TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ BÁ KHÁNH NAM NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỎ ĐÁ THƯỜNG TÂN HUYỆN TÂN UYÊN – TỈNH BÌNH DƯƠNG ĐỂ LÀM BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN VĂN TH
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐÁ THƯỜNG TÂN - HUYỆN TÂN UYÊN - TỈNH BÌNH DƯƠNG
Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Bình Dương
Bình Dương là tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ, nằm trong Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, giáp với Đồng Nai, Bình Phước, Tây Ninh và thành phố Hồ Chí Minh Tỉnh có diện tích tự nhiên 2.694,43 km², chiếm khoảng 0,83% diện tích cả nước và 12% diện tích miền Đông Nam Bộ Dân số tỉnh Bình Dương đạt 1.802.500 người (theo Tổng cục Thống kê tháng 10/2014) và được chia thành 09 đơn vị hành chính cấp huyện, bao gồm thành phố Thủ Dầu Một, các thị xã Dĩ An, Thuận An, Bến Cát, Tân Uyên, cùng với các huyện Bàu Bàng, Bắc Tân Uyên, Dầu Tiếng, Phú Giáo, và 91 đơn vị hành chính cấp xã.
Hình 1-1: Bình đồ vị trí tỉnh Bình Dương
Bình Dương, một phần của miền Đông Nam Bộ, gắn liền với lịch sử và cư dân của Gia Định và Đồng Nai xưa Nằm giữa sông Đồng Nai và sông Sài Gòn, vùng đất này sở hữu những điều kiện sinh thái đặc biệt, tạo nên những đặc điểm riêng biệt cho cư dân nơi đây từ lịch sử hình thành đến kỹ năng nghề nghiệp Bình Dương từ lâu đã nổi tiếng với sự nhộn nhịp trong giao thương và hội tụ văn hóa từ nhiều vùng miền trên cả nước.
Bình Dương là một tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ, diện tích tự nhiên 2.694,43 km 2 với những đặc trưng sau:
Tỉnh này nằm ở vị trí chuyển tiếp giữa sườn phía nam dãy Trường Sơn và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Địa hình của tỉnh chủ yếu là bình nguyên, với độ cao lượn sóng từ 10m đến 15m so với mặt biển Vị trí trung tâm của tỉnh được xác định bởi tọa độ địa dư cụ thể.
10 0 50’27’’ đến 11 0 24’32’’ vĩ độ bắc và từ 106 0 20’ đến 106 0 25’ kinh độ đông
Bình Dương là một vùng đất tương đối bằng phẳng, có độ cao giảm dần từ bắc xuống nam Khu vực này sở hữu nhiều loại địa hình đa dạng, bao gồm vùng núi thấp với những đồi lượn sóng nhẹ, vùng địa hình bằng phẳng và các thung lũng bãi bồi Nơi đây cũng có một số ngọn núi thấp nổi bật như núi Châu Thới ở huyện Dĩ An và núi Cậu (hay còn gọi là núi Lấp Vò) tại huyện Dầu Tiếng, cùng với một số đồi thấp khác.
Các quy luật tự nhiên đã tạo ra nhiều dạng địa mạo khác nhau trên vùng đất này, bao gồm các khu vực bị bào mòn, khu vực tích tụ do lắng đọng vật liệu theo dòng chảy, và những khu vực vừa bị bào mòn vừa tích tụ Nguyên nhân chính của những hiện tượng này là do tác động của nước mưa và dòng chảy trên bề mặt đất, kết hợp với sức gió, nhiệt độ, khí hậu, cũng như sự sạt lở và sụp trượt do trọng lực của nền địa chất Những tác động này đã diễn ra trong suốt hàng triệu năm.
Đất đai: Đất đai ở đây rất đa dạng và phong phú về chủng loại:
Đất xám trên phù sa cổ, với diện tích 200.000 ha, phân bố tại các huyện Dầu Tiếng, Bến Cát, Thuận An và thị xã Thủ Dầu Một, rất thích hợp cho nhiều loại cây trồng, đặc biệt là cây công nghiệp và cây ăn trái.
Đất nâu vàng trên phù sa cổ, với diện tích khoảng 35.206 ha, phân bố tại các huyện Tân Uyên, Phú Giáo, thị xã Thủ Dầu Một, Thuận An và dọc quốc lộ 13, rất thích hợp cho việc trồng rau màu và các loại cây ăn trái chịu hạn như mít và điều.
Đất phù sa Glây, chủ yếu là đất dốc tụ trên phù sa cổ, phân bố ở phía bắc huyện Tân Uyên, Phú Giáo, Bến Cát, Dầu Tiếng, Thuận An và Dĩ An Với diện tích khoảng 7.900 ha, đất thấp mùn Glây nằm rải rác tại các vùng trũng ven sông rạch và suối Loại đất này có tính chua phèn và axít do chứa sunphát sắt và alumin Sau khi cải tạo, đất phù sa Glây có thể được sử dụng để trồng lúa, rau và cây ăn trái.
Khí hậu Bình Dương thuộc khu vực Đông Nam Bộ, đặc trưng bởi nắng nóng, mưa nhiều và độ ẩm cao Đây là khí hậu nhiệt đới gió mùa ổn định, chia thành hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kéo dài đến cuối tháng 10, trong khi Bình Dương hiếm khi chịu ảnh hưởng trực tiếp từ bão, chỉ bị tác động bởi các cơn bão gần.
Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 26°C đến 27°C, với nhiệt độ cao nhất có thể đạt 39,3°C và thấp nhất từ 16°C đến 17°C vào ban đêm, cũng như 18°C vào sáng sớm Trong mùa nắng, độ ẩm trung bình hàng năm từ 76% đến 80%, với mức cao nhất là 86% vào tháng 9 và thấp nhất là 66% vào tháng 2 Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1.800mm đến 2.000mm, trong khi tại ngã tư Sở Sao của Bình Dương, lượng mưa trung bình hàng năm lên đến 2.113,3mm.
- Chế độ thủy văn của các con sông chảy qua tỉnh và trong tỉnh Bình
Bình Dương có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau Khu vực này nổi bật với ba con sông lớn, nhiều rạch ven sông và các suối nhỏ, tạo nên hệ thống thủy văn phong phú.
Sông Đồng Nai, con sông lớn nhất miền Đông Nam Bộ với chiều dài 635 km, chỉ chảy qua Tân Uyên, Bình Dương Sông không chỉ có giá trị quan trọng trong việc cung cấp nước tưới cho nông nghiệp mà còn hỗ trợ giao thông vận tải đường thủy và cung cấp thủy sản cho người dân.
Sông Sài Gòn dài 256 km, với nhiều chi lưu và phụ lưu, chảy qua Bình Dương về phía Tây Đoạn sông từ Lái Thiêu đến Dầu Tiếng dài 143 km, có độ dốc nhỏ, thuận lợi cho giao thông vận tải và sản xuất nông nghiệp, đồng thời cung cấp thủy sản Ở thượng lưu, sông hẹp khoảng 20m và uốn khúc quanh co, sau đó được mở rộng dần đến thị xã Thủ Dầu Một với bề rộng lên tới 200m.
Sông Thị Tính, một phụ lưu của sông Sài Gòn, chảy qua Bến Cát và đổ vào sông Sài Gòn tại đập Ông Cộ Cả sông Sài Gòn và sông Thị Tính đều mang phù sa bồi đắp cho các cánh đồng ở Bến Cát và thị xã Thuận An, cùng với những cánh đồng dọc sông Đồng Nai, tạo nên vùng lúa năng suất cao và những vườn cây ăn trái xanh tốt.
Sông Bé dài 360 km, trong đó phần hạ lưu chảy qua Bình Dương dài 80 km Tuy nhiên, sông Bé không thuận lợi cho giao thông đường thủy do bờ dốc đứng, lòng sông có nhiều đoạn đá ngầm và nhiều thác ghềnh, khiến tàu thuyền không thể di chuyển dễ dàng.
