Nghiên cứu, ứng dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm móng đường ô tô cho huyện thủ thừa tỉnh long an luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm rồi từ đó lựa chọn tỷ lệ gia cố trộn xi măng hợp lý để tạo ra một lớp móng đường có khả năng chịu lực,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LÊ VĂN TÀI

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ CHO HUYỆN THỦ THỪA, TỈNH LONG AN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LÊ VĂN TÀI

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ CHO HUYỆN THỦ THỪA, TỈNH LONG AN

Chuyên ngành: Xây Dựng Đường Ô Tô và Đường Thành Phố

Mã số: 60.58.02.05.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS Lã Văn Chăm

TP HỒ CHÍ MINH - 2016

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập, nghiên cứu, với sự giúp đỡ của các thầy, cô Trường Đại học Giao thông Vận tải, tôi đã hoàn thành luận án Thạc sỹ Kỹ thuật “Nghiên cứu, ứng dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm móng đường ô tô cho huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An”

Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa công trình - Trường đại học Giao thông vận tải, các Cán bộ quản lý và toàn thể quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao học Xây Dựng Đường Ô Tô và Đường Thành Phố K21-2 đã tận tình giúp

đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Lã Văn Chăm, thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi nghiên cứu đề tài, sửa chữa, hiệu chỉnh và hoàn thiện luận văn

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2016

Học viên

Lê Văn Tài

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG LÀM LỚP MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ 4

1.1 Khái quát chung về các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở nước ta: 4

1.1.1 Tổng quan sự phát triển GTVT nước ta hiện nay: 4

1.1.2 Các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở nước ta: 7

1.2 Thực trạng, tình hình về các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An: 17

1.2.1 Tổng quan về thực trạng GTVT ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An: 17

1.2.2 Các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An: 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU GIA CỐ CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ 21

2.1 Nguyên lý gia cố: 21

2.1.1 Khái niệm cấp phối đá dăm: 21

2.1.2 Cấp phối đá dăm được dùng trong xây dựng đường ô tô ở Việt Nam: 21

2.1.3 Nguyên lý gia cố: 22

2.1.3.1 Khái niệm: 22

2.1.3.2 Quá trình thủy hóa: 22

2.1.3.3 Quá trình rắn chắc của xi măng: 23

2.2 Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng: 25

2.2.1 Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng: 25

2.2.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng: 26 CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN

HỖN HỢP HỢP LÝ 28

3.1 Lựa chọn vật liệu, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật: 28

3.1.1 Yêu cầu đối với vật liệu: 28

3.1.2 Lựa chọn vật liệu để thí nghiệm trong phòng: 33

3.1.3 Xác định các chỉ tiêu thí nghiệm của CPĐD và Xi măng: 33

3.2 Xác định thành phần hỗn hợp hợp lý: 46

3.2.1 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định độ ẩm (W 0 ) và khối lượng thể tích khô lớn nhất (km ax) ứng với các tỷ lệ xi măng khác nhau: 47

3.3 Kết quả thí nghiệm các đặc trưng cơ lý của CPĐD gia cố xi măng: 50

3.3.1 Thí nghiệm xác định chỉ tiêu R n , R ec , E đh của cấp phối đá dăm đã chọn với các tỷ lệ xi măng khác nhau theo các ngày tuổi: 50

3.3.2 Lựa chọn thành phần hỗn hợp hợp lý: 59

3.3.2.1 Chọn chiều dày kết cấu áo đường: 59

3.3.2.2 Kiểm toán kết cấu áo đường: 59

3.3.2.3 So sánh chỉ tiêu kỹ thuật: 65

3.3.2.4 So sánh chỉ tiêu kinh tế: 66

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT KHI ỨNG DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ 68

4.1 Đánh giá hiệu quả về kỹ thuật: 68

4.1.1 Hiệu quả về kỹ thuật: 68

4.1.2 Công nghệ chế tạo hỗn hợp cấp phối đá dăm gia cố xi măng: 68

4.1.3 Công nghệ thi công lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng: 70

4.2 Đánh giá hiệu quả về kinh tế: 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 PHỤ LỤC THÍ NGHIỆM

PHỤ LỤC KINH PHÍ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1- Phạm vi sử dụng và điều kiện sử dụng của các loại vật liệu làm móng

đường ô tô 14

Bảng 3.1 - Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối đá dăm gia cố xi măng 28

Bảng 3.2 - Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng 31

Bảng 3.3 - Hệ số hiệu chỉnh cường độ nén mẫu khoan ở hiện trường theo tỷ số h/d 33

Bảng 3.4 – Báo cáo kết quả kiểm tra chất lượng vật liệu cấp phối đá dăm 38

Bảng 3.5 – Kết quả thử nghiệm đầm nén tiêu chuẩn 39

Bảng 3.6 – Kết quả phân tích thành phần hạt 40

Bảng 3.7 – Kết quả thử nghiệm độ hao mòn Los Angeles của CPĐD 41

Bảng 3.8 – Kết quả thử nghiệm sức chịu tải CBR 42

Bảng 3.9 – Kết quả thử nghiệm sức chịu tải CBR (tiếp theo) 43

Bảng 3.10 – Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu của xi măng 44

Bảng 3.11 – Báo cáo kết quả thử nghiệm xi măng 46

Bảng 3.12 - Kết quả độ ẩm & khối lượng thể tích khô trường hợp gia cố 3% xi măng 48

Bảng 3.13 - Kết quả độ ẩm & khối lượng thể tích khô trường hợp gia cố 5% xi măng 48

Bảng 3.14 - Kết quả độ ẩm & khối lượng thể tích khô trường hợp gia cố 7% xi măng 49

Bảng 3.15 - Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn với các tỷ lệ xi măng khác nhau 50

Bảng 3.16 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén 52

Bảng 3.17 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ 55

Bảng 3.18 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi 57

Bảng 3.19 - Các loại kết cấu áo đường 56

Bảng 3.20 - Giá thành xây dựng 1m2 kết cấu mặt đường 66

Bảng 3.21 - Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng 67

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Lấy mẫu vật liệu cấp phối đá dăm 34

Hình 3.2: Thí nghiệm thành phần hạt 35

Hình 3.3: Thí nghiệm chỉ tiêu độ mài mòn Los Angeles 35

Hình 3.4: Sàng cấp phối và tách lựa những hạt thoi dẹt 36

Hình 3.5: Thí nghiệm chỉ tiêu CBR của cấp phối đá dăm 37

Hình 3.6: Xi măng Fico PCB40 44

Hình 3.7: Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn 47

Hình 3.8: Biểu đồ thí nghiệm đầm nén gia cố 3% xi măng 48

Hình 3.9: Biểu đồ thí nghiệm đầm nén gia cố 5% xi măng 49

Hình 3.10: Biểu đồ thí nghiệm đầm nén gia cố 7% xi măng 49

Hình 3.11: Mẫu trước khi nén và sau khi nén 52

Hình 3.12: Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén giữa các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm nén mẫu (ở trạng thái dưỡng ẩm) 53

Hình 3.13: Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén giữa các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm nén mẫu (ở trạng thái bão hòa) 54

Hình 3.14: Chế bị và nén mẫu xác định cường độ ép chẻ 54

Hình 3.15: Biểu đồ so sánh cường độ ép chẻ các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm ép mẫu (ở trạng thái dưỡng ẩm) 55

Hình 3.16: Biểu đồ so sánh cường độ ép chẻ các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm ép mẫu (ở trạng thái bão hòa) 56

Hình 3.17: Chế bị và nén mẫu xác định cường độ mô đun đàn hồi vật liệu 57

Hình 3.18: Biểu đồ so sánh mô đun đàn hồi các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm đo (ở trạng thái dưỡng ẩm) 58

