có hệ thống sông ngòi khá phát triển, với 4 con sông lớn chảy qua Các con sông có một vị trí quan trọng trong hệ thống giao thông đường thủy không chỉ của tỉnh mà còn của cả khu vực đồng bằng sông Cửu Long Ngoài ra, mạng lưới kênh rạch chằng chịt nối liền nhau đã tạo thành một mạng lưới giao thông và thủy lợi rất thuận tiện

1.1.3 Kế hoạch phát triển hệ thống đường bộ đường giao thông nông thôn giai đoạn 2016 – 2020

Nâng cấp, cải tạo, xây dựng mới đạt chuẩn theo quy định của Bộ Giao thông vận tải; từng bước bố trí các nguồn vốn để bảo trì hệ thống đường GTNT: 100% đường huyện và tối thiểu 50% đường xã được bảo trì

Trong giai đoạn này, dự kiến sẽ đầu tư xây dựng: 1.156,9km đường với kinh phí khoảng 1.141 tỷ đồng; 789 cây cầu với kinh phí khoảng 145 tỷ đồng; 110 cái cống với kinh phí khoảng 2,9 tỷ đồng

Đường xã: Dự kiến đầu tư xây dựng: 412,4km đường với kinh phí khoảng 644,8 tỷ đồng; 226 cây cầu với kinh phí khoảng 83,9 tỷ đồng; 40 cái cống với kinh phí khoảng 1,4 tỷ đồng

Đường xóm, ấp: Dự kiến đầu tư xây dựng: 744,4km đường với kinh phí khoảng 495,7 tỷ đồng; 563 cây cầu với kinh phí khoảng 60,9 tỷ đồng; 70 cái cống với kinh phí khoảng 1,5 tỷ đồng

1.2 Giới thiệu Bê tông đầm lăn

1.2.1 Khái niệm

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông không có độ sụt, được đầm chặt bằng phương pháp lu và có thể thi công tương tự như thi công đường giao thông bằng bê tông nhựa

1.2.2 Phạm vi ứng dụng

Các nhà vật liệu xây dựng qua nghiên cứu nhận thấy rằng lượng nước (N) yêu cầu để đảm bảo quá trình thuỷ hoá xi măng (X) trong khối bê tông là thấp hơn nhiều so với lượng nước được trộn vào hổn hợp bê tông truyền thống Mặt khác qua nghiên cứu lí luận về cường độ bê tông phát hiện ra rằng cường độ bê tông Rb tỷ lệ thuận với tỷ lệ N/X (Rb=F(N/X)) Vậy nếu giảm lượng nước trộn thì có thể giảm được lượng xi măng của hỗn hợp mà cường độ bê tông vẫn không thay đổi Do giảm lượng nước trộn nên bê tông khô như đất, muốn đầm phải sử dụng máy đầm rung thay vì đầm dùi như bê tông truyền thống

Công nghệ này thích hợp cho các công trình bê tông khối tích lớn, hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường Việc đầm lèn bê tông bằng lu rung cho phép

sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống Công nghệ BTĐL thường được

áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực và mặt đường, sân bãi

1.2.3 So sánh ưu nhược điểm với bê tông xi măng truyền thống

o Ưu điểm:

- Ưu điểm nổi bật của Bê tông đầm lăn là giảm được số lượng xi măng đáng kể trong 1 m3 bê tông so với Bê tông truyền thống, do vậy giảm được nhiệt phát sinh trong khối bê tông là nguyên nhân chính gây ra nứt nẻ bê tông

- Bê tông đầm lăn thi công nhanh hơn, giảm được thời gian xây dựng so với bê tông truyền thống (So sánh trong cùng điều kiện công trình xây dựng và hoàn tất công tác chuẩn bị)

- Có thể thi công liên tục nếu thiết kế khoảnh đổ và tổ chức thi công hợp lý

- Giảm giá thành công trình so với bê tông truyền thống (có thể từ 20%)

15%-o Nhược điểm:

- Do bê tông khô, ít xi măng, dễ bị phân ly vật liệu vữa Bê tông đầm lăn khi vận chuyển, đổ, san, ủi, đầm nén, dẫn đến chất lượng bê tông không đồng đều, thậm chí có thể giảm không đạt cường độ thiết kế

- Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nền nhiệt độ nơi đổ bê tông

- Thời gian ninh kết đạt cường độ thiết kế khá lâu

- Phụ thuộc vào trạm trộn và nguồn cung cấp phụ gia tro bay

1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Bê tông đầm lăn trên thế giới và ở Việt Nam:

1.3.1 Trên thế giới

BTĐL ra đời vào khoảng năm 1961, được đánh dấu bằng sự kiện xây dựng

đê quây của đập Thạch Môn ở Đài Loan – Trung Quốc, năm 1961-1964 đập Alpa Gera ở Ý, công nghệ BTĐL sau hơn nửa thế kỷ đã trở nên phổ biến tại nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc Trong những năm từ 1960 đến