Sự hình thành và phát triển của đường BTXM trên thế giới và Việt
1.2.1 Sự hình thành và phát triển của đừng BTXM trên thế giới
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã xuất hiện từ cuối thế kỷ 19, bắt đầu từ Anh vào những năm 1950 và sau đó lan rộng sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga Trong hơn 100 năm qua, BTXM đã được xây dựng và phát triển ở hầu hết các quốc gia, đặc biệt là ở những nước có nền kinh tế phát triển như Canada, Mỹ, Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia và Trung Quốc Theo báo cáo "Long-Life Concrete Pavements in Europe and Canada" của Cục Đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA), khối lượng mặt đường BTXM đã được xây dựng ở nhiều quốc gia khác nhau.
Mặt đường BTXM chiếm khoảng 9% trong tổng số 490.179 km đường đô thị và 4% của 1.028.491 km đường ngoài đô thị tại Mỹ Tại tỉnh Québec, Canada, mặt đường BTXM phục vụ 75% lượng giao thông với 1.239 km trong tổng số 29.000 km đường Ở Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc có lưu lượng giao thông cao Tại Áo, mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc trong tổng số 14.000 km Bỉ có khoảng 134.000 km mạng lưới đường, trong đó mặt đường BTXM chiếm 40% đường cao tốc và 60% đường nông thôn, tổng cộng khoảng 17% Hà Lan có 113.000 km đường ôtô, với 2.300 km là đường cao tốc phục vụ 38% lưu lượng giao thông, và mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ôtô Vương quốc Anh có 285.000 km mạng lưới đường, trong đó 1.500 km là mặt đường BTXM, chiếm 67% đường cao tốc ở Úc và 60% ở Trung Quốc.
Hình 1-4: Thi công mặt đường BTXM trên thế giới 1.2.2 Nghiên cứu và ứng dụng đường BTXM tại Việt Nam
Việc sử dụng bê tông xi măng cho đường giao thông đã được nhiều quốc gia áp dụng hiệu quả, mang lại sự bền vững, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm và không cần bảo trì, bảo dưỡng với chi phí thấp Tuy nhiên, tại Việt Nam, loại đường này vẫn chưa phát triển mạnh, chỉ chiếm 3% tổng chiều dài hệ thống đường bộ.
Đường bê tông xi măng (BTXM) là loại mặt đường cứng, có cường độ cao và phân bố đều tải trọng, phù hợp với nhiều loại xe, bao gồm cả xe tải trọng lớn Tuổi thọ của đường BTXM lên đến 40-50 năm, gấp ba đến bốn lần so với mặt đường bê tông nhựa, đồng thời ít tốn kém cho việc duy tu, bảo dưỡng Đường BTXM rất ổn định với nước và có khả năng chịu ngập lụt lâu ngày, do đó, việc xây dựng đường BTXM không chỉ kích cầu sử dụng xi măng và vật liệu xây dựng trong nước mà còn giảm nhập khẩu nhựa đường Kỹ thuật thi công đa dạng, có thể cơ giới hóa toàn bộ quy trình, từ trộn, vận chuyển đến rải đầm, hoặc sử dụng lao động nông thôn đang thiếu việc làm Bê tông xi măng được thi công theo phương pháp trộn nguội, giúp dễ dàng kiểm soát chất lượng và thân thiện với môi trường.
Hình 1-5: Thi công đường Bê tông xi măng tại Việt Nam
Theo quy hoạch phát triển đường bộ Việt Nam, việc xây dựng mặt đường bê tông xi măng sẽ được ưu tiên nhằm tối ưu hóa chi phí và kích cầu tiêu thụ xi măng trong nước Điều này bao gồm việc phân tích các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật theo khu vực và tuyến đường, đồng thời giảm thiểu việc nhập khẩu vật liệu xây dựng mặt đường asphalt Trong giai đoạn đầu, trọng tâm sẽ là xây dựng đường giao thông nông thôn, đường tuần tra biên giới và các tuyến đường tại khu vực thường xuyên ngập lụt, sau đó sẽ tiến tới xây dựng đường bê tông xi măng cho các loại đường cấp cao và đường cao tốc.
Hình 1-6: Quá trình thi công đường Bê tông xi măng
Giao thông đường bộ Việt Nam đã có những cải thiện đáng kể, với hơn 1.000 km đường và 10.000 mét cầu được xây dựng mỗi năm, nâng tổng chiều dài đường bộ lên 256.000 km Tuy nhiên, hạ tầng giao thông vẫn còn yếu kém và lạc hậu, chất lượng đường thấp, chủ yếu tập trung vào các công trình quan trọng Tỷ lệ đường cao tốc đạt tiêu chuẩn kỹ thuật còn thấp so với khu vực và quốc tế Hệ thống đường địa phương, đặc biệt ở vùng sâu, vùng xa, vẫn thiếu hụt, không đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế và đi lại của người dân Mật độ đường bộ và chất lượng kỹ thuật của Việt Nam cũng ở mức thấp so với các nước trong khu vực, với tỷ lệ trải mặt chỉ đạt khoảng 31,2%, trong khi các nước như Malaysia, Hàn Quốc, và Nhật Bản có tỷ lệ cao hơn nhiều Hiện nay, hai loại đường bê tông phổ biến trên thế giới là đường bê tông asphalt và đường bê tông xi măng.
Đường bê tông xi măng có chi phí xây dựng ban đầu cao nhưng lại có chi phí duy tu bảo dưỡng thấp và tuổi thọ cao, đặc biệt là ở những vùng thường xuyên bị lũ lụt Việt Nam có khí hậu biến đổi, với lượng mưa lớn và nhiệt độ cao vào mùa hè, làm giảm tuổi thọ mặt đường Ngành công nghiệp xi măng hiện nay sản xuất 45 triệu tấn/năm và dự kiến sẽ tăng lên 60 triệu tấn vào năm 2010 Việc sử dụng đường bê tông xi măng không chỉ kéo dài tuổi thọ của đường mà còn giúp tiêu thụ xi măng trong nước, đáp ứng nhu cầu trong bối cảnh dự báo sẽ thừa xi măng trong những năm tới.
Dự kiến, Việt Nam sẽ tiến hành thử nghiệm xây dựng đoạn đường cao tốc đầu tiên sử dụng kết cấu bê tông xi măng, nối liền Ninh Bình và Thanh Hóa với chiều dài đáng chú ý.
Dự án xây dựng 121 km đường cao tốc, bao gồm 3 cầu lớn và 2 hầm, với tổng mức đầu tư hơn 200 triệu USD, do Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam (Vicem) làm chủ đầu tư.
Nghiên cứu về đá Thường Tân – huyện Tân Uyên – tỉnh Bình Dương (sự hình thành – trữ lƣợng – chất lƣợng và khả năng khai thác)
- Bình Dương là một trong số các tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ có nguồn tài nguyên khoáng sản làm VLXD tương đối phong phú, toàn tỉnh có
Bình Dương có 82 vùng mỏ, chủ yếu là các mỏ nhỏ, với một số mỏ đá xây dựng và sét gạch ngói Các khoáng sản này phân bố rải rác và có khả năng khai thác thuận lợi Theo số liệu từ Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, khoáng sản làm vật liệu xây dựng tại Bình Dương bao gồm cao lanh, sét cao lanh, sét chịu lửa, sét gạch ngói, đá xây dựng (đá phun trào andezit, tuf daxit, granit và cát kết), cát xây dựng, cuội sỏi, laterit, kaolin và than bùn Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho các ngành công nghiệp truyền thống và thế mạnh của tỉnh như gốm sứ và vật liệu xây dựng khác.