Hình 3.19: Biểu đồ so sánh mô đun đàn hồi các tỷ lệ XM gia cố theo thời gian tại thời điểm đo (ở trạng thái bão hòa) 58

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

- Thủ Thừa là một huyện thuộc tỉnh Long An, cách thành phố Tân An

10 Km về hướng Bắc và cách TP Hồ Chí Minh 45 Km Thủ Thừa có Quốc lộ 1A, Quốc lộ 62 chạy qua, Tuyến Đường N2 và Đường cao tốc đã được đầu tư xây dựng, là các trục giao thông vô cùng quan trọng trong xây dựng kinh tế kết hợp với quốc phòng

- Hiện nay, khối lượng hàng hóa vận chuyển bằng giao thông đường bộ

là rất lớn, tải trọng xe nặng nên làm cho móng, mặt đường bị biến dạng, giảm tuổi thọ công trình đáng kể và ảnh hưởng đến an toàn giao thông trên đường

Đã có những hội thảo diễn ra nhằm tìm kiếm các giải pháp khắc phục tình trạng mặt đường bị hư hỏng do lún, nứt, mỏi Khi sử dụng vật liệu truyền thống là cấp phối đá dăm để xây dựng đường ô tô chịu tải trọng nặng đã xuất hiện những nhược điểm nhất định Đặc biệt là móng cấp phối và vật liệu địa phương không chịu nước, khu vực có mực nước ngầm cao hoặc hay bị ngập lụt, vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ tỏ ra có nhiều lợi thế

- Như vậy, lựa chọn loại vật liệu cấp phối đá dăm gia cố chất liên kết vô

cơ thay thế lớp cấp phối đá dăm làm móng và mặt đường là rất thiết thực và cấp bách Mặt khác, nhằm tăng cường chất lượng đường bê tông nhựa nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn theo quyết định 858/QĐ-GTVT ngày 26/3/2014 của Bộ Giao thông vận tải Vì vậy, việc nghiên cứu cải tạo nguồn vật liệu cấp phối đá dăm bằng phương pháp gia cố xi măng làm móng mặt đường là việc làm có ý nghĩa quan trọng vào việc phát triển hệ thống giao thông đường bộ tại địa phương

Ngoài ra loại kết cấu này đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể Học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng cấp phối đá dăm gia cố

xi măng làm móng đường ô tô cho huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An” nhằm lựa chọn vật liệu địa phương phù hợp, tính toán một số kết cấu áo đường hợp lý

có thể áp dụng tại địa phương góp một phần vào việc nghiên cứu sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm móng đường

Đây là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc phát triển hệ thống giao thông đường bộ cho huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm rồi từ đó lựa chọn tỷ lệ gia cố (trộn) xi măng hợp lý để tạo ra một lớp móng đường có khả năng chịu lực, chịu tải trọng xe, tăng cường chất lượng và hiệu quả làm việc của các lớp mặt đường, đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa chất, thủy văn, lưu lượng và tải trọng xe của đường ôtô trên địa bàn tỉnh Long An

3 Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm gia cố xi măng trên địa bàn huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An

4 Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu, ứng dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng tại các khu vực trên địa bàn huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An

5 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm gia cố xi măng với các hàm lượng khác nhau để lựa chọn tỷ lệ gia cố hợp lý dùng trong xây dựng móng đường ô tô tại huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An

6 Nội dung của luận văn:

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấu gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô

tô

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ

Chương 3: Thí nghiệm trong phòng xác định thành phần hỗn hợp hợp lý Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi ứng dụng cấp phối

đá dăm gia cố xi măng làm móng đường ô tô

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG LÀM LỚP MÓNG

ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Khái quát chung về các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở nước ta:

1.1.1 Tổng quan sự phát triển GTVT nước ta hiện nay:

- Việt Nam đang từng bước phát triển kinh tế đất nước và hội nhập kinh

tế thế giới trong điều kiện mà cơ sở hạ tầng còn khó khăn, chính vì vậy để đáp ứng các yêu cầu để phát triển thì phải đảm được là mạng lưới giao thông vận tải phải được ưu tiên đầu tư Chính vì vậy, Chính phủ đã có những chủ trương

và định hướng rõ ràng trong việc phát triển mạng lưới giao thông tại Việt Nam như sau:

+ Giao thông vận tải là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội, cần ưu tiên đầu tư phát triển đi trước một bước với tốc độ nhanh, bền vững nhằm tạo tiền đề cho phát triển kinh tế - xã hội, củng cố an ninh, quốc phòng, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước

+ Phát huy tối đa lợi thể về vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên của đất nước để phát triển hệ thống giao thông vận tải hợp lý, giảm thiểu chi phí vận tải, tiết kiệm chi phí xã hội

+ Phát triển kết cấu hạ tầng giao thông một cách đồng bộ, hợp lý, từng bước đi vào hiện đại, tạo nên mạng lưới hoàn chỉnh, liên hoàn, liên kết giữa các phương thức vận tải, giữa các vùng lãnh thổ, giữa đô thị và nông thôn trên phạm vi toàn quốc

+ Coi trọng công tác bảo tri, đảm bảo khai thác hiệu quả, bền vững kết cấu hạ tâng giao thông hiện có Đồng thời đẩy mạnh việc nâng cấp và xây dựng mới các công trình kết cấu hạ tầng giao thông mang lại hiệu quả kinh tế

- xã hội, các khu kinh tế trọng điểm, các trục giao thông đối ngoại, các đô thị lớn và các vùng có ý nghĩa quan trọng trong chiến lược xóa đói, giảm nghèo

và phục vụ an ninh, quốc phòng

+ Phát triển vận tải theo hướng hiện đại với chi phí hợp lý, an toàn, giảm thiếu tác động môi trường và tiết kiệm năng lượng; ứng dụng công

nghệ vận tải tiên tiến đặc biệt là vận tải đa phương thức; nhanh chóng đổi

mới phương tiện vận tải; nâng cao chất lượng dịch vụ vận tải, đồng thời phát triển nhanh hệ thống dịch vụ vận tải đối ngoại trước hết là vận tải hàng không và hàng hải nhằm tăng cường khả năng cạnh tranh và tạo điều kiện đẩy nhanh quá trình hội nhập quốc tế

+ Ưu tiên cải tạo, nâng cấp đầu tư chiều sâu phát huy hiệu quả của các

cơ sở công nghiệp giao thông vận tải hiện có, nhanh chóng đổi mới và tiếp cận công nghệ hiện đại, từng bước tăng tỷ lệ nội địa hóa và tiến tới tự sản xuất được các phương tiện vận tải, đặc biệt là trong lĩnh vực đóng tàu và chế tạo ô tô để sử đụng trong nước và xuất khẩu ra các nước trong khu vực và thế giới

+ Phát triển hệ thống giao thông vận tải đối ngoại, gắn kết chặt chẽ với

hệ hống GTVT trong nước, đáp ứng kịp thời yêu cầu hội nhập quốc tế và khu vực

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã và đang sử dụng kết cấu mặt đường có kết cấu móng trên bằng đá dăm gia cố xi măng Đặc biệt là ở Mỹ và các nước Tây Âu, ở các nước này đã có nhiều công trình đường thi công bằng loại hình vật liệu này và cũng đã ban hành các quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như công nghệ thi công móng cấp phối đá dăm có gia cố xi măng với các tỷ lệ % xi măng tương ứng, phù hợp với công nghệ sản xuất vật liệu, công nghệ xây dựng và điều kiện đặc thù của nước mình