1980 các công trình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL để làm đập bê tông trọng lực tại Canada, Mỹ, Anh, Nhật Bản.Năm 1989, Trung Quốc là nước đầu tiên trên thế giới xây dựng thành công đập trọng lực Thiên Sinh Kiều, cao 61 m, hoàn toàn bằng bê tông đầm lăn Tính đến 2004, Trung Quốc có hơn 10 đập bê tông mới kiểu này

Hình 1.1 : Đập Willow Creek – Một trong những đập xây dựng bằng BTĐL

Công nghệ BTĐL chủ yếu được áp dụng trong thi công xây dựng các đập thủy điện và đê chắn nước Sau hơn 50 năm ứng dụng trên thế giới, công nghệ xây dựng đập bê tông được cải tiến liên tục cả về vật liệu chế tạo và kỹ thuật thi công

Cho tới nay, đập BTĐL được thi công xây dựng ở nhiều nước trên thế giới, ở nơi có nhiệt độ môi trường từ rất thấp cho đến rất cao và có thể trong cả những vùng thường xuyên có mưa lớn Theo thống kê tại hội nghị công nghệ về đập BTĐL được EVN tổ chức tại Hà nội tháng 4/2007 [5]: Số lượng các đập BTĐL đã và đang thi công của các nước trên thế giới tính đến năm 2006 là 352 đập (chưa kể Việt Nam)

BTĐL cho phần lề gia cố (làn đỗ khẩn cấp) thay thế cho cách làm truyền thống và

đã tạo được tiếng vang lớn Đó là huy chương bạc của The National Partnership for Highway Quality vào năm 2006 Cũng trong năm 2004 The City of Columbus, Ohio cũng đã áp dụng công nghệ này cho các đường trong thành phố Cho đến nay, BTĐL được sử dụng rất nhiều cho các đường có tốc độ thấp, các bãi đỗ xe, các nút giao thông trong đô thị, đường trong các khu công nghiệp, kho bãi, bến cảng hàng nặng…

Tuy nhiên, vẫn chưa tìm thấy công trình đường ô tô cấp cao nào sử dụng công nghệ xây dựng mặt đường bằng BTĐL Có lẽ vì chúng được đầm chặt bằng phương pháp lu lèn nên độ bằng phẳng của mặt đường chưa đáp ứng được yêu cầu cho các phương tiện xe chạy với tốc độ cao Cũng vì lý do về độ bằng phẳng của mặt đường BTĐL không được phẳng như mặt đường bê tông nhựa hay BTXM thông thường nên các nhà chuyên môn đã khuyến cáo rằng chỉ nên dùng mặt đường BTĐL cho các đường có tốc độ thiết kế không quá 60 km/h

Hình 1.2: Xây dựng lề gia cố trên đường I-285 ở thành phố Atlanta –Mỹ, 2004 1.3.2 Ở Việt Nam

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu BTĐL từ năm 1995 để lập thiết kế đập Tân Giang Năm 2004, Việt Nam khởi công xây dựng đập sử dụng công nghệ thi công

Bê tông đầm lăn đầu tiên là đập PleiKrông tại tỉnh Kon Tum có chiều cao 75m được thiết kế bởi công ty Tư vấn Xây dựng Điện I, dự kiến hoàn thành vào năm 2009

Sau đó là đập thủy điện Bản Vẽ tại tỉnh Nghệ An có chiều cao 138m, đập thủy điện

A Vương tại tỉnh Quảng Nam có chiều cao 70m

Nhìn chung, Ở Việt Nam BTĐL chủ yếu được sử dụng trong xây dựng đập trọng lực cho các thủy điện và bê tông khối lớn, điển hình là thủy điện Sơn La sử dụng 3 triệu m3 bằng bê tông đầm lăn [4],[12]

Đập thủy điện Pleikrông có mác M15 tuổi 180 ngày, Dmax cốt liệu 40mm lượng chất kết dính 290 kg (80 kg xi măng + 210 kg Puzolan) Do hàm lượng chất kết dính lớn nên cường độ bê tông thường vượt mác yêu cầu khá nhiều từ 30 – 40

% Đập Định Bình tỉnh Bình Định do công ty tư vấn xây dựng thủy lợi 1 thiết kế đang được xây dựng bằng BTĐL có mác M20 dùng Dmax=40mm tuổi thiết kế 90 ngày, lượng chất kết dính 261 kg(trong đó 126 kg xi măng, 141 kg tro bay); phần lõi đập BTĐL mác M15 tuổi 90 ngày Dmax= 60 mm, lượng dùng chất kết dính

245 kg (205 kg xi măng + 40kg tro bay)

Cho đến nay có thể nói Việt Nam đã chính thức có tên trên bản đồ công nghệ BTĐL của thế giới Theo báo cáo của Dr M.R.H.Dunstan tại Hội nghị xây dựng đập BTĐL, do Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN tổ chức tại Hà Nội tháng 4 năm 2007 [20], đập BTĐL của thuỷ điện Sơn La đứng thứ 10 về chiều cao và đứng thứ 3 về khối lượng bê tông trong số 10 đập bê tông lớn nhất của thế giới, tính đến

2006 Việt Nam đứng thứ 2 thế giới, sau Trung Quốc, về số lượng đập cao hơn 60

m đang thi công bằng BTĐL [5]