Hình 1-7: Công trường khai thác đá tại huyện Tân Uyên
Bình Dương sở hữu nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển ngành công nghiệp vật liệu xây dựng (VLXD) Huyện Tân Uyên, với thế mạnh khai thác đá, có hai cụm xã Thường Tân và Tân Mỹ, tổng diện tích quy hoạch lên tới 616,957 ha, trong đó cụm xã Thường Tân chiếm 432,047 ha và có trữ lượng đá lớn Bên cạnh đó, hệ thống giao thông thuận lợi, bao gồm cả đường thủy và đường bộ, hỗ trợ hiệu quả cho việc vận chuyển Dọc theo sông Đồng Nai, có 15 cảng nội địa phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa bằng đường thủy.
Bảng 1-1 tổng hợp tiềm năng và sản lượng khai thác vật liệu xây dựng thông thường tại tỉnh Bình Dương đến năm 2015, dựa trên Quyết định số 89/QĐ-UBND, ngày 13/1/2014 của UBND tỉnh Bình Dương.
Sản lƣợng khai khác trong kỳ quy hoạch (triệu m 3 /năm)
Trữ lƣợng đã phê duyệt còn lại (triệu m 3 ) (*)
Tài nguyên dự tính (triệu m 3 )
(*) Trữ lượng còn lại = trữ lượng phê duyệt – trữ lượng đã khai thác đến thời điểm tháng 12/2012
Cụm mỏ đá huyện Tân Uyên (Thường Tân – Tân Mỹ) có trữ lượng dồi dào nhưng gặp nhiều khó khăn do chất lượng đá tự nhiên không cao và sự hiện diện của nhiều loại đá xen kẹp, gây trở ngại trong khai thác và chế biến Sản phẩm từ mỏ này khó tiêu thụ hơn so với các mỏ khác, và chất lượng đá tự nhiên chưa đạt yêu cầu, làm giảm khả năng thu hút khách hàng.
Theo Quyết định số 89/QĐ-UBND ngày 13/01/2014 của Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Dương, Đề án Điều tra cơ bản địa chất về khoáng sản đã chỉ ra rằng đá xây dựng tại khu vực Thường Tân, Tân Mỹ (huyện Tân Uyên) có chất lượng thấp và không đồng đều, không đáp ứng yêu cầu cho các công trình kiên cố Do đó, cần nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất keramzit, một loại vật liệu xây dựng nhẹ, nhằm nâng cao giá trị sử dụng của khoáng sản trong tương lai.
Hình 1-8: Khai thác đá Thường Tân Hình 1-9: Đá đen Thường Tân
Nghiên cứu vật liệu xây dựng từ đá tại huyện Tân Uyên (Thường Tân – Tân Mỹ) là cần thiết để khai thác nguồn tài nguyên đá phong phú, từ đó thúc đẩy sự phát triển của ngành vật liệu xây dựng trong tỉnh.
LÝ THUYẾT BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ ỨNG DỤNG
Khái niệm
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo được tạo ra từ việc đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lý, bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hoặc đá dăm) và phụ gia Hỗn hợp bê tông cần được thiết kế để đảm bảo đạt được các tính chất như cường độ và độ chống thấm sau khi rắn chắc.
Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông
Hỗn hợp bê tông sau khu cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông
Cốt liệu trong bê tông đóng vai trò là bộ khung chịu lực, trong khi hồ chất kết dính bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu, hoạt động như chất bôi trơn và lấp đầy khoảng trống Khi cứng lại, hồ chất kết dính liên kết các hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất, được gọi là bê tông Nếu bê tông có cốt thép, nó được gọi là bê tông cốt thép.
Bê tông là vật liệu có tính giòn, với cường độ chịu nén lớn nhưng cường độ chịu kéo thấp Để cải thiện nhược điểm này, người ta sử dụng cốt thép để tăng cường độ chịu kéo trong các kết cấu chịu uốn và kéo, tạo thành bê tông cốt thép Sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép có lực dính bám tốt và hệ số giãn nở nhiệt tương đương, cho phép chúng làm việc đồng thời Nếu cốt thép được bảo vệ chống gỉ hiệu quả, nó sẽ cùng với bê tông tạo ra vật liệu có tuổi thọ cao Cốt thép trong bê tông có thể ở trạng thái thường hoặc có ứng suất (dự ứng lực).
Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime)
Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm từ 80 – 85%, còn xi măng chiếm từ 10 – 20% khối lượng
Bê tông và bê tông cốt thép là vật liệu xây dựng phổ biến nhờ vào cường độ chịu lực cao và khả năng chế tạo đa dạng về cường độ, hình dạng và tính chất Chúng có giá thành hợp lý, đồng thời bền vững và ổn định trước các yếu tố thời tiết như mưa, nắng, nhiệt độ và độ ẩm.
Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm:
Nặng (ρv= 2200 - 2400kg/m 3 ), cách âm, cách nhiệt kém (λ = 1,05 - 1,5 kCal/m 0 C.h), khả năng chống ăn mòn kém.
Phân loại bê tông xi măng
2.2.1 Theo dạng chất kết dính
Bê tông xi măng, bê tông silicat với chất kết dính là vôi, bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime và bê tông sử dụng chất kết dính đặc biệt là những loại bê tông phổ biến trong xây dựng.
Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit)
2.2.3 Theo khối lượng thể tích
Ta có các loại sau:
Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m 3 ), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt
Bê tông nặng (ρ v = 2200 ÷ 2500 kg/m 3 ), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực
Bê tông tương đối nặng (ρ v = 1800 ÷ 2200 kg/m 3 ), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực
Bê tông nhẹ có mật độ từ 500 đến 1800 kg/m³, bao gồm các loại như bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (có thể là nhân tạo hoặc thiên nhiên), bê tông tổ ong (gồm bê tông khí và bê tông bọt), được chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, cùng với bê tông hốc lớn không có cốt liệu nhỏ.
Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m 3
Khối lượng thể tích của bê tông có sự biến đổi lớn, dẫn đến độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể Cụ thể, bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có độ rỗng từ 70% đến 85%, trong khi bê tông thủy công có độ rỗng từ 8% đến 10%.
Bê tông kết cấu thông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn)
Bê tông thủy công: dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước
Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè
Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ)
Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ
Trong phạm vi chương trình ta chỉ chủ yếu nghiên cứu về bê tông nặng dùng chất kết dính xi măng.
Vật liệu chế tạo bê tông nặng
Xi măng đóng vai trò là chất kết dính, liên kết các hạt cốt liệu và tạo ra cường độ cho bê tông Do đó, chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quyết định quan trọng ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của bê tông.
Yêu cầu kỹ thuật: Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông ta cần chú ý các yêu cầu sau đây:
Khi chế tạo bê tông, việc chọn loại xi măng phù hợp là rất quan trọng Có thể sử dụng các loại xi măng như pooclăng, pooclăng bền sunfat, pooclăng xỉ hạt lò cao, pooclăng puzolan, pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và nhiều loại khác Tuy nhiên, cần lựa chọn loại xi măng phù hợp với đặc điểm kết cấu và tính chất môi trường thi công để đảm bảo tính bền vững lâu dài cho công trình.
Chọn mác xi măng để vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế
Sử dụng xi măng mác thấp để sản xuất bê tông mác cao sẽ dẫn đến việc tiêu tốn nhiều xi măng cho mỗi mét khối bê tông, gây ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế.
Sử dụng xi măng mác cao để sản xuất bê tông mác thấp có thể dẫn đến việc lượng xi măng cần thiết cho 1m³ bê tông không đủ để liên kết các hạt cốt liệu, từ đó dễ gây ra hiện tượng phân tầng trong hỗn hợp bê tông, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng của sản phẩm.
Cần tránh sử dụng xi măng mác thấp để sản xuất bê tông mác cao, và ngược lại, không nên dùng xi măng mác cao cho bê tông mác thấp.