+ Ở Pháp loại vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng còn dùng để tăng cường mặt đường cũ ngay trên những tuyến đường vừa thi công vừa đảm

bảo giao thông

+ Ở Liên Xô thường dùng cấp phối đá dăm gia cố xi măng để làm lớp móng của kết cấu áo đường trên một số trục đường chính và đường thành phố Theo quy phạm thiết kế mặt đường BCH 46-72, vật liệu đá gia cố xi mãng được xem là một loại vật liệu chủ yếu để dùng làm lớp móng

+ Ở Mỹ kỹ thuật làm lớp móng bằng vật liệu đá dăm gia cố xi măng được

sử dụng khá phổ biến, trong đó vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng được chia làm 2 cấp: cấp A với tỷ lệ gia cố xi măng từ 3,5% đến 6%, cấp B với tỷ

lệ từ 2,5% đến 4,9% so vói khối lượng đá

+ Ở Anh, Hà Lan, Tây Đức thường dùng lớp móng bê tông nghèo với tỷ

lệ xi măng từ 5% đến 7% trong các kết cấu mặt đường cấp cao

- Thực hiện nghiêm túc chiến lược phát triển giao thông vận tải mà Chính phủ đề ra, ngành GTVT đã đạt được nhiều thành tựu và từng bước hoàn thiện hệ thống GTVT để đáp ứng được các yêu cầu mà xã hội đặt ra trong toàn bộ quá trình phát triển đến hiện nay Các thành tựu này cũng đánh dấu những chuyển biến mạnh mẽ trong việc phát huy tối đa năng lực ngành GVTV, những thay đổi rõ rệt trong đầu tư con người, đầu tư công nghệ thi

công, thay đổi và phát triển vật liệu xây dựng, ứng dụng công nghệ tiên tiến

- Theo quy hoạch phát triển GTVT Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 như sau:

+ Về vận tải khách và vận tải hàng hóa: phấn đấu đến năm 2020, vận chuyển 5,5 tỷ hành khách với 165,5 tỷ hành khách luân chuyển; khối lượng hàng hóa vận chuyển ỉà 760 triệu tấn với 35 tỷ tấn hàng hóa luân chuyển; có khoảng 2,8 - 3 triệu phương tiện xe ô tô các loại

+ Nhanh chóng phát triển giao thông vận tải xe buýt tại các đô thị lớn, đặc biệt là Thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh; phát triển giao thông tĩnh và giao thông tiếp cận cho người khuyết tật; kiểm soát sự gia tăng

phương tiện vận tải cả nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và bản đảm trật tự

an toàn giao thông đô thị

+ Đồng thời, đưa vào cấp kỹ thuật hệ thống đường bộ hiện có, nhanh chóng triển khai xây dựng hệ thống đường bộ cao tốc theo quy hoạch, đặc biệt là tuyến cao tốc Bắc Nam, phát triển mạnh mẽ giao thông đô thị

+ Mục tiêu cụ thể đặt ra đến năm 2020, xây dựng 24 tuyến, đoạn tuyến cao tốc với tổng chiều dài khoảng 2.381 km; 100% qùốc lộ vào đúng cấp kỹ thuật; hoàn thành xây dựng các cầu lớn, thay thế 100% cầu yếu trên quốc lộ; 100% đường tỉnh được rải mặt nhựa hoặc bê tồng xi măng; 100% xã, cụm xã

có đường ô tô đến trung tâm, xóa 100% cầu khỉ

+ Phát triển giao thông vận tải địa phương đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa - hiện đại hóa nông nghiệp - nông thôn, gắn kết được mạng GTVT địa phương với mạng giao thông quốc gia, tạo sự thông suốt, chi phí vận tải hợp

lý, phù họp với đa số người dân

+ Định hướng đến năm 2030, hoàn thiện và cơ bản hiện đại hóa mạng lưới kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ; tiếp tục xây dựng các đoạn tuyến, tuyến đường bộ cao tốc, đường đô thị, đường vành đai

- Như vậy việc phát triển hệ thống giao thông của nước ta hiện nay còn rất nhiều việc phải làm để đáp ứng được các mục tiêu của Chính phủ giao

Ngoài ra, còn một số loại kết cấu áo đường cấp thấp được quy định Tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông nông thôn

+ Đường giao thông nông thôn - Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 210-92

 Về kết cấu áo đường mềm:

Kết cấu áo đường mềm (hay gọi là áo đường mềm) gồm có tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy móng

• Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường) rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành cường độ của kết cấu

áo đường mềm

• Tầng móng cũng thường gồm lớp móng trên và lớp móng dưới (các lớp này cũng có thể kiêm chức năng lớp thoát nước) Chia làm hai loại móng:

+ Móng mềm: Là các lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt như cấp

phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất hoặc các lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt có gia

cố các loại nhựa đường

(Vật liệu hạt là một tập hợp các hạt rời có kích cỡ từ 0 đến D (D là kích

cỡ hạt lớn nhất) trong đó cường độ liên kết giữa các hạt luôn nhỏ hơn nhiều

so với cường độ bản thân mỗi hạt và do đó cường độ chung của một lớp vật liệu hạt được đặc trưng bằng sức chống cắt trượt của lớp Lớp kết cấu bằng vật liệu hạt không có tính liền khối.)

+ Móng nửa cứng: Là các lớp móng làm bằng vật liệu hạt có gia cố chất

liên kết vô cơ (xi măng, vôi, vôi và tro bay…)

• Lớp đáy móng: trong một số trường hợp còn cần bố trí lớp đáy móng (hay lớp đáy áo đường) thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của khu vực tác dụng của nền đường (có nghĩa là lớp đáy móng trở thành một phần của khu vực tác dụng)

Tùy loại tầng mặt, tuỳ cấp hạng đường và lượng xe thiết kế, kết cấu áo đường có thể đủ các tầng lớp nêu trên nhưng cũng có thể chỉ gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức năng

Tiêu chuẩn này được áp dụng cho việc thi công và nghiệm thu lớp móng trên hoăc lớp móng dưới bằng vật liệu đá dăm hoặc cuội sỏi gia cố xi măng trong kết cấu áo đường đường ô tô và trong kết cấu tầng phủ sân bay

Đá dăm hoặc sỏi cuội gia cố xi măng ở đây được hiểu là một hỗn hợp cốt liệu khoáng chất có cấu trúc thành phần hạt theo nguyên lý cấp phối chặt, liên tục (trong đó kích thước cỡ hạt cốt liệu lớn nhất Dmax = 25 - 38,1 mm) đem trộn với xi măng theo một tỷ lệ nhất định rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất trước khi xi măng ninh kểt Sau đây gọi chung là cấp phối đá gia cố xi măng Hỗn hợp cốt liệu khoáng chất nói trên có thể là loại được nghiền toàn bộ (đá dăm hoặc sỏi cuội nghiền) hoặc nghiền một phần (có lẫn các thành phần hạt không nghiền như cát thiên nhiên ) hoặc không nghiền (sỏi cuội, cát thiên nhiên) Tỷ lệ nghiền là tỷ lệ hạt được nghiền (có mặt vỡ) có trong hỗn hợp cốt liệu khoáng chất

Tiêu chuẩn này cũng được áp dụng cho trường hợp thi công và nghiệm thu lớp mặt chịu lực bằng cấp phối đá gia cố xi măng với điều kiện trên lớp này phải có láng nhựa tương ứng với loại kết cấu mặt đường cấp cao A2 ở

"Quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN-211-93"; việc thi công và nghiệm thu lớp láng nhựa trong trường hợp này phải được thực hiện đúng theo quy trình láng nhựa hiện hành (kể cả đối với việc thi công lớp dính bám)

Để bảo đảm cho lớp kết cấu cấp phối đá gia cố xi măng duy trì được tính toàn khôi và bên vững lâu dài, phải tránh sử dụng chúng trên các đoạn nên có khả năng lún sau khi xây dựng áo đường

Cho phép sử dụng chất phụ gia làm chậm ninh kết để tạo thuận lợi cho việc thi công câp phôi đá gia có xi măng nhưng việc lựa chọn loại chất phụ gia cụ thể phải thông qua thí nghiệm, làm thử và phải được cấp xét duyệt thiết

và lượng xi măng cung cấp, hiệu quả khai thác và duy tu bảo dưỡng

Cấu tạo kết cấu áo đường cứng bao gồm các lớp như sau:

• Lớp mặt bằng BTXM:

Lớp mặt BTXM được thiết kế theo tải trọng yêu cầu đặt ra của từng tuyến đường mà có độ dày và mác BT khác nhau, tuy nhiên chiều dày tối thiểu khi tính toán H>18cm khi trục đơn tính toán là 9,5T; H>22cm khi trục đơn tính toán là 10,0T, H>24cm khi trục đơn tính toán là 12,0T Bê tông làm lớp mặt phải đảm bảo cường độ như sau:

+ Bê tông lớp mặt phải có cường độ chịu uốn giới hạn không nhỏ hơn 40daN/cm2, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 300daN/cm2

+ Đối với đường cấp I, cấp II thì cường độ chịu uốn giới hạn không nhỏ hơn 45daN/cm2, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 350daN/cm2

+ Bê tông làm lớp móng dưới cường độ chịu uốn giới hạn không nhỏ hơn 25daN/cm2, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 170daN/cm2 + Bê tông mặt đường đường phải được thiết kế các khe co, khe giãn, khe dọc và các thanh truyền lực để đảm bảo các tấm bê tông mặt đường chịu tải trọng được tốt nhất

• Lớp tạo phẳng: có thể dùng giấy dầu, cát trộn nhựa từ 2-3cm, …

• Lớp móng đường:

+ Lớp móng được bố trí để giảm áp lực tải trọng ô tô trên nền đất, để hạn

chế nước ngấm qua khe xuống nền đất, giảm tích lũy biến dạng ở góc và cạnh tấm, tạo điều kiện đảm bảo độ phằng, ổn định, nâng cao cường độ và khả năng chống nứt cảu mặt đường đồng thời đảm bảo cho ô tô, máy rải chạy trên

lớp móng trong thời gian 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 lớp móng phải được xác định

theo tính toán để chịu được tải trọng thi công, tuy nhiên phải đảm bảo chiều

dày tối thiểu như sau:

H > 14cm: Với móng là bê tông nghèo

H > 15cm: Với móng là đất, cát, đá gia cố

H > 20 cm: Với móng là cát hạt to, hạt trung

1.1.2.2 Các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường:

Qua hai kết cấu áo đường (áo đường mềm và áo đường cứng) ta nhận thấy lớp móng đường được làm bằng những vật liệu sau:

+ Lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt như cấp phối đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công nghiệp; đá dăm; đất hoặc các lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt có gia cố các loại nhựa đường

+ Lớp móng làm bằng vật liệu hạt có gia cố chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi, vôi và tro bay…)

+ 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

+ Về cơ bản những chỉ tiêu về cốt liệu, xi măng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật xây dựng móng đường ô tô và thị trường hiện nay

+ Thành phần cót liệu dùng cho đá gia cố xi măng được quy định riêng biệt, không tương thích với thành phần hạt của cấp phối đá dăm loại I và loại

II đã quy định trong Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô (22 TCN 334-06) Như vậy để gia cố xi măng, cốt liệu cần phải được sản xuất riêng, hoặc phải phối trộn từ các vật liệu cấp phối

đá dăm sẵn có với nhau

+ Không cho phép sử dụng cấp phối từ tự nhiên, dẫn đến không tận dụng được vật liệu cấp phối tự nhiên vốn là lợi thế của rất nhiều địa phương ở nước

ta

+ Về công nghệ thi công: việc trộn hỗn hợp đá và xi măng chỉ được thực hiện tại trạm trộn cố định và rải bằng máy dẫn đến phạm vi áp dụng cũng bị hạn chế

+ Việc thi công tại hiện trường và sự đa dạng về thành phần cốt liệu cần phải được thay đổi để việc áp dụng vào các công trình xây dựng được thuận tiện và đảm bảo chất lượng là yêu cầu để thay đổi quy trình thi công nghiệm thu lớp Đá gia cố xi măng

+ Tuy nhiên, nguyên nhân cơ bản nhất dẫn đến lớp vật liệu cấp phối đá

gia cố xi măng chưa được sử dụng nhiều ở nước ta trong thời gian qua vẫn là

do khó thay đôi thói quen trong thiết kế và thi công của các Nhà thầu xây dựng Một phần ngại nhập thiết bị thi công, ngại giá thành tăng lên và chưa làm chủ được công nghệ và chất lượng trong quá trình thi công, phần khác,

hiện nay ở Việt Nam chưa chủ động trong vấn đề vật liệu và còn thiếu kinh nghiệm áp dụng giải pháp phòng, chống nứt phản ánh của lớp đá gia cố xi măng lên các lớp mặt đường phía trên

- Tiêu chuẩn áp dụng:

Trong thời gian qua, cùng với việc tiến bộ và đổi mới về công nghệ xây dựng móng mặt đường ở nước ta, hàng loạt Tiêu chuẩn ngành (22TCN) có liên quan đến Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu ỉớp cấp phối đá dăm gia cố

xi măng đã và đang chuyển đối sang Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN)

Những tiêu chuẩn liên quan đã sửa đổi và ban hành thành TCVN gồm có:

+ TCVN 8857-2011 về lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu thay thế 22TCN 304-03: Quy trình thi công và nghiệm thu lớp kết cấu áo đường bằng cấp phối thiên nhiên

+ TCVN 8859:2011 về lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô

- Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu thay thế 22 TCN 334-06: Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô

+ TCVN 2682 : 1999 Xi măng Pooclăng - Yêu cầu kỹ thuật

+ TCVN 7572-13: 2006 cốt liệu bê tông và vữa - Phương pháp thử + TCVN 8817-1:2011 Nhũ tương nhựa đường a xít - Yêu cầu kỹ thuật + TCVN 8818-1:2011 Nhựa đường lỏng - Yêu cầu kỹ thuật

+ TCVN 8862:2011 Xác định cường độ kéo khi ép chẻ của vật liệu hạt liên kết bằng các chất kết dính

+ TCVN 8863:2011 Mặt đường láng nhựa nóng - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu

+ TCVN 8864:2011 Mặt đường ô tô - Xác định độ bằng phẳng mặt

đường bằng thước dài 3,0 mét - Phương pháp thử nghiệm

+ TCVN 8866:2011 Mặt đường ô tô - Xác định đo độ nhám mặt đường bằng

phương pháp rắc cát

Đây là những loại vật liệu cơ bản, thông dụng cho việc sử dụng làm lớp móng đường, vật liệu này có sẵn trong tự nhiên hoặc qua dây chuyền máy móc tạo ra