Hình 1.3: Đập thủy điện Định Bình tại tỉnh Bình Định

Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng BTĐL trong xây dựng đường ô tô

ở Việt Nam mới chỉ là bước đầu Hiện nay tổng công ty Fico ứng dụng công nghệ

này làm các tuyến đường giao thông nông thôn tại Tây Ninh, Tiền Giang, và thu được một số kết quả ban đầu khá tốt Trong đề tài nghiên cứu của tổng công ty Fico đã sử dụng Puzolan làm phụ gia khoáng cho BTĐL nhưng chưa nói rõ hàm lượng tối ưu của phụ gia này thay thế xi măng như thế nào Đề tài này cũng đã ứng dụng BTĐL vào xây dựng một số tuyến đường giao thông nông thôn trên một số địa bàn ở Nam Bộ nhưng có phủ lớp vữa nhựa để tạo bằng phẳng cho mặt đường

Hình 1.4 : Sửa chữa nâng cấp đường lộ Giồng xã Tam Hiệp tỉnh Tiền Giang

bằng BTĐL

1.4 Khả năng ứng dụng của bê tông đầm lăn trong xây dựng kết cấu áo đường

ô tô ở Việt Nam

Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) là một trong hai loại mặt đường chủ yếu dùng trong xây dựng đường ô tô các cấp và sân bay ở các nước trên thế giới và

ở Việt Nam Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay

Mặt đường bê tông khá phổ biến ở các nước phát triển như các nước châu

Âu, Mỹ, Trung Quốc tỷ lệ mặt đường BTXM ở các nước này chiểm khoảng 40% Các nước này đều có công nghệ, trang thiết bị đồng bộ thi công mặt đường BTXM, phổ biến là máy rải bê tông liên hợp Tại Việt Nam thì tỷ lệ này rất thấp, mặt đường BTXM chủ yếu được sử dụng tại đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ trên các sân bay Đối với đường giao thông, ngoài đường giao thông nông thôn mới thấy sử dụng kết cấu BTXM ở một số đoạn thuộc QL3, QL1, QL18, QL63 đường Hồ Chí

Minh, các khu vực trạm thu phí và đang xây dựng đối với đường tuần tra biên giới, đường đông trường sơn (Bộ quốc phòng)

Ở Việt Nam đã xây dựng mặt đường BTXM từ những năm 1975 hàng ngàn ki-lô-mét đường giao thông nông thôn cũng được xây dựng bằng phương pháp thủ công đang phục vụ đắc lực cho việc đi lại và sản xuất nông nghiệp Tính đến nay, cả nước có khoảng hơn 1.113 km đường BTXM Ngoài ra, có khoảng 11.000 km đường tuần tra biên giới đang được triển khai theo kết cấu mặt đường BTXM

Bê tông đầm lăn là loại bê tông nghèo xi măng tiết kiệm được lượng xi măng

so với BTXM truyền thống, thời gian xây dựng được rút ngắn, đẩy nhanh được tiến

độ thi công Khối lượng thi công càng lớn hiệu quả kinh tế càng cao Do đó, trong tình hình kinh tế suy thoái như hiện nay, việc thay thế một phần mặt đường BTXM bằng mặt đường BTĐL là một giải pháp kích cầu mà Đảng và nhà nước ta khuyến khích

Bê tông đầm lăn có tính dẻo kém, lượng nước dùng ít nên khô hơn so với BTXM truyền thống Vì thế, để tăng tính dẻo và dễ đầm chặt hỗn hợp cần phải bổ sung chất phụ gia khoáng, ngoài tác dụng là thành phần lấp đầy thì nó còn tham gia phản ứng tạo thành đá xi măng Do lượng nước dùng rất ít nên giảm được lượng xi măng đáng kể để đạt được cường độ tương đương nhưng chi phí đầm lèn cao hơn so với BTXM truyền thống Mặt khác, yêu cầu miền cấp phối của hỗn hợp BTĐL làm đường khắt khe hơn nhiều so với cấp phối đá dăm gia cố xi măng nên công nghệ chế tạo phức tạp và khó tạo độ bằng phẳng cho mặt đường hơn so với BTXM thông thường Do những yếu tố khách quan và chủ quan nên công nghệ BTĐL hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường ô tô ở Việt Nam

1.5 Kết luận chương 1

- Trong chương này, tác giả giới thiệu tổng quan tình hình phát triển kinh tế

xã hội ở Bến Tre qua đó thấy được kinh tế chủ yếu của Bến Tre là nông nghiệp, nhưng cơ sở hạ tầng chưa đáp ứng được hết nhu cầu để phát triển nông nghiệp Do

đó, định hướng trong những năm tiếp theo sẽ phát triển hệ thống đường giao thông nông thôn nhằm đẩy mạnh sự phát triển của ngành nông nghiệp của tỉnh

- Qua việc khái quát về bê tông đầm lăn, tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn trên thế giới và ở Việt Nam nhận thấy rằng việc ứng

dụng công nghệ bê tông đầm lăn vào làm đường ô tô ở Việt Nam sẽ có thể giảm được một phần đáng kể chi phí đầu tư xây dựng