Theo kinh nghiệm nên chọn mác xi măng theo mác bê tông như sau là thích hợp (Bảng 2-1)
Bảng 2-1: Chọn mác xi măng theo mác bê tông
Khi sử dụng xi măng mác cao để sản xuất bê tông mác thấp, cần phải kiểm soát lượng xi măng tối thiểu cho mỗi mét khối bê tông (kg) theo quy định trong Bảng 2-2.
Bảng 2-2: Quy định chế tạo bê tông
Kích thước lớn nhất của cốt liệu
Dmax (mm) 10 20 40 70 Độ sụt của hỗn hợp bê tông 1÷10 (cm) 220 200 180 160 Độ sụt của hỗn hợp bê tông 11÷16
Sau khi lựa chọn loại và mác xi măng, cần kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý quan trọng như độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết và cường độ chịu lực thực tế để đảm bảo sử dụng phù hợp với số liệu tại thời điểm sử dụng.
Nước đóng vai trò quan trọng trong việc giúp xi măng phản ứng và tạo ra các sản phẩm thủy hóa, từ đó tăng cường độ bê tông Ngoài ra, nước còn cung cấp độ lưu động cần thiết, giúp quá trình thi công trở nên dễ dàng hơn.
Nước sử dụng trong chế tạo bê tông cần phải đạt tiêu chuẩn chất lượng cao, không làm ảnh hưởng đến thời gian đông kết và độ bền của xi măng, đồng thời không gây ăn mòn cho cốt thép.
Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng
Các loại nước không được sử dụng bao gồm nước từ đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước có chứa dầu mỡ, nước có hàm lượng sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo ion), lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, và độ pH nhỏ hơn 4 hoặc lớn hơn 12,5.
Nước biển có thể được sử dụng để sản xuất bê tông cho các công trình xây dựng trong môi trường biển, miễn là tổng lượng muối không vượt quá 35g trong mỗi lít nước biển.
Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 302:2004
Cát đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra vữa xi măng khi kết hợp với xi măng và nước, giúp lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn như đá và sỏi Nó không chỉ bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn mà còn tạo ra khối bê tông đặc chắc Bên cạnh đó, cát cùng với cốt liệu lớn tạo thành bộ khung chịu lực cho bê tông, đảm bảo tính bền vững và độ chắc chắn của công trình.
Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm
Chất lượng cát dùng để chế tạo bê tông nặng, theo yêu cầu kỹ thuật TCVN 7570:2006, chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hạt, kích thước và hàm lượng tạp chất Những yếu tố này là những yêu cầu kỹ thuật quan trọng đối với cát.
Thành phần hạt: Cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ ít, cường độ bê tông sẽ cao
Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách sử dụng 1000g cát khô, sau đó sàng qua bộ lưới với kích thước mắt sàng lần lượt là 5 mm, 2,5 mm, 1,25 mm, 0,63 mm, 0,315 mm và 0,14 mm.
Sau khi tiến hành sàng cát qua các lưới sàng với kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ, chúng ta sẽ xác định được lượng sót riêng biệt cũng như lượng sót tích lũy trên từng sàng.
Lượng sót riêng biệt: ai (%) đó là tỷ số giữa lượng sót trên mỗi sàng so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm:
- mi : lượng cát còn sót lại trên sàng i, g
Tính lượng sót tích lũy : a i (%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất a2,5đến sàng cần xác định ai.
1,25 + + a i (%) Thành phần hạt của cát cần phải thỏa mãn theo TCVN 7570:2006 (Bảng 2-3)
Bảng 2-3: Thành phần hạt của cát thỏa mãn theo TCVN 7570: 2006
Kích thước mắt sàng (mm) 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
Lƣợng sót tích lũy trên sàng
Từ yêu cầu về thành phần hạt theo TCVN
7570:2006 ta xây dựng biểu đồ chuẩn (Hình 2-
Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt
Tính dẻo của hỗn hợp bê tông
2.4.1 Các chỉ tiêu đánh giá tính dẻo
Tính dẻo của hỗn hợp bê tông là một đặc tính kỹ thuật quan trọng, thể hiện khả năng lấp đầy khuôn trong khi vẫn duy trì độ đồng nhất dưới điều kiện đầm nén nhất định.
Tính dẻo của bê tông được xác định qua độ lưu động, được đo bằng độ sụt (SN, cm) trong khuôn hình nón cụt, với kích thước khuôn phụ thuộc vào kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu Độ cứng (ĐC, s) cũng là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tính dẻo của khối hỗn hợp bê tông.
1 Tay cầm; 2 Thành khuôn; 3 Gối đặt chân; 4 Đường hàn hoặc tán
2.4.1.1 Độ sụt (độ lưu động) Độ sụt của khối hỗn hợp bê tông được xác định bằng khuôn hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Hình 2-4 và
Bảng 2-8) hoặc độ cứng (ĐC, s) Cách xác định theo TCVN 3106:1993
Bảng 2-8: Cỡ hạt của cốt liệu
Loại khuôn Kích thước (mm) d D h
Sử dụng côn N 0 1 để kiểm tra độ lưu động của hỗn hợp bê tông có cỡ hạt lớn nhất 40 mm, trong khi côn N 0 2 được dùng cho hỗn hợp có cỡ hạt lớn nhất 70 hoặc 100 mm Trước khi tiến hành thử nghiệm, cần làm sạch bê tông cũ và lau chùi mặt trong của khuôn cùng các dụng cụ tiếp xúc với hỗn hợp bê tông bằng giẻ ướt Đặt khuôn trên nền ẩm, cứng, phẳng và không thấm nước, đồng thời sử dụng gối đặt chân để cố định khuôn trong quá trình đổ và đầm hỗn hợp Hỗn hợp bê tông được đổ vào khuôn qua phễu theo ba lớp, mỗi lớp chiếm 1/3 chiều cao của khuôn.
Sau khi đổ từng lớp bê tông, sử dụng thanh thép tròn φ16 mm dài 60 cm để chọc đều từ xung quanh vào giữa bề mặt hỗn hợp Việc này giúp đảm bảo sự đồng nhất và chất lượng của bê tông khi dùng khuôn.
N 0 1 mỗi lớp chọc 25 lần, khi dùng khuôn N 0 2 mỗi lớp chọc 56 lần, lớp đầu chọc suốt chiều sâu, các lớp sau chọc xuyên sâu vào lớp trước 2-3 cm
Sau khi hoàn thành việc đổ và đầm lớp bê tông thứ ba, cần nhấc phễu ra và đổ thêm hỗn hợp bê tông cho đầy, sau đó dùng bay gạt phẳng miệng khuôn và dọn sạch xung quanh đáy khuôn Tiếp theo, dùng tay ghì chặt khuôn xuống nền, thả chân khỏi gối đặt chân và từ từ nhấc khuôn thẳng đứng trong khoảng 5 - 10 giây Cuối cùng, đặt khuôn sang bên cạnh khối hỗn hợp bê tông và đo chênh lệch chiều cao giữa miệng khuôn và điểm cao nhất của khối hỗn hợp.
Khi dùng khuôn N 0 1 số liệu đo được làm tròn tới 0,5 cm chính là độ sụt của hỗn hợp bê tông cần thử
Khi dùng khuôn N 0 2 số liệu đo được phải chuyển về kết quả thử theo khuôn N 0 1 bằng cách nhân với hệ số 0,67
Hỗn hợp bê tông có độ sụt từ 0 đến 1,0 cm được xem là không có tính lưu động Đặc trưng tính dẻo của hỗn hợp này được xác định thông qua việc thử độ cứng (ĐC, s).