Bảng 1.1: Phạm vi sử dụng và điều kiện sử dụng của các loại vật liệu

Cấp cao A1

Nếu dùng làm lớp móng trên thì cỡ hạt lớn nhất Dmax 25mm và bề dày tối thiểu là 15cm (khi số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong 15 năm nhỏ hơn 0,1.106 thì tối thiểu dày 10cm)

và cấp thấp B1

Nếu dùng làm lớp móng trên thì Dmax=25mm; Nếu dùng làm lớp bù vênh thì Dmax=19mm

Cấp cao A2

Như quy định ở 22 TCN

304 - 03

móng dưới

Cấp thấp B1, B2

4 Đá dăm nước

(22 TCN 06 -77)

- Móng dưới

- Móng trên (mặt )

Cấp cao A2 Cấp thấp B1, B2

Phải có hệ thống rãnh xương cá thoát nước trong quá trình thi công và cả sau khi đưa vào khai thác nếu có khả năng thấm nước vào lớp đá dăm; Nên có lớp ngăn cách (vải địa kỹ thuật) giữa lớp móng đá dăm nước với nền đất khi làm móng có tầng mặt cấp cao A2; Không được dùng loại kích cỡ mở rộng trong mọi trường hợp

5 Bê tông nhựa

Cấp cao A1 Cấp cao A2

Với các loại hỗn hợp cuội sỏi, cát, trộn nhựa nguội hiện chưa có tiêu chuẩn ngành

Cấp cao A1 Cấp cao A2

Cỡ hạt lớn nhất được sử dụng là 25mm

Cường độ yêu cầu của cát gia cố phải tương ứng với yêu cầu đối với móng trên

Các trường hợp gia cố khác hiện chưa có tiêu chuẩn ngành

1.2 Thực trạng, tình hình về các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An:

1.2.1 Tổng quan về thực trạng GTVT ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An:

- Thủ Thừa là một huyện thuộc tỉnh Long An, cách thành phố Tân An 10

Km về hướng Bắc và cách TP Hồ Chí Minh 45 Km Thủ Thừa có Quốc lộ 1A, Quốc lộ 62 chạy qua, Tuyến Đường N2 và Đường cao tốc đã được đầu tư xây dựng, là các trục giao thông vô cùng quan trọng trong xây dựng kinh tế kết hợp với quốc phòng

- Hiện nay, khối lượng hàng hóa vận chuyển bằng giao thông đường bộ

là rất lớn, tải trọng xe nặng nên làm cho móng, mặt đường bị biến dạng, giảm tuổi thọ công trình đáng kể và ảnh hưởng đến an toàn giao thông trên đường

Đã có những hội thảo diễn ra nhằm tìm kiếm các giải pháp khắc phục tình trạng mặt đường bị hư hỏng do lún, nứt, mỏi Khi sử dụng vật liệu truyền thống là cấp phối đá dăm để xây dựng đường ô tô chịu tải trọng nặng đã xuất hiện những nhược điểm nhất định Đặc biệt là móng cấp phối và vật liệu địa phương không chịu nước, khu vực có mực nước ngầm cao hoặc hay bị ngập lụt, vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ tỏ ra có nhiều lợi thế

1.2.2 Các loại vật liệu được sử dụng làm lớp móng đường ô tô ở huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An:

- Các loại kết cấu áo đường hiện tại tại huyện Thủ Thừa, tỉnh Long An

hầu hết đều không chịu được tải trọng xe nặng do lớp móng đường được sử dụng bằng các vật liệu có sẵn trong tự nhiên, không được gia cố thêm chất kết dính và chất lượng vật liệu không tốt Điển hình một số loại vật liệu được áp dụng làm lớp móng đường tại huyện Thủ Thừa như sau:

+ Móng cấp phối thiên nhiên:

Tất cả những loại đất đồi có lẫn sỏi sạn (cấp phối đồi) hoặc cát - sỏi - cuội ở các bãi sông, suối (cấp phối cuội sỏi) có kích thước hạt nhỏ hơn 50cm trở xuống được khai thác để sử dụng không cần phải gia công thêm, là một hỗn hợp vật liệu dạng hạt có sẵn trong tự nhiên theo nguyên lý cấp phối gọi là cấp phối thiên nhiên Cấp phối thiên nhiên hoặc một hỗn hợp có thể được pha

trộn phối hợp từ các sản phẩm thiên nhiên nêu trên để trở thành sản phẩm mới

có tính chất được cải thiện hơn đều có thể sử dụng làm lớp móng đường ô tô Phân biệt nguồn gốc khai thác và lượng hạt sét chứa trong cấp phối, người ta chia ra làm hai loại chính: cấp phối đồi và cấp phối cuội sỏi Cấp phối đồi thông thường có lượng hạt lớn hơn 5cm không nhiều và chỉ số dẻo tương đối cao Ngược lại, cấp phối cuội sỏi có lượng hạt nhỏ tương đối ít, cốt liệu tương đối tròn cạnh và tính dính kém Khắc phục những nhược điểm riêng của từng loại vật liệu, người ta có thể pha trộn thêm đất đồi vào cấp phối cuội sỏi và thêm cát vào đất cấp phối đồi để đạt được những loại vật liệu mong muốn Cường độ của lớp vật liệu cấp phối phụ thuộc vào độ chặt của hỗn hợp, liên quan đến thành phần cấp phối của chúng và sự dính kết của thành phần hạt sét có trong hỗn hợp

* Ưu, nhược điểm:

Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ khai thác, đáp ứng được yêu cầu để làm lớp móng đường thông thường, mặt đường cấp thấp

Nhược điểm: Tính chất và thành phần phân tán rộng trong một khu mỏ khai thác, cường độ thấp, chịu ảnh hưởng của nước và có độ rỗng lớn nhất là đối với cấp phối có thành phần hạt xa với cấp phối tốt nhất

độ và độ ổn định chung của toàn bộ lớp móng đá dăm cấp phối [7]

Cấp phối đá dăm dùng làm móng đường ô tô có 2 loại: Loại I và loại II

- Loại I: là cấp phối hạt mà tất cả các cỡ hạt được nghiền từ đá nguyên

khai

- Loại II: là cấp phối hạt được nghiền từ đá nguyên khai hoặc sỏi cuội,

trong đó cỡ hạt nhỏ hơn 2,36 mm có thể là vật liệu hạt tự nhiên không nghiền nhưng khối lượng không vượt quá 50 % khối lượng CPĐD Khi CPĐD được nghiền từ sỏi cuội thì ít nhất 75 % số hạt trên sàng 9,5 mm phải có từ hai mặt

vỡ trở lên

* Ưu, nhược điểm chính:

- Móng cấp phối đá dăm có cường độ tương đối cao, khá ổn định đối với nước

- Được dùng phổ biến làm lớp chịu lực chính của các loại mặt đường A1, A2

- Sản xuất vật liệu và thi công lớp móng cấp phối đá dăm phải tuân theo một công nghệ nghiêm ngặt

- Không được thi công trên nền cát và Eo < 400daN/cm2

Phạm vi sử dụng:

- Móng trên và móng dưới của tất cả các loại đường;

- Sử dụng trong kết cấu mặt đường mới và lớp tăng cường mặt đường cũ

Kết luận:

- Các lớp kết cấu của tầng móng thông thường là cấp phối đá dăm, cấp phối tự nhiên do đó các nhược điểm của các lớp vật liệu làm móng cũng là nhược điểm chung của kết cấu mặt đường mềm