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT, VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG

PHÁP THIẾT KẾ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 2.1 Một số lý thuyết thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông

2.1.1 Lý thuyết cấp phối lý tưởng của Fuller-Thompson

Bằng nghiên cứu thực nghiệm, Fuller-Thompsom đã nghiên cứu và đưa ra phương trình đường cong cấp phối hạt lý tưởng có phương trình chung:

n

d P D

Trong đó : P là thành phần (%) hạt lọt qua sàng d, mm: n=0.3, 0.4, 0.5

D là kích thước cỡ hạt lớn nhất Dmax, mm

2.1.2 Lý thuyết cấp phối hạt của Talbol

Theo sự nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối phù hợp với công thức sau thì đạt được độ chặt lớn nhất [16]:

P = (d/20)0.5 x 100 = 22.36 d

2.1.3 Lý thuyết cấp phối cốt liệu lý tưởng

Cấp phối cốt liệu được định nghĩa là mối quan hệ giữa kích cỡ sàng tiêu chuẩn Xi và tổng lượng lọt qua sàng này Yi Mối quan hệ này tính toán công thức hay biểu đồ Tối ưu hóa cấp phối cốt liệu có nghĩa là dùng đường cong cấp phối lý tưởng thì cho một hỗn hợp cốt liệu có độ đặc tốt

Đường cong Fuller được biểu thị bằng công thức toán học sau:

YTi = 100.(Xi/Xmax)0.5

Trong đó: YTi - lượng lọt sàng lý tưởng (lý thuyết)

Xmax - kích cỡ lớn nhất cốt liệu, mm (điểm kết thúc đường cong lý tưởng)

Về lý thuyết ta có thể đạt được cấp phối lý tưởng khi lựa chọn một tỷ lệ hợp

lý hỗn hợp cốt liệu, tuy nhiên cách này thì khó khăn và không kinh tế Thực nghiệm ta chuẩn bị sẵn các loại cốt liệu mịn và cốt liệu thô với các cấp phối tỷ lệ khác nhau để pha trộn cho một độ đặc hợp lý và có hiệu quả kinh tế cao

2.2 Thành phần vật liệu yêu cầu chế tạo bê tông đầm lăn

2.2.1 Xi măng

Xi măng poóc lăng thông thường có dạng là PCB và PC Một số chủng loại xi măng đặc chủng bao gồm: Xi măng bền sun phát, xi măng dãn nở, xi măng ít toả nhiệt, xi măng tro bay,…

Xi măng dùng cho bê tông đầm lăn có thể sử dụng loại poóc lăng (PC) phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 2682 : 1999 hoặc xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6260 : 2009

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB)

2 Thời gian đông kết, min

pháp Le Chatelier, mm, không lớn hơn 10

5 Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3), %,

không lớn hơn

3.5

6 Độ nở autoclave(1), %, không lớn hơn 0.8

2.2.2 Cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn có hình dạng hạt hợp lý và thành phần hạt phải nằm trong giới hạn đường bao cấp phối tiêu chuẩn, không chứa quá nhiều các chất độc hại Hàm lượng cỡ hạt các loại vừa đủ để đảm bảo nguyên tắc hạt nhỏ chèn vào khe rỗng hạt lớn để tạo ra độ đặc lớn nhất

Thành phần hạt cốt liệu lớn dùng chế tạo bê tông đầm lăn biểu thị bằng lượng sót tích lũy trên các sàng, đáp ứng các yêu cầu qui định trong tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

Bảng 2.2: Thành phần hạt của đá theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

Độ hao mòn khi va đập trong máy LosAngeles không vượt quá 30% khối lượng khi làm đường cấp III trở lên và 35% khi làm đường từ cấp IV trở xuống và sân bãi

Hàm lượng thoi dẹt, không vượt quá 15% khối lượng đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35% đối với bê tông cấp B30 và thấp hơn

2.2.3 Cốt liệu nhỏ

Yêu cầu chất lượng cốt liệu nhỏ của bê tông đầm lăn cơ bản giống vật liệu nhỏ dùng cho bê tông thường: Cát phải sạch, không chứa nhiều chất độc hại và tạp

chất hữu cơ Cát thô có môdun độ lớn trong khoảng từ 2.0 đến 3.3, cát mịn có moodun độ lớn trong khoảng 0.7 đến 2.0 Hình dạng hạt của cốt liệu nhỏ có ảnh hưởng lớn đến khả năng đầm chặt và tính chất của bê tông đầm lăn Cát có góc cạnh, nhất là cát dẹt nhiều hoặc cát cấp phối không tốt thì sẽ tạo ra lổ rỗng lớn Thành phần hạt của cát, biểu thị qua lượng sót tích lũy trên sàng, nằm trong phạm vi quy định trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Thành phần hạt của cát theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu, không được thẫm hơn màu chuẩn

Bảng 2.4: Hàm lượng các tạp chất trong cát theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006

Tạp chất

Hàm lượng tạp chất, % khối lượng, không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấp hơn và bằng B30

2.2.4 Phụ gia khoáng

Phụ gia khoáng (PGK) là thành phần không thể thiếu trong BTĐL cho hạ tầng giao thông Phụ gia khoáng có vai trò cải thiện, điều chỉnh một số tính chất của bê tông Phụ gia khoáng (Tro bay nhiệt điện hoặc Puzolan, tro trấu,…) là thành phần không thể thiếu trong BTĐL có tác dụng nâng cao một số tính năng kỹ thuật của bê tông Phụ gia khoáng ngoài khả năng lấp đầy lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông thì nó còn tham gia phản ứng với Ca(OH)2 để tạo ra C- S-H tăng pha đặc của đá xi măng [11], [13] Sự có mặt của phụ gia khoáng có tác dụng giảm lượng nhiệt thủy hóa trong BTĐL Việc trộn thêm chất phụ gia khoáng hoạt tính sẽ có tỷ lệ tăng cường độ thời kỳ đầu thấp nhưng cường độ dài hạn tăng, tính chống thấm và tính biến dạng của bê tông thấp Phụ gia khoáng bao gồm các loại vật liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo ở dạng nghiền mịn

Phụ gia khoáng trong BTĐL theo tiêu chuẩn Mỹ thỏa mãn yêu cầu của ASTM C618 Tiêu chuẩn này được nhiều nước sử dụng khi lựa chọn phụ gia khoáng cho BTĐL

Bảng 2.5: Chỉ tiêu kỹ thuật của PGK cho BTĐL theo ASTM C618

vị

ASTM C618 Loại N Loại F Loại C

1 Tổng hàm lượng các oxit

SiO2, Al2O3, Fe2O3

% Min 70 Min 70 Min 50

2 Hàm lượng SO3 " Max 4 Max 5 Max 5

4 Hàm lượng MKN " Max 10 Max 6 Max 6

5 Độ mịn trên sàng 45µm " Max 34 Max 34 Max 34

Min 75 Min 75

7 Lượng nước yêu cầu " Max 105 Max 105 Max 105

8 Độ nở autoclave " Max 0.8 Max 0.8 Max 0.8

2.2.5 Phụ gia hóa học

Phụ gia hóa học được sử dụng trong BTĐL dưới dạng phụ gia siêu dẻo giảm nước và kéo dài thời gian đông kết Theo quan điểm của BTĐL giàu hồ, khi rải lớp

BTĐL tiếp theo thì lớp BTĐL rải trước đó chưa kết thúc đông kết Do vậy cần kéo dài thời gian đông kết của BTĐL Việc sử dụng phụ gia hóa học sẽ hạn chế lượng nước sử dụng song vẫn đảm bảo các tính chất công tác của bê tông

Theo kinh nghiệm nước ngoài, phụ gia hóa học dùng chủ yếu trong BTĐL là

để điều chỉnh tính công tác và thời gian đông kết của hỗn hợp BTĐL Liều lượng dùng phụ gia hóa học trong BTĐL thường lớn hơn so với bê tông xi măng truyền thống Việc dùng phụ gia giảm nước làm chậm đông kết làm tăng tính linh động của BTĐL, kéo dài thời gian đông kết ban đầu của bê tông giúp cho quá trình thi công liên tục không phải mất nhiều thời gian và chi phí cho việc xử lý bề mặt trước khi đổ các lớp tiếp theo

2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho BTĐL

2.3.1 Thí nghiệm xác định độ cứng Vebe

Sử dụng xẻng và bay lưỡi vuông, lấy mẫu thử có tính đại diện với khối lượng tối thiểu 22,7kg theo hướng dẫn ASTM C172 Bê tông sử dụng phải đảm bảo cốt liệu lớn không bị tách ra khỏi hỗn hợp bê tông

Làm ướt bề mặt bên trong của thùng mẫu và đổ hỗn hợp bê tông với khối lượng khoảng 13,4 ± 0,7kg vào thùng Sử dụng bay lưỡi vuông và thanh chọc để đổ

và rải đều hỗn hợp bê tông giảm tối đa sự phân tách cốt liệu lớn Gạt phẳng bề mặt hỗn hợp bê tông trong thùng

Kẹp chặt thùng mẫu trên bàn rung Vebe bằng cách siết chặt bu lông Trượt cần dẫn hướng của quả tải thông qua ống dẫn hướng và xoay tay dẫn hướng ra sao cho tâm quả tải trùng với trục tâm thùng mẫu, cần đảm bảo quả gia tải và tấm nhựa

sẽ khớp với lòng trong thùng mẫu khi tháo chốt Gia tải có thể được hạ xuống phía dưới miệng thùng mẫu thì cần điều chỉnh vị trí của gia tải và thùng mẫu nhưng chú

ý không được để gia tải chạm vào mẫu thử trong khi điều chỉnh Siết chặt đai ốc của bàn rung Vebe bằng mỏ lết để tránh sự dịch chuyển trong suốt quá trình thí nghiệm Tháo chốt, hạ từ từ quả gia tải cho tiếp xúc với mặt mẫu thử

Nếu quả gia tải không thể đặt vào vị trí tâm thùng mẫu mà không bị chạm vào thành trong của thùng mẫu thì có thể đặt trực tiếp quả gia tải lên mặt mẫu và sử dụng tay giữ cho thanh dẫn hướng vuông góc với mặt mẫu mà không cần sử dụng

hệ thống dẫn hướng Thanh dẫn hướng gia tải được giữ vuông góc với mặt mẫu

trong suốt quá trình thí nghiệm Trong khi thí nghiệm, không được ấn vào quả gia tải

Bật đồng thời đầm rung và đồng hồ bấm giây Sử dụng đèn để quan sát hỗn hợp bê tông trong thùng ở khe hở giữa viền quả gia tải và thành trong thùng mẫu Trong quá trình thí nghiệm vữa sẽ lấp đầy khe hở giữa mép ngoài và thành trong thùng mẫu Quan sát cho tới khi vữa được hình thành xung quanh toàn bộ chu vi của quả gia tải Khi vữa hình thành toàn bộ xung quanh quả tải thì tắt đầm rung và đồng hồ bấm giây Ghi lại thời gian này vì đó chính là thời gian Vebe (độ cứng Vebe)

Trong đó: P – Tải trọng phá hoại (daN)

F – Diện tích chịu nén của viên mẫu (cm2)

α – Hệ số tính đổi cường độ mẫu khác chuẩn ra cường độ mẫu chuẩn

Bảng 2.6: Hệ số đổi cường độ mẫu khác chuẩn ra cường độ chuẩn

Hình dáng mẫu Kích thước mẫu, mm Hệ số tính đổi

mẫu cịn lại là cường độ nén cần tìm Nếu tổ mẫu chỉ cĩ hai viên thì lấy trung bình

số học của kết quả thử hai viên đĩ

2.3.3 Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn:

Cường độ chịu nén của từng viên mẫu bê tơng (R: daN/cm2) được tính theo cơng thức :

a b

Trong đĩ: P – Tải trọng uốn gãy mẫu (daN)

L – Khoảng cách giữa 2 gối tựa (cm)

a – Chiều rộng tiết diện ngang của mẫu (cm)

b – Chiều cao tiết diện ngang của mẫu (cm)

1.Gối tựa di động 2.Gối tựa cố định 3.Khớp cầu 4.Dầm phụ

Hình 2.1: Minh họa cường độ chịu kéo uốn

Cách tiến hành : Đo các kích thước tiết diện chịu uốn của mẫu chính xác tới 1mm kích thước mỗi chiều của tiết diện là trung bình số học của hai đường trung bình trên hai mặt đối diện tạo ra chiều đĩ;

Chọn thang lực uốn thích hợp để khi thử, tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20-80% tải trọng cực đại của máy ;

Khi đặt mẫu lên máy thử uốn, chú ý hướng tác dụng của lực song song với mặt hở của dầm khi đổ Vị trí đặt lực, các khoảng cách giữa 2 gối tựa và 2 gối truyền tải khơng được vượt quá 0,5mm ;

Uốn mẫu bằng cách tăng tải liên tục với vận tốc khơng đổi 0,6±0,4daN/cm2 trong 1s cho tới khi gãy mẫu Lực tỗi đa đạt được khi thử uốn là tải trọng uốn gãy

2.3.4 Thí nghiệm cường độ uốn khi bửa (ép chẻ):

Cường độ kéo khi bửa của từng viên mẫu bêtơng được tính bằng daN/cm2 chính xác tới 0.5 daN/cm2 theo cơng thức:

R = *2P/F Trong đĩ: P – Tải trọng bửa đơi mẫu (daN)

F – Diện tích tiết diện chịu kéo khi bửa của viên mẫu (cm)

δ – Hệ số chuyển đổi cường độ (được xác định như phụ lục TCVN 3118:1993)

a a/2 a/2

1 2

1 Mẫu thử 2 Gối truyền tải

3 Đệm gỗ

3

Hình 2.2: Minh họa cường độ uốn khi bửa

Cường độ kéo khi bửa của bêtông là giá trị trung bình của 3 viên trong tổ có giá trị không lệch nhau quá 15% Nếu một trong hai giá trị vượt quá 15% thì bỏ cả hai giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, lấy giá trị trung bình viên còn lại Khi tổ mẫu chỉ có hai viên thì là trung bình số học của hai viên đó

* Tiến hành thử :

Xác định tiết diện kéo khi bửa Kẻ khung tạo bởi 2 đường sẽ đặt lực và hai đường trung bình trên 2 mặt viên mẫu vuông góc với các đường đặt sao cho mặt phẳng khung vuông góc với mặt hở của viên mẫu lập phương khi đổ Trên các viên mẫu trụ thì kẻ khung tạo bởi hai đường sinh và hai đường kính cùng nằm trên một mặt phẳng Diện tích tiết diện chịu kéo khi bửa chính là diện tích tiết diện của khung đã kẻ, tính theo các giá trị trung bình của các cặp cạnh song song với nhau từng đôi một chính xác tới 1mm;

Tẩy sạch viên mẫu, tấm nén đệm truyền tải;