Hình 2-5: Cách đo độ sụt của hỗn hợp bêtông
Hình 2-6: Dụng cụ xác định độ cứng của hỗn hợp bê tông
2.4.1.2 Độ cứng Độ cứng của hỗn hợp bê tông (ĐC) là thời gian rung động cần thiết (s) để san bằng và lèn chặt hỗn hợp bê tông trong bộ khuôn hình nón cụt và hình lập phương (Hình 2-6)
Xác định độ cứng (ĐC, s) theo TCVN 3107-1993 bằng phương pháp đơn giản
Dụng cụ chính để xác định độ cứng bao gồm:
Khuôn hình lập phương có kích thước trong 20x20x20 cm (Hình 2-
Trình tự xác định như sau:
Kẹp chặt khuôn lập phương lên bàn rung
Đặt khuôn hình nón cụt vào trong khuôn lập phương
Đổ hỗn hợp bê tông
Đầm chặt và nhấc khuôn hình nón cụt lên như khi xác định độ lưu động
Bật đầm rung và bấm đồng hồ giây
Tiến hành rung cho đến khi hỗn hợp bê tông lấp đầy các góc và tạo thành mặt phẳng trong khuôn, sau đó tắt đồng hồ và đầm rung Ghi lại thời gian đo được.
Thời gian đo được nhân với hệ số 0,7 là độ cứng của hỗn hợp bê tông
Theo chỉ tiêu độ lưu động và độ cứng người ta chia hỗn hợp bê tông ra các loại (Bảng 2-9)
Bảng 2-9: Các loại hỗn hợp bê tông theo chỉ tiêu độ lưu động và độ cứng
Loại hỗn hợp bê tông SN(cm) ĐC(s)
Loại hỗn hợp bê tông
SN(cm) ĐC(s) Đặc biệt cứng
Kém dẻo Dẻo Rất dẻo Nhão
2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính dẻo của hỗn hợp bê tông
- Là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác
(hay tính dẻo) của hỗn hợp bê tông
- Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo ra hồ xi măng và lượng nước dùng cho cốt liệu
(độ cần nước) để tạo ra độ dẻo cần thiết cho quá trình thi công
- Việc xây dựng lượng nước nhào trộn phải thông qua các chỉ tiêu về tính công tác có tính đến loại và độ lớn của cốt liệu (Hình 2-7)
Loại và lƣợng xi măng
Nếu hỗn hợp bê tông có đủ xi măng để lấp đầy các lỗ rỗng của cốt liệu cùng với nước, đồng thời bọc và bôi trơn bề mặt, thì độ dẻo của bê tông sẽ được cải thiện.
Độ lưu động của hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào loại xi măng và phụ gia vô cơ nghiền mịn Mỗi loại xi măng có những đặc tính riêng về lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn, thời gian đông kết và độ rắn chắc.
Lƣợng hỗn hợp xi măng
- Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) chỉ đủ để lấp đầy lỗ rỗng
Hình 2-7: Lượng nước dùng cho 1m 3 bê tông phụ thuộc vào cốt liệu a)Hỗn hợp bê tông dẻo; b)Hỗn hợp bê tông cứng
3 D max mm; 4 D max mm của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tông rất cứng, quá trình thi công sẽ khó khăn
Để đạt được độ dẻo cần thiết cho hỗn hợp, cần phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và bao bọc chúng bằng một lớp hỗn hợp xi măng Do đó, thể tích của phần hỗn hợp sẽ tương đương với thể tích phần rỗng trong cốt liệu lớn, được nhân với hệ số trượt α, với giá trị từ 1,05 đến 1,15 cho hỗn hợp bê tông cứng và từ 1,2 đến 1,5 cho hỗn hợp bê tông dẻo.
Phụ gia hoạt động bề mặt (phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo)
Mặc dù chỉ cần một lượng nhỏ phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo (0,15-1,2% khối lượng xi măng), nhưng chúng có khả năng pha loãng hỗn hợp bê tông Phụ gia siêu dẻo cho phép chế tạo các sản phẩm bê tông thông qua thi công bơm và vận chuyển trong các đường ống, đồng thời giảm đáng kể tỉ lệ nước/xi măng mà vẫn đảm bảo độ lưu động, giúp tạo ra các loại bê tông mác cao.
Một số phụ gia hoạt động bề mặt có thể kéo dài quá trình thủy hóa của xi măng và làm chậm tốc độ phát triển của bê tông Việc sử dụng phụ gia dẻo giúp giảm 10 - 15% lượng nước so với bê tông thông thường, trong khi phụ gia siêu dẻo có thể giảm từ 15 - 30% lượng nước và cải thiện các đặc tính kỹ thuật của bê tông.
Gia công chấn động là phương pháp hiệu quả giúp biến hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo thành dẻo và chảy, từ đó dễ dàng đổ khuôn và đầm chặt.
Cơ sở để lựa chọn tính dẻo
Tính chất cơ bản của bê tông
Khái niệm về mác của bê tông theo cường độ chịu nén
Cường độ chịu lực là đặc trưng cơ bản của bê tông, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các trạng thái như nén, kéo, uốn và trượt Bê tông có khả năng chịu nén tốt nhất, trong khi khả năng chịu kéo rất kém, chỉ bằng một phần nhỏ so với khả năng chịu nén Dựa vào khả năng chịu nén, người ta xác định mác của bê tông.
Mác bê tông, ký hiệu bằng chữ M, là chỉ tiêu cơ bản nhất cho mọi loại bê tông kết cấu Nó được sử dụng để thiết kế cấp phối bê tông cũng như tính toán và thiết kế kết cấu cho các công trình xây dựng.
Bê tông không chỉ được phân loại theo cường độ chịu nén mà còn theo khả năng chịu kéo và khả năng chống thấm, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng loại bê tông.
Mác bê tông theo cường độ chịu nén
Mác bê tông được xác định theo cường độ chịu nén, là giá trị giới hạn của cường độ chịu nén trung bình từ các mẫu thí nghiệm hình khối lập phương có cạnh 15 cm, được chế tạo và bảo dưỡng trong 28 ngày dưới điều kiện tiêu chuẩn.
- Theo TCVN 6025:1995 mác của bê tông nặng xác định trên cơ sở cường độ chịu nén được phân loại như sau (Bảng 2-11):
Bảng 2-11: Mác bê tông nặng xác định trên cơ sở cường độ chịu nén
28 ngày không nhỏ hơn, kG/cm 2
28 ngày không nhỏ hơn, kG/cm 2
28 ngày không nhỏ hơn, kG/cm 2
Phương pháp xác định cường độ chịu nén R n theo TCVN 3118:1993 yêu cầu đúc các viên mẫu bê tông hình lập phương có cạnh 15 cm Ngoài ra, có thể sử dụng các hình dạng và kích thước khác cho mẫu Kích thước cạnh nhỏ nhất của mỗi viên mẫu phụ thuộc vào kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu được sử dụng, như quy định trong Bảng 2.
Bảng 2-12: Kích cỡ hạt lớn của cốt liệu và kích thước cạnh nhỏ nhất của viên mẫu
Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu
Kích thước cạnh nhỏ nhất của viên mẫu (cạnh mẫu hình lập phương, cạnh thiết diện mẫu lăng trụ, đường kính mẫu trụ)
Khi tiến hành thí nghiệm cường độ nén bằng các viên mẫu khác viên mẫu chuẩn ta phải chuyển về cường độ của viên mẫu chuẩn
Cường độ nén của viên mẫu chuẩn được xác định theo công thức:
- P : Tải trọng phá hoại mẫu (daN hoặc kG)
- F : Diện tích chịu lực nén của viên mẫu (cm 2 )
Hệ số K là yếu tố chuyển đổi kết quả thử nén của các mẫu bê tông có kích thước khác nhau về cường độ của viên mẫu chuẩn, với giá trị K được tham khảo từ Bảng 2-14 Đối với các mẫu nửa dầm, giá trị hệ số chuyển đổi cũng được áp dụng tương tự như mẫu hình lập phương có cùng diện tích chịu nén.