+ Về nguyên tắc, cấp phối đá dăm làm việc theo nguyên lý cấp phối, tức là có thể xem như một loại đất cực tốt Mỗi lượt bánh xe nặng chạy qua nó

sẽ bị lún đàn hồi, nhưng sẽ còn một lượng lún dư Nguyên nhân là do các hạt

đá bị di chuyển nhỏ và về không đúng vị trí ban đầu do các góc cạnh bị vỡ do

va đập hoặc ma sát Do vậy một trong các yêu cầu của vật liệu CPĐD là phải

đủ độ cứng và có mặt vỡ tối thiểu tạo ma sát

+ Cấp phối càng có thành phần hạt mịn nhiều thì độ lún còn dư dưới tác dụng của tải trọng nặng trùng phục càng lớn Vì vậy yêu cầu về độ sạch của vật liệu cần được đặc biệt quan tâm, nhất là cho các đuờng có tải trọng trục nặng, lưu lượng thiết kế lớn

+ CPĐD là loại vật liệu chịu tác động phá hoại của nước: khi CPĐD có

độ ẩm cao hoặc bão hòa nước thì sức chịu tải của nó giảm xuống rất nhiều Mặt khác nước trong CPĐD cũng sẽ làm tăng nhanh độ mài mòn do ma sát của cốt liệu, làm giảm dần cường độ của vật liệu và tích lũy biến dạng dư

+ Một nhược điểm của CPĐD là rất dễ bị phân tầng khi vận chuyển và thi công, nhất là ta hay dùng máy san Một số Dự án vốn ODA bắt buộc phải dùng máy rải chuyên dụng để rải cấp phối đá dăm nhằm chống phân tầng (cả

về thành phần hạt và độ ẩm) Sự phân tầng của vật liệu CPĐD là nguyên nhân trực tiếp gây biến dạng dư lớn cũng như các hư hỏng cục bộ dạng ổ gà, ổ trâu đã được kiểm chứng trên nhiều Dự án

- Như vậy, lựa chọn loại vật liệu cấp phối đá dăm gia cố chất liên kết

vô cơ thay thế lớp cấp phối đá dăm làm móng là rất thiết thực và cấp bách Mặt khác, nhằm tăng cường chất lượng đường bê tông nhựa nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn theo quyết định 858/QĐ-GTVT ngày 26/3/2014 của Bộ Giao thông vận tải Vì vậy, việc nghiên cứu cải tạo nguồn vật liệu cấp phối đá dăm bằng phương pháp gia cố xi măng làm móng đường là việc làm có ý nghĩa quan trọng vào việc phát triển hệ thống giao thông đường bộ tại địa phương.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU GIA CỐ

CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ 2.1 Nguyên lý gia cố:

2.1.1 Khái niệm cấp phối đá dăm:

Là hỗn hợp vật liệu đá dạng hạt có thành phần hạt tuân thủ nguyên lý cấp phối liên tục, ký hiệu là CPĐD

2.1.2 Cấp phối đá dăm được dùng trong xây dựng đường ô tô ở Việt Nam:

Cấp phối đá dăm dùng làm móng đường được chia làm hai loại:

- Loại I: là cấp phối hạt mà tất cả các cỡ hạt được nghiền từ đá nguyên

khai

- Loại II: là cấp phối hạt được nghiền từ đá nguyên khai hoặc sỏi

cuội, trong đó cỡ hạt nhỏ hơn 2,36 mm có thể là vật liệu hạt tự nhiên không nghiền nhưng khối lượng không vượt quá 50 % khối lượng CPĐD Khi CPĐD được nghiền từ sỏi cuội thì ít nhất 75 % số hạt trên sàng 9,5 mm phải

có từ hai mặt vỡ trở lên

Phạm vi sử dụng các loại CPĐD:

- CPĐD loại I được sử dụng làm lớp móng trên (và móng dưới trên

cơ sở xem xét yếu tố kinh tế, kỹ thuật) của kết cấu áo đường mềm có tầng mặt loại A1, A2 theo 22TCN 211-06 hoặc làm lớp móng trên theo 22TCN

274 - 01

- CPĐD loại II được sử dụng làm lớp móng dưới của kết cấu áo đường có tầng mặt loại A1 và làm lớp móng trên cho tầng mặt loại A2 hoặc B1 theo 22TCN 211 - 06 hoặc làm lớp móng dưới theo 22TCN 274 - 01

- Cả hai loại CPĐD loại I và loại II đều có thể được sử dụng làm lớp móng dưới cho kết cấu áo đường cứng (bê tông xi măng) và có thể dùng

CPĐD loại I để làm lớp móng trên cho mặt đường bê tông xi măng trong trường hợp đường chỉ có xe tải trọng trục nặng dưới 80kN chạy với tổng số lần trục xe thông qua đến hết thời kỳ khai thác sử dụng là dưới 1x106 lần trục tương đương 80kN

2.1.3 Nguyên lý gia cố:

2.1.3.1 Khái niệm:

Cấp phối đá dăm (CPĐD) gia cố xi măng được hiểu là một hỗn hợp cốt liệu khoáng chất có cấu trúc thành phần hạt theo nguyên lý cấp phối chặt, liên tục đem trộn với xi măng theo một tỷ lệ nhất định rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất trưóc khi xi măng ninh kết

Nguyên lý hình thành cường độ được biểu hiện bằng các quá trình sau:

2.1.3.2 Quá trình thủy hóa:

Khi nhào trộn xi măng với nước, ở giai đoạn đầu xảy ra quá trình tác dụng nhanh của alit với nước tạo ra hyđrosilicat canxi và hyđroxit canxi

2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (2-1)

Vì đã có hyđroxit canxi tách ra từ alit nên belit thủy hóa chậm hơn alit và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:

2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (2-2) Hyđrosilicat canxi hình thành khi thủy hóa hoàn toàn đơn khoáng Silicat tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hòa hyđroxit canxi Tỷ

lệ CaO/SiO2 trong các hyđrosilicat trong hồ xi măng có thể thay đổi phụ thuộc vào thành phần vật liệu, điều kiện rắn chắc và các yếu tố khác Pha chứa alumo chủ yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al2O3 là pha hoạt động nhất Ngay sau khi trộn với nước trên bề mặt hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, không bền, có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác của 4CaO.Al2O3.9H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O Cấu trúc dạng tơi xốp này làm

giảm độ bền nước của xi măng Dạng ổn định, sản phẩm phản ứng nhanh với nước của nó là hyđroaluminat 6H2O có tinh thể hình lập phương (3CaO.Al2O3.6H2O)

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O (2-3)

Để làm chậm quá trình ninh kết khi nghiền clinke cần cho thêm một lượng đá thạch cao (3 – 5% so với khối lượng của xi măng) Sunfat canxi (CaSO4) đóng vai trò là chất hoạt động hóa học của xi măng, tác dụng với aluminat tricanxi ngay từ đầu để tạo thành sunfoaluminat canxi ngậm nước (khoáng etringit)

3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26H2O =

2.1.3.3 Quá trình rắn chắc của xi măng:

Theo thuyết Baikov – Rebinđer, quá trình rắn chắc của xi măng được chia thành ba giai đoạn:

Giai đoạn hòa tan: khi nhào trộn xi măng với nước, các thành phần

khoáng của clinke sẽ tác dụng với nước ở ngay trên bề mặt hạt xi măng Những sản phẩm mới tạo được [Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O] sẽ bị hòa tan Nhưng độ hòa tan không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở về bão hòa

Giai đoạn hóa keo: trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm Ca(OH)2;

3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tăng nữa mà tồn tại ở trạng thái keo Còn các sản phẩm etringit vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo

Giai đoạn kết tinh: nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản

phẩm mới ngày càng nhiều Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hóa cứng và cường độ tăng

Quá trình rắn chắc của xi măng chủ yếu là quá trình thủy hóa của các thành phần khoáng vật khi trộn xi măng với nước theo các phản ứng:

3CaO.SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2.(n-1)H2O (2-8)