Đặt mẫu chính tâm máy giữa các đệm truyền tải;

Khi thử tải trọng được tăng liên tục 0.6±0.4 daN/cm2 trong 1s cho đến khi mẫu được bửa đôi, thời gian bửa vỡ 1 viên mẫu ít nhất là 30s Lực tối đa đạt được khi bửa là tải trọng bửa đôi mẫu

2.3.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi khi nén tĩnh:

Cường độ lăng trụ ( RLT, daN/cm2 ) của từng viên mẫu tính theo công thức:

RLT =

F P

Trong đó: P – Tải trọng phá hoại (daN)

F – Diện tích tiết diện chịu nén (cm2)

Môđun đàn hồi khi nén tĩnh (E0) của từng viên mẫu tính bằng daN/cm2 theo công thức:

E0 =

0 1

0 1

Cường độ lăng trụ cũng như môđun đàn hồi khi nén tĩnh đều tính từ các giá trị của các viên mẫu trong tổ theo Điều 4.3 của TCVN 3118:1993

Tăng tải lên mẫu với vận tốc 6±4 daN/cm2 trong 1s cho tới khi đạt ứng suất thử bằng khoảng 40% giá trị cường độ RLT xác định ở trên Giữ tải ở ứng suất này 60s và đọc giá trị đồng hồ đo trong khoảng 30s nữa

Tính biến dạng tương đối ở từng mặt bằng hiệu số hai lần đọc đồng hồ gắn ở trên mặt đó, chia cho khoảng cách rồi tính giá trị trung bình của 4 mặt

Nếu biến dạng ở các mặt đều không lệch quá 20% so với biến dạng trung bình thì giảm tải về mức ứng suất ban đầu (0) với vận tốc tương đương như khi tăng tải và sau đó tiến hành thêm 2 chu kỳ nâng và hạ tải tương tự như làm ở trên Chú ý ở lần nâng tải cuối cùng, sau khi nâng tải tới ứng suất (t) lưu tải 60s thì đọc các giá trị đồng hồ ở các mặt trong thời gian khoảng 30s và coi đây là giá trị chính thức dung để tính toán

2.4 Phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL

Bê tông đầm lăn sử dụng lượng xi măng tương đối ít, thông thường trộn thêm phụ gia khoáng hoạt tính và chất độn với khối lượng lớn Bê tông đầm lăn

không có độ lưu động như BTXM thông thường, ở trạng thái rời rạc Sau khi đầm lăn, xi măng ninh kết và đông cứng có đặc điểm như bê tông truyền thống; tức là chất kết dính sau khi thủy hóa sẽ dính kết các cốt liệu lại thành một khối và duy trì cường độ theo thời gian Bê tông đầm lăn cũng được tạo bởi 3 pha rắn, pha lỏng và pha khí như bê tông truyền thống Dùng chấn động rung và lăn ép để làm chặt hỗn hợp, các hạt có sự chuyển động xích lại gần nhau hơn Các hạt nhỏ bị đẩy vào các khe hở của các hạt lớn làm cho không khí ở các thể này dần dần bị đẩy thoát ra ngoài Khi rung ép keo dính bị “hóa lỏng” có đặc tính lưu động nhất định sẽ lấp đầy vào các khe hở

Việc đầm chặt của hỗn hợp BTĐL vừa mang đặc điểm của bê tông truyền thống vừa có một số đặc trưng thi công nén chặt đất đá

2.4.1 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn theo Hiệp hội quân sự Mỹ USACE

Theo phương pháp này một loạt các bảng tra, biểu đồ được sử dụng để lựa chọn các giá trị cần thiết, sau đó dùng thực nghiệm để kiểm tra và điều chỉnh lại các thông số để có được một thành phần cấp phối BTĐL đáp ứng được các yêu cầu thiết kế

Sau đây là trình tự thiết kế thành phần BTĐL theo USACE [27]:

Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu như: cường độ trung bình yêu cầu, tuổi thiết kế, loại chất kết dính (CKD)(có hoặc không có puzolan) kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu Các tính chất khác nhau như độ nhiệt, hệ số khuyếch tán, từ biến, ứng suất, biến dạng v.v… được tiến hành sau khi thành phần BTĐL đã được lựa chọn

Bước 2: Xác định tính chất của vật liệu sử dụng cho BTĐL Vật liệu cần có khối lượng đảm bảo để tiến hành các mẻ trộn có dung tích khoảng 500 lít BTĐL

Bước 3: Dựa vào Dmaxcốt liệu, độ cứng Vebe lựa chọn lượng dùng nước

sơ bộ và hàm lượng bọt khí

Bước 4: Tính toán lượng xi măng tương ứng với cường độ nén cần thiết Tính toán lượng xi măng tương ứng với cường độ nén cần thiết Nếu có puzolan, thì tính toán lượng xi măng và puzolan theo khối lượng xi măng tương đương

Bước 5: Tính toán tỷ lệ cốt liệu lớn phù hợp về thành phần hạt so với yêu cầu

Bước 6: So sánh thành phần hạt cốt liệu nhỏ thực tế sử dụng với phạm vi thành phần hạt theo khuyến cáo