Cường độ chịu nén của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ nén của các viên trong tổ mẫu bê tông như sau:
So sánh cường độ nén lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ nén trung bình của viên mẫu Nếu hai giá trị này không chênh lệch quá 15% so với cường độ nén trung bình, cường độ nén của bê tông được tính bằng trung bình số học của ba kết quả thử trên ba viên mẫu Ngược lại, nếu một trong hai giá trị lệch quá 15%, cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất sẽ bị loại bỏ, và cường độ nén của bê tông sẽ là cường độ nén của viên mẫu còn lại.
Khi tổ mẫu bê tông chỉ gồm 2 viên, cường độ nén của bê tông sẽ được xác định bằng cách tính trung bình số học của kết quả thử nghiệm từ 2 viên mẫu này.
Hình dáng và kích thước của mẫu, mm Hệ số chuyển đổi K
Cường độ chịu lực của bê tông Đá xi măng chịu ảnh hưởng lớn từ mác xi măng và tỷ lệ pha trộn Mối quan hệ giữa cường độ bê tông và tỷ lệ nước nhào trộn chủ yếu phụ thuộc vào thể tích rỗng do lượng nước dư thừa tạo ra Hình 2-8 minh họa rõ mối liên hệ này, cho thấy rằng độ rỗng do nước thừa có thể được xác định bằng một công thức cụ thể.
- N, X : Lượng nước và lượng xi măng trong 1m 3 bê tông (kg)
- ω : Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng Ở tuổi 28 ngày lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 - 20%
Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ được biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau:
Hình 2-8 minh họa sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn, với các vùng hỗn hợp bê tông được phân loại như sau: a) vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được; b) vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao; c) vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d) vùng hỗn hợp bê tông chảy Đối với bê tông có tỷ lệ nước/cement từ 1,4 đến 2,5, áp dụng công thức (2.1) Trong khi đó, đối với bê tông có tỷ lệ nước/cement lớn hơn 2,5, sử dụng công thức A 1 (2.2).
- Rb : cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày (kG/cm 2 )
- Rx : mác của xi măng (cường độ) (kG/cm 2 )
- A, A1 : là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (Bảng 2-13)
- : tỷ lệ xi măng/nước
Bảng 2-13: Chất lượng vật liệu và phương pháp xác định xi măng
Hệ số A và A 1 ứng với phương pháp thử mác xi măng TCVN
- Xi măng hoạt tính cao không trộn phụ gia thủy
- Cốt liệu: Đá sạch, cường độ cao, cấp phối hạt tốt
- Xi măng hoạt tính trung bình, xi măng poóc lăng hỗn hợp chứa 10 ÷ 15% phụ gia thủy
- Cốt liệu: Đá có chất lượng phù hợp
TCVN1771:1987.Cát phù hợp TCVN 1770:1986, có
- Xi măng hoạt tính thấp, xi măng poóc lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thủy
- Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chưa phù hợp TCVN 1771:1987 Cát nhỏ Mdl <
Cốt liệu có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông thông qua sự phân bố giữa các hạt, tính chất như độ nhám, số lượng lỗ rỗng và tỉ diện Hồ xi măng thường lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu, tạo khoảng cách 2 ÷ 3 lần đường kính hạt xi măng, giúp phát huy vai trò của cốt liệu và nâng cao cường độ bê tông Để đạt được cường độ cao, cốt liệu cần có cường độ lớn hơn bê tông từ 1,5 ÷ 2 lần Tuy nhiên, khi lượng hồ xi măng tăng, các hạt cốt liệu bị đẩy xa nhau, dẫn đến việc chúng không còn tương tác hiệu quả, lúc này cường độ của đá xi măng và vùng tiếp xúc trở nên quan trọng hơn, yêu cầu cường độ cốt liệu có thể thấp hơn.
Bêtông sử dụng đá dăm có thành phần hạt đạt tiêu chuẩn sẽ mang lại cường độ cao hơn so với bêtông sử dụng sỏi, ngay cả khi liều lượng pha trộn là như nhau.
Cấu tạo của bê tông biểu thị bằng độ đặc của nó Độ đặc càng cao, cường độ của bê tông càng lớn
Cường độ bê tông phụ thuộc vào mức độ đầm chặt thông qua hệ số lèn K1
- : Khối lượng thể tích thực tế của hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt, kg/m 3
- : Khối lượng thể tích tính toán của hỗn hợp bê tông, kg/m 3
Thông thường hệ số lèn chặt K1= 0,9 ÷ 0,95, riêng với hỗn hợp bê tông cứng, thi công phù hợp thì hệ số lèn chặt có thể đạt 0,95 ÷ 0,98
Phụ gia tăng dẻo giúp cải thiện tính dẻo của hỗn hợp bê tông, cho phép giảm lượng nước trong quá trình trộn, từ đó nâng cao cường độ bê tông một cách đáng kể.
Phụ gia rắn nhanh giúp tăng tốc quá trình thủy hóa của xi măng, từ đó thúc đẩy sự phát triển cường độ bê tông nhanh chóng, cả trong điều kiện tự nhiên và ngay sau khi được dưỡng hộ nhiệt.
Cường độ bê tông tăng theo thời gian, với sự phát triển nhanh chóng trong 7 đến 14 ngày đầu Sau 28 ngày, tốc độ tăng trưởng chậm lại, nhưng cường độ vẫn có thể tiếp tục gia tăng trong vài năm tiếp theo, theo quy luật Logarit.
- R y ; R 28 : cường độ bê tông ở tuổi y và 28 ngày, kG/cm 2
Xác định thành phần vật liệu cho bê tông
Thiết kế thành phần bê tông nhằm xác định tỷ lệ hợp lý giữa các nguyên vật liệu như nước, xi măng, cát, đá hoặc sỏi cho 1m³ bê tông, đảm bảo đạt được các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
Thành phần của bê tông được xác định thông qua khối lượng các loại vật liệu sử dụng trong 1m³ bê tông, hoặc bằng tỷ lệ khối lượng (hoặc thể tích) so với một đơn vị khối lượng (hoặc thể tích) của xi măng.
- Để tính toán được thành phần của bê tông phải dựa vào một số điều kiện như:
Cường độ bê tông yêu cầu, hay còn gọi là mác bê tông, thường được xác định dựa trên cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ.
Khi thiết kế công trình, cần xác định môi trường làm việc, bao gồm việc công trình hoạt động trên khô hay dưới nước và có chịu tác động của môi trường xâm thực mạnh hay không Đặc điểm kết cấu cũng rất quan trọng, như việc có sử dụng cốt thép hay không, độ dày của cốt thép, và kích thước tiết diện của công trình Mục tiêu là lựa chọn độ dẻo của hỗn hợp bê tông và kích thước đá (sỏi) cho phù hợp Ngoài ra, điều kiện nguyên vật liệu như mác và loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi cùng các chỉ tiêu cơ lý của chúng cũng cần được xem xét Cuối cùng, phương pháp thi công, có thể là cơ giới hoặc thủ công, cũng ảnh hưởng đến quá trình xây dựng.
Để xác định thành phần bê tông, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm việc tính toán kết hợp với thực nghiệm hoặc tham khảo các bảng có sẵn và sau đó kiểm tra lại bằng thực nghiệm.
2.6.2 Cách xác định thành phần vật liệu cho 1m 3 bê tông bằng phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm
Nguyên tắc của phương pháp
Phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với kiểm tra thực nghiệm dựa trên lý thuyết “thể tích tuyệt đối” theo phương pháp Bolomey-Skramtaev cho thấy tổng thể tích tuyệt đối của vật liệu trong 1m³ bê tông là 1000 lít.
- VX, VN, VC, VĐ : thể tích hoàn toàn đặc của xi măng, nước, cát, đá trong 1m 3 bê tông (lít)
Bước 1: Tính sơ bộ thành phần vật liệu cho 1m 3 bê tông
Lựa chọn tính công tác (độ sụt, độ cứng) : Căn cứ vào đặc điểm kết cấu chọn chỉ tiêu độ sụt (SN, cm) theo Bảng 2-10
Để xác định lượng nước, cần dựa vào các chỉ tiêu tính toán đã được lựa chọn, loại cốt liệu lớn, kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu (D max) và mô đun độ lớn của cát.
Bảng 2-15 để tìm lượng nước cho 1m 3 bê tông
Bảng 2-15: lượng nước cho 1 m 3 bê tông
Kích thước hạt lớn nhất của đá dăm, D max (mm)
Mô đun độ lớn của cát, M dl 1,5 ÷
Lượng nước cần thiết cho bê tông được xác định dựa trên cốt liệu lớn là đá dăm và xi măng pooclăng thông thường, với giá trị không thay đổi khi lượng xi măng sử dụng cho 1m³ bê tông nằm trong khoảng 200 ÷ 400 kg/m³.
Khi lượng xi măng cho 1m³ bê tông vượt quá 400 kg/m³, cần điều chỉnh lượng nước theo nguyên tắc cộng thêm 1 lít cho mỗi 10 kg xi măng tăng thêm Ngoài ra, phụ gia dạng bột cũng được tính như xi măng để điều chỉnh lượng nước.
Khi sử dụng cốt liệu lớn là sỏi, lượng nước giảm đi 10 lít
Khi sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng pooclăng xỉ thì lượng nước cộng thêm 10 lít
Khi sử dụng xi măng pooclăng puzolan, lượng nước cộng thêm 15 lít
Khi sử dụng cát có Mdl= 1 ÷ 1,4 thì lượng nước tăng thêm 5 lít
Khi sử dụng cát có Mdl
> 3 thì lượng nước giảm đi 5 lít
Tỷ lệ được tính theo công thức của Bolomey - Skramtaev như sau : Đối với bê tông thường ( = 1,4 ÷ 2,5) : (2.6) Đối với bê tông cường độ cao ( = 1,4 ÷ 2,5) : (2.7)
Rb là cường độ của bê tông (kG/cm²), được xác định bằng mác bê tông yêu cầu nhân với hệ số an toàn Hệ số an toàn là 1,1 cho các trạm trộn tự động và 1,15 cho các trạm trộn cân đong thủ công.
- R x : Cường độ thực tế của xi măng (kG/cm 2 )
- A, A1 : Hệ số chất lượng vật liệu được xác định theo Bảng 2-15
+ Xác định lượng xi măng : (kg) (2.8)
Trong đó: tỷ lệ và lượng nước N đã xác định ở trên Đem so sánh lượng xi măng tìm được với lượng xi măng tối thiểu (Bảng
Để duy trì cường độ bê tông theo thiết kế ban đầu, tỷ lệ giữa các thành phần phải được giữ nguyên Nếu lượng xi măng thấp hơn mức yêu cầu, cần tính toán lại lượng xi măng tối thiểu và điều chỉnh lượng nước tương ứng.
Khi lượng xi măng vượt quá 400 kg, cần điều chỉnh lượng nước bằng cách cộng thêm 1 lít cho mỗi 10 kg xi măng tăng thêm Sau đó, giữ nguyên tỷ lệ đã tính và tính lại lượng xi măng dựa trên lượng nước đã được điều chỉnh.
Hàm lượng phụ gia (PG) được tính theo % hàm lượng xi măng
Để xác định lượng cốt liệu lớn (đá hoặc sỏi) và cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp bê tông, cần dựa vào nguyên tắc thể tích 1m³ (hoặc 1000 lít) sau khi đầm chặt, bao gồm thể tích hoàn toàn đặc của cốt liệu và thể tích hồ xi măng.
Gọi thể tích hoàn toàn đặc của xi măng, nước, cát, đá (sỏi) lần lượt là V X ;
VN; VC; VĐ ta có : VX+ VN+ VC+ VĐ = 1000
Vữa xi măng, bao gồm xi măng, nước và cát, trong 1m³ hỗn hợp cần phải lấp đầy các lỗ rỗng và tính đến hệ số dư vữa α bao quanh các hạt cốt liệu lớn để đảm bảo hỗn hợp bê tông đạt độ dẻo cần thiết Từ đó, chúng ta có thể biểu diễn mối quan hệ của các đại lượng bằng một phương trình cụ thể.
- ρĐ, ρ VĐ : khối lượng riêng, khối lượng thể tích của đá (sỏi), kg/l
- rĐ : độ rỗng của đá (sỏi)
Hệ số trượt (hệ số dư vữa) α cho hỗn hợp bê tông cứng nằm trong khoảng 1,05 đến 1,15 Đối với hỗn hợp bê tông dẻo với độ sụt SN từ 2 đến 12 cm, giá trị α có thể được tra cứu theo biểu đồ Hình 2-10 hoặc bảng tương ứng Để xác định giá trị α, cần tính toán thể tích của hồ xi măng.
Hình 2-10: Biểu đồ xác định hệ số trượt (hệ số dư vữa)
Từ (4-6) và (4-7) ta tính được lượng cốt liệu lớn :
- ρX; ρ C : khối lượng riêng của xi măng, cát (kg/l)
Hệ số dư vữa α dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo
Hệ số dư vữa trong bảng dùng cho hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm, nếu dùng sỏi giá trị α trong bảng cộng thêm 0,06
Ứng dụng Bê tông xi măng vào xây dựng mặt đường ô tô
Mặt đường bê tông xi măng là loại mặt đường cứng và có độ bền cao Tầng mặt được cấu tạo từ tấm bê tông xi măng (BTXM) với độ cứng lớn, được mô hình hóa như một tấm trên nền đàn hồi, trong đó nền đất và các lớp móng đường đóng vai trò quan trọng.
Trạng thái chịu lực chủ yếu của tấm là chịu kéo khi uốn
Nguyên lý sử dụng vật liệu: “cấp phối”
Cường độ của vật liệu được hình thành nhờ quá trình thủy hóa của xi măng và sự kết tinh liên kết giữa các cốt liệu, tạo ra một khối vững chắc với cường độ cao Khối này có khả năng chịu nén, chịu kéo và chịu kéo khi uốn.
Loại mặt đường: mặt đường cấp cao
2.7.2 Kết cấu mặt đường bê tông xi măng
Kết cấu mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ bao gồm các lớp mặt, lớp tạo phẳng, lớp móng và nền đất Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng, trong đó các tấm bê tông đóng vai trò là lớp chịu lực chính, khác với mặt đường mềm Các tấm bê tông này chịu uốn khi có tải trọng xe chạy Ứng suất kéo trong tấm bê tông có thể xuất hiện ở phần trên hoặc phần dưới, tùy thuộc vào vị trí tải trọng bánh xe tác động, ở mép hoặc ở tâm của tấm.
Mặt đường BTXM bị biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và co rút của bê tông, dẫn đến nội ứng suất trong bê tông và làm giảm ma sát giữa tấm bê tông và lớp móng Để giảm thiểu nội ứng suất và ngăn ngừa nứt, các khe biến dạng được xây dựng, chia mặt đường thành các tấm hình chữ nhật kích thước từ 5x3,5 m đến 6x3,5 m Khi sử dụng cốt thép thường hoặc cốt thép ứng suất trước, chiều dài tấm bê tông có thể tăng lên hàng chục mét Độ dốc ngang của mặt đường bê tông xi măng dao động từ 15-20%.
Bề rộng lớp móng Bm cần được xác định dựa trên phương pháp và tổ hợp máy thi công, với yêu cầu nền phải rộng hơn mặt mỗi bên từ 0,3 đến 0,5m trong mọi trường hợp.
Trong mọi trường hợp, lớp đất nền trên cùng dưới lớp móng cần được đầm chặt với hệ số K >= 0,98, trong khi lớp đất tiếp theo phải đạt K >= 0,95 Đối với những đoạn nền đường có tình hình thủy văn và địa chất không thuận lợi, cần áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt như thay đất, thoát nước hoặc gia cố trước khi xây dựng mặt đường.
Lớp móng được thiết kế nhằm giảm áp lực tải trọng ô tô lên nền đất, hạn chế nước ngầm thẩm thấu qua khe xuống nền, và giảm thiểu biến dạng ở các góc và cạnh Điều này giúp đảm bảo độ bằng phẳng, ổn định, nâng cao cường độ và khả năng chống nứt của mặt đường, đồng thời tạo điều kiện cho ô tô và máy rải bê tông di chuyển an toàn trong quá trình thi công.
Lớp móng có thể làm bằng bê tông nghèo, đá gia cố xi măng, cát gia cố xi măng, đất gia cố xi măng hoặc vôi;
Bề dày móng phải xác định tính toán nhưng không nhỏ hơn bề dày tối thiểu ở Bảng 2.18
Bảng 2-18: Bề dày tối thiểu của lớp áo đường cứng
Loại vật liệu móng Hmin (cm)
Bêtông nghèo Đất, cát hoặc đá gia cố
Cỏt hạt trung, hạt to
Lớp tạo phẳng có thể sử dụng giấy dầu hoặc cát trộn nhựa với độ dày từ 2 đến 3 cm Lớp này được thiết kế để đảm bảo độ bằng phẳng cho lớp móng và giúp tấm dịch chuyển khi nhiệt độ thay đổi.
2.7.3 Cấu tạo mặt cắt ngang tấm bê tông xi măng mặt đường
Mặt cắt ngang của tấm bê tông mặt đường cần có bề dày đồng nhất Bề dày của tấm bê tông xi măng phải được xác định dựa trên tính toán và kinh nghiệm khai thác đường, nhưng không được nhỏ hơn các giá trị quy định trong Bảng 2.19.
Bảng 2-19: Bề dày tấm BTXM và vật liệu lớp móng
Bề dày tấm BTXM tối thiểu (cm) tùy thuộc lưu lượng xe tính toán (xe/ngày đêm)
- Đá, cát, đất gia cố chất liên kết vô cơ
- Đá dăm xỉ, sỏi, cuội
Ngoài ra bề dày tấm tối thiểu cũng tùy thuộc tải trọng trục thiết kế như sau:
+ Trục đơn 9,5T bề dày tối thiểu là 18cm
+ Trục đơn 10,0T bề dày tối thiểu là 22cm
+ Trục đơn 12,0T bề dày tối thiểu là 24cm
2.7.4 Cường độ của bê tông xi măng làm mặt đường
Bê tông sử dụng cho lớp mặt cần có cường độ chịu uốn tối thiểu 40 daN/cm² và cường độ chịu nén tối thiểu 300 daN/cm² Đối với các tuyến đường cấp I và II, yêu cầu cường độ chịu uốn không được thấp hơn 45 daN/cm² và cường độ chịu nén không được thấp hơn 350 daN/cm².
Bê tông dùng làm lớp móng dưới mặt đường bê tông nhựa cần đạt cường độ chịu uốn tối thiểu 25 daN/cm² và cường độ chịu nén tối thiểu 170 daN/cm².
Các chỉ tiêu cường độ và môdun đàn hồi của bê tông làm đường cho ở
Bảng 2.20: Chỉ tiêu về cường độ
Cường độ giới hạn sau 28 ngày
(daN/cm 2 ) Mô đun đàn hồi E
Cường độ chịu kéo uốn
Lớp móng của mặt đường bê tông nhựa
2.7.5 Liên kết giữa các khe của tấm bê tông
Các khe của tấm bê tông được chia làm hai loại: khe ngang và khe dọc Các khe ngang lại chia làm hai loại: khe dãn và khe co;
Khe dọc và khe ngang cần phải vuông góc với nhau, đồng thời khe ngang trên hai làn xe phải thẳng hàng, cả trên đường thẳng lẫn đường cong Tại các đoạn có nhánh đường rẽ chéo, đầu khe ngang của làn rẽ và đầu khe ngang của làn đi thẳng phải được bố trí trùng nhau.
Khe dọc có thể làm theo kiểu ngàm hoặc kiểu có thanh truyền lực;
Khe dãn thường bố trí theo kiểu thanh truyền lực, khe co thường làm kiểu khe giả;
Trên mặt đường bê tông có hai hoặc nhiều làn xe, cần thiết phải bố trí khe dọc theo tim đường hoặc song song với tim đường Khoảng cách giữa các khe dọc không được vượt quá 4,5m và thường bằng bề rộng của một làn xe Các khe dọc có thể được thiết kế theo kiểu khe co hoặc kiểu khe ngàm.
2.7.6 Kích thước của thanh truyền lực
Khoảng cách từ thanh truyền lực đến mép mặt đường (của khe dãn, khe co) khụng được lớn hơn ẵ đến ẳ khoảng cỏch giữa hai thanh truyền lực
Bảng 2.21 : Kích thước của các thanh truyền lực
Chiều dày tấm bê tông
(cm) Đường kính thanh truyền lực (mm)
Chiều dài thanh truyền lực (cm)
Khoảng cách giữa 2 thanh truyền lực (cm) Trong khe dãn
Trong khe co Nhỏ hơn
* Các số trong ngoặc đơn ứng với trường hợp tấm bê tông đặt trên lớp móng gia cố các chất liên kế vô cơ
* Thanh truyền lực của khe dọc thường có đường kính từ 10 ÷12 mm chiều dài 75 cm, đặt cách nhau 100 cm
2.7.7 Ưu điểm và nhược điểm của Đường bê tông xi măng
Cường độ cao, thích hợp với mọi loại phương tiện vận tải, kể cả xe bánh xích
Cường độ mặt đường hầu như không thay đổi khi nhiệt độ thay đổi
Rất ổn định nước, dưới tác dụng của các yếu tố khí quyển mặt đường không bị giảm cường độ
Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, hầu như không giảm khi mặt đường bị ẩm ướt
Độ hao mòn không đáng kể, mặt đường sinh bụi rất ít
Mặt đường có màu sáng, định hướng xe về ban đêm tốt
Tuổi thọ rất cao (30 ÷ 40 năm)
Có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thi công
Công tác duy tu, bảo dưỡng không đáng kể
Sử dụng cấp phối bê tông xi măng nên thi công ít gây ô nhiễm môi trường
Mặt đường có độ cứng quá lớn, xe chạy không êm thuận, gây tiếng ồn nhiều
Các khe biến dạng làm cho mặt đường kém bằng phẳng, hạn chế xe chạy tốc độ cao
Thi công tương đối phức tạp, đòi hỏi có thiết bị chuyên dụng
Chi phí xây dựng ban đầu thường rất lớn, gấp 2 ÷ 2,5 lần mặt đường mềm
Yêu cầu phải có thời gian bảo dưỡng sau khi thi công xong
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) là một trong hai loại hình mặt đường chính cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông quốc gia và quốc tế BTXM được sử dụng trên tất cả các cấp đường, từ địa phương đến quốc lộ, bao gồm cả đường cao tốc và khu vực có thời tiết khắc nghiệt Hiện nay, mặt đường BTXM thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và quản lý nhờ vào sự hoàn thiện của hệ thống tiêu chuẩn và công nghệ xây dựng hiện đại Với lợi thế về tuổi thọ và tiến bộ công nghệ, BTXM ngày càng được ưa chuộng cho các đường cấp cao và sân bay, dẫn đến tỷ trọng sử dụng mặt đường này ngày càng tăng trong chiến lược phát triển giao thông của nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam.
Mặt đường bê tông xi măng có nhiều ưu điểm nổi bật, khiến cho nó ngày càng được ưa chuộng tại các nước tiên tiến, bao gồm cả Việt Nam, mặc dù vẫn tồn tại một số nhược điểm.
Kiểm tra nguồn vật liệu đầu vào
Thí nghiệm nguồn vật liệu đầu vào
Thí nghiệm từng loại Cấp phối bê tông