Như vậy, sau quá trình thủy hóa rắn chắc của xi măng sẽ có những sản phẩm chủ yếu mới sinh ra là: Ca(OH)2, 2CaO.SiO2.mH2O,

độ của hỗn hợp vật liệu

Để đảm bảo cho hỗn hợp có độ rỗng nhỏ nhất, thành phần hạt của hỗn hợp vật liệu phải gần với thành phần hạt của hỗn hợp có cấp phối tốt nhất Nếu

hỗn hợp vật liệu đá thiếu thành phần hạt nhỏ, dùng xi măng để lấp đầy các lỗ rỗng thì sẽ rất tốn xi măng, nếu khống chế trước lượng xi măng sử dụng thì độ rỗng của hỗn hợp lớn, cường độ giảm và kém ổn định đối với nước

Theo nghiên cứu, người ta thường dùng hỗn hợp đá dăm, có thành phần cấp phối tốt nhất với hệ số khối lượng giảm dần K = 0.6 - 0.7 để gia cố xi măng

Cường độ của hỗn hợp cấp phối đá dăm gia cố xi măng phụ thuộc vào thành phần khoảng của vật của đá Độ cứng của đá xi măng hình thành trong điều kiện tác dụng hoá lý phức tạp giữa đá với xi măng Vữa xi măng sẽ được nén chặt, chắc lại và đông cứng thành đá xi măng trên mặt phân giới giữa đá

và xi măng Lớp đá xi măng này có chiều dày khoảng 20 - 30 micron và bám chắc trên bề mặt của các hạt đá Người ta cũng thấy là đá xi măng sẽ có cường

độ lớn nhất nếu vật liệu hạt là một trong các loại đá sau: thạch anh, labrođo, microclin Tuy nhiên dùng các loại đá cứng như vậy để gia cố xi măng thường không kinh tế lắm

Hàm lượng xi măng ảnh hưởng nhiều đến cường độ của hỗn hợp và giá thành Do vậy phải thông qua thí nghiệm để xác định được chính xác lượng xi măng hợp lý nhất về kinh tế - kỹ thuật Thông thường 3 - 5% theo khối lương nếu làm lớp móng dưới, 4 - 6% nếu làm lớp mặt, lớp móng trên của áo đường cấp cao Cũng có thể lấy hàm lượng xi măng bằng 15 - 20% khối lượng đá mặt có trong hỗn hợp (đá mặt có kích cỡ nhỏ hơn 2.3 - 3 mm)

Cường độ của hỗn hợp cấp phối đá gia cố xi măng phụ thuộc vào hàm lượng nước trong hỗn hợp và tốc độ của quá trình hoá cứng của đá xi măng

2.2 Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi

áp dụng:

2.2.1 Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng:

Hỗn hợp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng có cấu trúc kết tinh Chất liên kết xi măng làm tăng cường độ của nhóm các hạt nhỏ, biến hỗn hợp vật liệu đá kích cỡ khác nhau thành một khối đồng nhất Sau khi gia cố xi

măng thì sự khác nhau về cường độ của nhóm hạt cỡ nhỏ và hạt lớn không nhiều, đồng thời tỷ lệ của thành phần nhóm hạt nhỏ trong hỗn hợp cũng giảm xuống so với hỗn hợp đá dăm không gia cố Vì vậy cường độ và độ ổn định của mặt đường đá dăm gia cố xi măng cũng tăng lên [7]

Vì thế hiện nay xu thế dùng cấp phối đá dăm gia cố xi măng để làm lớp

mặt đường và lớp móng đường ngày càng cao

2.2.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng:

2.2.2.1 Ưu nhược điểm của hỗn hợp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng:

 Ưu điểm:

- MMóng cấp phối đá dăm gia cố xi măng có ưu điểm là cường độ và độ ổn định cao do bản thân cấp phối đá dăm nghiền vừa chèn móc tốt, vừa có độ rỗng nhỏ, lại thêm liên kết của xi măng sau khi thuỷ hoá làm cho hỗn hợp đá trở thành một khối tương đối thống nhất Chính nhờ ưu điểm này nên hiện nay chúng ta sử dụng làm lớp móng trên của các đường cấp cao và của đường cao tốc

- Cường độ rất cao (E = 9000-11000 daN/cm2), có khả năng chịu nén và chịu kéo khi uốn, rất ổn định nhiệt và nước

- Sử dụng được các loại vật liệu địa phương

- Giá thành rẻ, lượng xi măng sử dụng cho 1m3 vật liệu rất nhỏ (70-120 kg/m3)

- Có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thi công

- Độ bằng phẳng cao hơn mặt đường BTXM, không phải bố trí các khe biến

dạng, độ nhám của mặt đường cao và ít thay đổi khi ẩm ướt

 Nhƣợc điểm:

- Chịu tải trọng động kém

- Yêu cầu phải có thiết bị thi công chuyên dụng (thiết bị trộn, rải)

- Khống chế thời gian thi công (không quá 2 giờ)

- Không thông xe được ngay sau khi thi công

- Nhược điểm của loại vật liệu này là dễ bị mài mòn và không chịu được tác dụng phá hoại bề mặt trực tiếp của xe chạy

- Ngoài ra, loại vật liệu này dễ bị nứt do co ngót hoặc do tác dụng của nhiệt độ nên tầng mặt phía trên của đường cấp cao nếu muốn không bị nứt lan truyển lên thì cần có bề dày nhất định

- Dùng kết cấu có cấp phối đá dăm gia cố xi măng là một biện pháp hữu hiệu để làm móng đường cấp cao, mặt đường cấp thấp Tuy nhiên, khi thực hiện cần phải xem xét lại các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật từng vùng, địa phương

2.2.2.2 Phạm vi áp dụng của hỗn hợp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng:

- Loại mặt đường này là có tính dòn cao, không chịu được tác dụng của lực xung kích, do vậy cấp phối đá dăm gia cố xi măng thường được áp dụng làm lớp móng trên hoặc móng dưới trong kết cấu áo đường ô tô hay trong kết cấu tầng phủ của sân bay Nếu làm lớp mặt thì phải làm lớp láng nhựa trên mặt

- Móng trên, móng dưới mặt đường cấp A1

- Lớp mặt của mặt đường A2 (phải cấu tạo lớp láng nhựa)

- Loại Dmax 37,5 chỉ làm lớp móng dưới

- Lớp móng mặt đường BTXM

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM TRONG PHÕNG XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN

HỖN HỢP HỢP LÝ 3.1 Lựa chọn vật liệu, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật:

3.1.1 Yêu cầu đối với vật liệu:

3.1.1.1 Yêu cầu đối với cấp phối đá dăm:

- Thành phần hạt của cấp phối đá dăm:

+ Trong hỗn hợp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng thì thành phần hạt ảnh hưởng rất lớn đến cường độ của hỗn hợp vật liệu và móng mặt đường sau này Để đảm bảo cho mặt đường có độ rỗng nhỏ nhất, thành phẩn hạt của hỗn hợp vật liệu phải gần hay chính là thành phần của hỗn hợp có cấp phối tốt nhất

+ Yêu cầu thành phần hạt của CPĐD (kể cả CPĐD loại I và loại II) tuân thủ theo TCVN 8859:2011, xem Bảng 3.1 Trong Bảng 3.1, Dmax là cỡ hạt lớn nhất danh định

Bảng 3.1 - Yêu cầu về thành phần hạt của cấp phối đá dăm gia cố xi măng

và làm lớp mặt tương ứng với loại kết cấu mặt đường cấp cao A2 trong 22TCN-211-06 với điều kiện trên lớp này ít nhất phải có láng nhựa theo TCVN 8863:2011 hoặc làm lớp móng trên của mặt đường cao tốc và đường cấp I, II thì chỉ nên dùng CPĐD loại I cỡ hạt Dmax= 31,5 mm