Bước 7: Xác định thể tích tuyệt đối và khối lượng của vật liệu dựa theo kết quả thu được từ bước hai đến bước 6

Bước 8: Xác định thể tích vữa và so sánh với các giá trị khuyến cáo Thể tích vữa bao gồm phần cốt liệu lọt sàng 4.75mm, CKD, nước và thể tích bọt khí

Bước 9: Xác định tỷ lệ “thể tích hồ hoặc thể tích vữa”, tỷ lệ này cần lớn hơn hoặc bằng 0.42 để các lỗ hổng trong cốt liệu được lấp đầy bằng hồ CKD Từ đó điều chỉnh cho hợp lý lượng hạt mịn

Bước 10: Kiểm tra tính công tác của hỗn hợp BTĐL và cường độ ở các tuổi cần thiết thông qua các mẻ trộn thử Đối với BTĐL có Dmax= 38mm sau khi kiểm tra khối lượng thể tích của hỗn hợp BTĐL thì tiến hành sàng ướt loại bỏ các hạt cốt liệu có đường kính bằng 38mm Sau đó tiến hành kiểm tra độ cứng Vebe và hàm lượng bọt khí Đúc mẫu bê tông để kiểm tra cường độ và các tính chất khác của BTĐL

Bảng 2.8: Hàm lượng của nước, cốt liệu và vữa theo đường kính cốt liệu

2.4.2 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn của Bộ xây dựng Nhật Bản

Các tính toán cũng dựa trên nguyên tắc thể tích tuyệt đối Tuy nhiên quá trình tính toán và thí nghiệm khá phức tạp (xem sơ đồ hình 2.4)

Hình 2.4: Sơ đồ thiết kế thành phần BTĐL

Dưới đây tóm tắt những điểm chính của phương pháp này:

Xác định lượng dùng xi măng dựa trên cường độ yêu cầu, lượng dùng CKD thấp nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về cường độ Sử dụng tro bay để giảm lượng nhiệt thuỷ hoá và giảm lượng dùng nước Mức ngậm cát của BTĐL lớn hơn so với bê tông khối lớn thông thường giúp giảm phân tầng và tăng khả năng đầm chặt bằng lu rung

Lượng dùng xi măng phụ thuộc vào giá trị cường độ nén trung bình yêu cầu Hầu hết các đập BTĐL ở Nhật Bản có R91= 20 MPa và lượng dùng CKD khoảng 130kg/m Tỷ lệ thay thế xi măng bằng tro bay từ 20-30%

Lượng dùng nước được xác định sau khi đã có kết quả kiểm tra:

+ Khối lượng thể tích vữa

+ Cường độ nén của các cấp phối có lượng dùng nước thay đổi

+ Độ cứng Vebe khi lượng nước thay đổi

Sử dụng đường cong biểu thị tương quan giữa cường độ BTĐL với lượng dùng nước để chọn lượng dùng nước ứng với Vebe là 20s

Thành phần cấp phối hạt cốt liệu lớn được xác định bằng thực nghiệm bằng cách thay đổi tỷ lệ các cỡ hạt để đầm nén chặt Cấp phối hạt có khối lượng thể tích lớn nhất sẽ được lựa chọn

Sau khi cố định lượng dùng xi măng, tro bay, nước tiến hành trộn thử một

số mẻ trộn có mức ngậm cát thay đổi Xác định giá trị Vebe, mức ngậm cát cho

Vebe nhỏ nhất sẽ được chọn Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu sử dụng thùng lớn

để thử Vebe thì mức ngậm cát hợp lý là 30-32 % Sau đó xây dựng đường cong quan hệ giữa cường độ BTĐL với lượng dùng xi măng và đường này sẽ được sử dụng để xác định lượng dùng xi măng

2.4.3 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn theo ACI

Dựa trên cơ sở lý thuyết “thể tích tuyệt đối”, nghĩa là tổng thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu trong 1m3 bê tông thì bằng 1000 lít, đồng thời thành phần cấp phối cốt liệu của BTĐL phải nằm trong đường bao cấp phối quy định

Cơ sở lý thuyết phương pháp này: Bê tông được coi hoàn toàn đặc và là tổng thể tích đặc riêng lẻ của các vật liệu tạo ra bê tông

Ryc = 1.15 – 1.2Rb (Rb : là cường độ chịu nén tối thiểu) Bước 2: Xác định lượng nước nhào trộn N, phụ thuộc vào:

R R

Trong đó : A, A1: là các hệ số phụ thuộc vào cốt liệu

Rx: là cường độ chịu nén của xi măng ở 28 ngày tuổi

CKD: là chất kết dính (gồm xi măng và tro bay)

Khối lượng xi măng và tro bay (PGK) cần cho 1m3

bê tông

Bước 4: Xác định khối lượng chất kết dính (CKD, kg)

CKD CKD N

Đ Đ Đ

Trong đó: 0

Đ

 , 0CKD, 0C: là khối lượng thể tích của đá, chất kết dính và nước

- Xác định khối lượng vật liệu cho mẻ trộn V (lít)