- Độ mài mòn Los Angeles (LA):

+ Vật liệu hạt CPĐD dùng để gia cố xi măng làm lớp móng trên yêu cầu chỉ tiêu Los Angeles (LA) không vượt quá 35%, trường hợp dùng làm lớp móng dưới (không trực tiếp với tầng mặt của lớp kết cấu áo đường) yêu cầu không vượt quá 45%

lớn thì nên dùng CPĐD loại I

3.1.1.2 Yêu cầu đối với xi măng:

- Xi măng thường dùng trong cấp phối đá gia cố xi măng là các loại xi măng Poóclăng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 2682:1999 hoặc xi măng Poóclăng hỗn hợp có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:1997 Xi măng sử dụng trong cấp phối đá gia cố xi măng có mác không nhỏ hơn 30 MPa

- Lượng xi măng poóclăng tối thiểu dùng để gia cố CPĐD là 3% tính theo khối lượng hỗn hợp cốt liệu khô Lượng xi măng cần thiết phải được xác định thông qua thí nghiệm trong phòng để đạt các yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng

- Lượng xi măng áp dụng khi thi công thực tế hay lượng xi măng đưa vào hồ sơ thiết kế, có xét đến sự phân bố không đồng đều của xi măng trong hỗn hợp cấp phối đá dăm gia cố xi măng khi trộn, phải lấy lớn hơn lượng xi măng xác định thông qua thí nghiệm trong phòng 0,2 %

- Xi măng phải có thời gian bắt đầu ninh kết tối thiểu là 120 phút Cho phép sử dụng chất phụ gia làm chậm ninh kết để tạo thuận lợi cho việc thi công cấp phối gia cố xi măng nhưng việc lựa chọn chất phụ gia cụ thể phải thông qua thí nghiệm, làm thử và phải được cấp xét duyệt thiết kế chấp thuận

3.1.1.3 Yêu cầu đối với nước:

- Yêu cầu đối với nước dùng để trộn cấp phối đá dăm gia cố xi măng như yêu cầu về nước dùng cho bê tông và vữa quy định tại TCVN 4506-1987: + Không có váng dầu hoặc váng mỡ;

+ Không có màu;

+ Lượng tạp chất hữu cơ không vượt quá 15mg/l;

+ Có độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5;

+ Lượng muối hòa tan không lớn hơn 2000 mg/l;

+ Lượng ion sun fat không lớn hơn 600 mg/l;

+ Lượng ion Clo không lớn hơn 350 mg/l;

+ Lượng cặn không tan không lớn hơn 200 mg/l

3.1.1.4 Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng:

- Yêu cầu cường độ cấp phối đá dăm phải thoả mãn hai chỉ tiêu là cường độ chịu nén giới hạn và cường độ ép chẻ giới hạn theo Bảng 3.2

Bảng 3.2 - Yêu cầu đối với cường độ cấp phối gia cố xi măng

Vị trí lớp cấp phối gia cố xi măng

Cường độ giới hạn yêu cầu, MPa Chịu nén (sau 14

ngày tuổi)

Chịu ép chẻ (sau

14 ngày tuổi)

Lớp móng trên của tầng mặt bê

tông nhựa và BTXM của đường

cao tốc, đường cấp I, cấp II hoặc

lớp mặt có láng nhựa

Lớp móng trên trong các trường

Lớp móng dưới trong mọi trường

- Trị số ghi trong bảng 3 là tương ứng với các điều kiện sau:

+ Mẫu nén hình trụ có đường kính 152 mm, cao 117 mm và được tạo mẫu sau khi trộn cấp phối với xi măng để 2 giờ ở độ ẩm tốt nhất với khối lượng thể tích khô lớn nhất (cối proctor cải tiến) quy định tại 22TCN 333-06) Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước rồi đem nén với tốc độ gia tải khi nén là (6±1) KPa/s Kết quả nén mẫu phải nhân với hệ số 0,96 (để quy đổi về cường độ nén mẫu lập phương 150x150x150 cm) Cường độ chịu nén tương ứng với một tỷ lệ xi măng là trị số trung bình của tối thiểu 3 mẫu thí nghiệm

+ Cũng có thể chế bị và nén mẫu lập phương 150x150x150 cm với các điều kiện nói trên (trường hợp này kết quả nén mẫu được nhân với hệ số

1,0) Cường độ chịu nén tương ứng với một tỷ lệ xi măng là trị số trung bình của tối thiểu 3 mẫu thí nghiệm

+ Mẫu ép chẻ cũng được chế tạo sau khi trộn cấp phối với xi măng được 2 giờ với độ ẩm, độ chặt giống như mẫu nén và bảo dưỡng như mẫu nén, sau đó được thí nghiệm xác định cường độ chịu ép chẻ quy định tại TCVN 8862: 2011 Cường độ chịu ép chẻ tương ứng với một tỷ lệ xi măng

là trị số trung bình của tối thiểu 3 mẫu thí nghiệm

+ Các mẫu khoan lấy ở hiện trường phải có đường kính d tối thiểu bằng 3 lần cỡ hạt lớn nhất của hỗn hợp cấp phối gia cố xi măng Dùng khoan bê tông có đường kính trong mũi khoan là 10 cm đối với CPĐD có Dmax = 31,5; đường kính trong mũi khoan là 15 cm đối với CPĐD có Dmax = 37,5 Khi ép kiểm tra cường độ chịu nén thì tuỳ theo tỷ số h/d khác nhau của mẫu, kết quả nén được nhân với hệ số hiệu chỉnh ở Bảng 3.3 + Phải thiết kế biện pháp cân đong các thành phần hỗn hợp đem trộn đúng tỷ lệ thiết kế đã đề ra Dựa vào các điều kiện thi công và điểu kiện máy móc, thiết bị thi công mà quyết định phương pháp pha trộn Đối với loại hình vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng thì phương pháp pha trộn hữu hiệu nhất là trộn tập trung ở trạm trộn rồi chở ra đường san rải lu lèn Hỗn hợp trộn tập trung tại trạm trộn có chất lượng dễ khống chế nhưng nhưng phải đảm bảo

từ thời gian trộn đến khi thi công trong khoảng thòi gian ninh kết của xi măng Độ ẩm của hỗn hợp sau khi trộn không nên thấp hơn độ ẩm tốt nhất mà nên lớn hơn l%-2% để bù cho lượng nước bốc hơi trong quá trình thao tác rải

và lu lèn

Bảng 3.3 - Hệ số hiệu chỉnh cường độ nén mẫu khoan ở hiện trường

khoan

Tỷ số h/d của mẫu khoan

Hệ số hiệu chỉnh cường độ nén mẫu

3.1.2 Lựa chọn vật liệu để thí nghiệm trong phòng:

3.1.2.1 Lựa chọn cấp phối đá dăm:

- Cấp phối đá dăm được lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài luận văn này là sử dụng cấp phối đá dăm loại II với Dmax = 37,5mm Mẫu thí nghiệm được lấy từ mỏ đá Núi Nhỏ

3.1.2.2 Lựa chọn xi măng:

- Xi măng được lựa chọn để nghiên cứu trong đề tài luận văn này là sử dụng xi măng Fico PCB40

3.1.3 Xác định các chỉ tiêu thí nghiệm của CPĐD và Xi măng:

3.1.3.1 Lấy mẫu và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của CPĐD:

- Lấy mẫu vật liệu tại mỏ đá: