Nghiên cứu các thông số chủ yếu của bê tông đầm lăn trong tính toán kết cấu mặt đường ô tô và sân bay

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã được ứng dụng hơn 100 năm qua, đây là một trong hai loại hình mặt đường chính dùng trong xây dựng đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông, đã và đang tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều ở các nước có nền kinh tế phát triển như Canada, Mỹ, Đức, Anh, Hà Lan, Trung Quốc. Tỷ lệ mặt đường BTXM ở các nước này chiếm khoảng 40%, còn ở Việt Nam thì tỷ lệ này vẫn rất thấp khoảng 2,5%. Trong quá trình phát triển với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mới và công nghệ thi công liên tục được cải tiến đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều loại mặt đường, trong đó phải kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được đầm chặt bằng lu rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng. Công nghệ này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường (BTT), đặc biệt là cho một số đập thủy lợi, thủy điện lớn. Đối với công nghệ mới này, sự lựa chọn loại vật liệu sử dụng, sau đó là chất lượng và lượng dùng của chúng là nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của sản phẩm. Giống như với BTT, các thành phần vật liệu của BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia hóa học. Tuy nhiên điểm khác giữa hai loại bê tông này là chất kết dính sử dụng cho BTĐL ngoài xi măng còn có thêm phụ gia khoáng được xem như là thành phần bắt buộc. Phụ gia khoáng có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong qui trình thi công. Ở Việt Nam những năm gần đây, hàng loạt các công trình thủy điện được xây dựng mà ở đó vai trò của BTĐL đã thực sự được khẳng định. Tuy nhiên, việc ứng dụng BTĐL trong xây dựng hạ tầng giao thông chưa có nhiều. Trong khi đó hàng loạt các công trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình công nghiệp lớn, đang và sẽ được xây dựng trong tương lai gần.2 Năm 2013, Bộ giao thông vận tải ban hành Thông tư số 12/2013/TT – BGTVT về việc “Quy định sử dụng kết cấu mặt đường bê tông xi măng trong đầu tư xây dựng công trình giao thông”. Thông tư đã hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn kết cấu mặt đường BT cũng như các quy định pháp lý cho công tác thiết kế và thi công cho loại hình mặt đường này. Điều này càng khẳng định thêm xu thế sử dụng mặt đường bê tông trong những năm sắp tới ở Việt Nam. Trong tình hình kinh tế suy thoái như hiện nay, làm đường bê tông là một giải pháp kích cầu mà Đảng và Nhà nước ta khuyến khích. Điều này không chỉ thúc đẩy ngành xi măng trong nước phát triển, tạo việc làm cho người lao động mà còn giảm nhập siêu do hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu hàng trăm tấn nhựa đường, góp phần hiện thực hóa các giải pháp kích cầu của Chính phủ trong giai đoạn hiện nay. Vì vậy, từ thực tế này cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTĐL vào trong xây dựng giao thông là thực sự cần thiết, góp phần giảm giá thành đầu tư công trình mà vẫn đảm bảo tốt chất lượng, mang lại ý nghĩa thiết thực giúp cho công tác xây dựng ở nước ta làm chủ được một loại hình công nghệ tiên tiến, đồng thời phát huy các nguồn lực sẵn có trong nước. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là làm rõ các tính chất cơ lý chủ yếu của BTĐL, để áp dụng cho các công trình đường giao thông trên cơ sở nguyên vật liệu, thiết bị sẵn có trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam. Mong muốn kết quả nghiên cứu này sẽ trở thành cơ sở cho việc thiết kế hỗn hợp BTĐL và là cơ sở ứng dụng vật liệu trong công tác thiết kế kết cấu áo đường cứng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng của luận án là nghiên cứu BTĐL để ứng dụng trong xây dựng đường giao thông ở Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu là lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, xác định một số tính chất cơ bản của BTĐL trong phòng thí nghiệm. Trên cơ sở đó đề xuất một số phương án kết cấu phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và điều kiện môi trường ở Việt Nam.3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Mục đích của chương này nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới, từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu của luận án cho ứng dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam. 1.1. Khái niệm về bê tông đầm lăn 1.1.1. Quá trình hình thành cường độ Quá trình hình thành cường độ của BTĐL cũng tương tự như BTT, cơ bản dựa trên quá trình hình thành cường độ của đá xi măng. Trước khi tạo hỗn hợp bê tông và bắt đầu đông kết, hồ xi măng tạo thành sau khi nhào trộn xi măng với nước thành loại huyền phù đặc có cấu trúc ngưng tụ. Trong đó những hạt rắn hút nhau bằng lực Vanđecvan và liên kết với nhau bằng lớp vỏ hydrat. Cấu trúc này sẽ bị phá hủy khi có lực cơ học tác dụng (nhào, trộn, rung và đầm) nó trở thành chất lỏng nhớt, dễ tạo hình. Việc chuyển hồ sang trạng thái chảy mang đặc trưng xúc biến, khi loại bỏ tác dụng của lực cơ học thì liên kết cấu trúc trong hệ lại được phục hồi. Tính chất cơ học của hồ xi măng tăng theo mức độ thủy hóa của xi măng. Theo thuyết Baikov – Rebinder, sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó diễn ra theo các giai đoạn như sau: - Giai đoạn hòa tan: khi nhào trộn xi măng với nước, các thành phần khoáng clanhke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt của hạt xi măng. Những sản phẩm mới tan được như Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ hòa tan vào trong nước. Tuy nhiên độ tan của chúng không lớn do lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên bão hòa. Những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là etringit, hydroxit canxi và các sợi gen Ca(OH)2 xuất hiện vài giờ sau đó. Những lớp gen mỏng tạo thành xen giữa các tinh thể Ca(OH)2 làm đặc chắc thêm hồ xi măng. - Giai đoạn hóa keo: dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo, trong khi đó các sản phẩm ettringit (CSH) 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,4 tỷ lệ rắn so với 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. Đến cuối giai đoạn đông kết cấu trúc của hồ xi măng được hình thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng và khả năng chịu lực tăng lên. Sự hình thành cấu trúc của đá xi măng trải qua các quá trình vật lý và hóa học phức tạp, là sự biến đổi tổng hợp mà ở đó các quá trình xảy ra đồng thời, xen kẽ và tác dụng tương hỗ nhau. Mặc dù, trong BTĐL lượng nước và lượng xi măng ít hơn nhiều so với BTT, song các quá trình thủy hỏa của xi măng vẫn diễn ra phức tạp như bản chất vốn có của nó, đồng thời là cơ sở căn bản cho sự hình thành cường độ bê tông sau này. Tuy nhiên, do lượng hồ xi măng không đủ lấp đầy khoảng rỗng giữa các hạt cốt liệu và bôi trơn bề mặt các hạt cốt liệu, nên hỗn hợp bê tông bị rời rạc và kém dẻo. Sự bổ sung của thành phần phụ gia khoáng (PGK) cùng với xi măng tạo thành chất kết dính cho cốt liệu lớn (bộ khung chịu lực chính của kết cấu). Phụ gia khoáng sẽ góp phần tăng thể tích hồ, bổ sung lượng hạt mịn còn thiếu để lấp đầy lỗ rỗng tại các khe giữa các hạt cốt liệu tăng tính dẻo cho hỗn hợp, tăng độ đặc chắc cho bê tông, do đó làm tăng khả năng chịu lực và chống thấm của bê tông. Ngoài ra, nó còn làm giảm lượng nhiệt tỏa ra từ các sản phẩm của quá trình thủy hóa xi măng, giảm độ co ngót cho bê tông, đây là nguyên nhân chính gây ra rạn nứt phá hoại kết cấu bê tông sau này. Bên cạnh đó, lực chấn động cũng là yếu tố quan trọng khác góp phần hình thành nên cường độ cho BTĐL. Trong giai đoạn đầu, nhờ máy trộn cưỡng bức, các thành phần trong hỗn hợp BTĐL có sự phân bố đồng đều không bị phân tầng hay vón cục. Trong giai đoạn thi công, với lu rung bánh thép gây ra một áp lực lớn lên hỗn hợp, làm cho các thành phần được xắp xếp chặt chẽ, kết cấu của BTĐL càng đặc chắc hơn. Với hàm lượng nước ít chỉ đủ cho quá trình thủy hóa của xi măng, nên hạn chế phần nào lượng nước dư thừa bay hơi gây ra lỗ rỗng là nguyên nhân làm giảm cường độ của bê tông. So với BTT thì cường độ của BTĐL được hình thành sớm hơn, mặc dù sự phát triển cường độ của nó vẫn biến đổi liên tục theo thời gian. Đến một giai đoạn sự phát5 triển đó được ổn định, tuy nhiên quá trình hình thành cường độ của nó là một quá trình phức tạp, mà ở đó sự biến đổi cơ – lý - hóa xen kẽ nhau và tác dụng tương hỗ bổ sung nhau. 1.1.2. Đặc điểm của BTĐL 1.1.2.1.Thành phần vật liệu Bê tông đầm lăn sử dụng trong xây dựng đường và đập về cơ bản có thành phần vật liệu giống nhau (gồm đá, cát, xi măng, phụ gia khoáng và nước), tuy nhiên về hàm lượng các thành phần trong hỗn hợp thì lại phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của mỗi loại công trình. Theo [76] thì yêu cầu về vật liệu cho BTĐL có những đặc điểm như trong bảng 1.1

- -

nguyỄN THỊ THU NGÀ

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY

LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt

Hµ néi - 2016

NGUYỄN THỊ THU NGÀ

“NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU

CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG TÍNH TOÁN

KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ SÂN BAY”

chuyªn ngµnh : x©y dùng ®­êng « t« vµ ®­êng thµnh phè M· sè : 62.58.02.05

LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG

1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông cho thiết kế mặt đường ô tô và đường

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ 112 

4.1 Tổng quan về các yêu cầu thiết kế mặt đường, móng đường 112 

PHỤ LỤC A KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VIII 

PHỤ LỤC B TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BTĐL THEO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 

VC  Độ công tác 

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

một trong hai loại hình mặt đường chính dùng trong xây dựng đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông, đã và đang tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết  các  nước  trên  thế  giới,  tập  trung  nhiều  ở  các  nước  có  nền  kinh  tế  phát  triển  như Canada, Mỹ, Đức, Anh, Hà Lan, Trung Quốc. Tỷ lệ mặt đường BTXM ở các nước này chiếm khoảng 40%, còn ở Việt Nam thì tỷ lệ này vẫn rất thấp khoảng 2,5%.  

  Trong quá trình phát triển với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mới và công nghệ thi công liên tục được cải tiến đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều loại mặt đường, trong đó phải 

kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được  đầm  chặt  bằng  lu  rung  với  thành  phần  tương  tự  như  bê  tông  xi  măng.  Công  nghệ này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan 

và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc 

độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường (BTT), đặc biệt là cho một 

số đập thủy lợi, thủy  điện lớn. Đối với công nghệ mới này, sự lựa chọn loại vật liệu sử dụng, sau đó là chất lượng và lượng dùng của chúng là nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của sản phẩm. Giống như với BTT, các thành phần vật liệu của BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia hóa học. Tuy nhiên điểm khác giữa hai loại 

bê  tông  này  là  chất  kết  dính  sử  dụng  cho  BTĐL  ngoài  xi  măng  còn  có  thêm  phụ  gia khoáng được xem như là thành phần bắt buộc. Phụ gia khoáng có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong qui trình thi công.  

  Ở  Việt  Nam  những  năm  gần  đây,  hàng  loạt  các  công  trình  thủy  điện  được  xây dựng mà ở đó vai trò của BTĐL đã thực sự được khẳng định. Tuy nhiên, việc ứng dụng BTĐL trong xây dựng hạ tầng giao thông chưa có nhiều. Trong khi đó hàng loạt các công trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình  công nghiệp lớn,  đang và sẽ được  xây  dựng  trong tương lai gần. 

Năm 2013, Bộ giao thông  vận tải ban hành  Thông tư số 12/2013/TT  – BGTVT về việc 

“Quy định sử dụng kết cấu mặt đường bê tông xi măng trong đầu tư xây dựng công trình giao thông”. Thông tư đã hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn kết cấu mặt đường BT cũng như các quy định pháp lý cho công tác thiết kế và thi công cho loại hình mặt đường này. Điều này càng khẳng định thêm xu thế sử dụng mặt đường bê tông trong những năm sắp tới ở Việt Nam. Trong tình hình kinh tế suy thoái như hiện nay, làm đường bê tông là một giải pháp kích cầu mà Đảng và Nhà nước ta khuyến khích. Điều này không chỉ thúc đẩy ngành xi măng trong nước phát triển, tạo việc làm cho người lao động mà còn giảm nhập siêu  do  hàng  năm  Việt  Nam  phải  nhập  khẩu  hàng  trăm  tấn  nhựa  đường,  góp  phần  hiện thực hóa các giải pháp kích cầu của Chính phủ trong giai đoạn hiện nay.  

  Vì vậy, từ thực tế này  cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTĐL vào trong xây dựng giao thông là thực sự cần thiết, góp phần giảm giá thành đầu tư công trình 

mà vẫn đảm bảo tốt chất lượng, mang lại ý nghĩa thiết thực giúp cho công tác xây dựng ở nước ta làm chủ  được  một loại hình  công  nghệ tiên tiến, đồng thời phát huy các nguồn lực sẵn có trong nước.  

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  Đối  tượng  của  luận  án  là  nghiên  cứu  BTĐL  để  ứng  dụng  trong  xây  dựng  đường giao thông ở Việt Nam.  

  Phạm vi nghiên cứu là lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, xác định một số tính chất cơ bản của BTĐL trong phòng thí nghiệm. Trên cơ sở đó đề xuất một số phương án kết cấu phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và điều kiện môi trường ở Việt Nam. 

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG

XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

độ thủy hóa của xi măng. Theo thuyết Baikov – Rebinder, sự hình thành cấu trúc của hồ 

xi măng và cường độ của nó diễn ra theo các giai đoạn như sau: 

  -  Giai  đoạn  hòa  tan:  khi  nhào  trộn  xi  măng  với  nước,  các  thành  phần  khoáng clanhke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt của hạt xi măng. Những sản phẩm mới tan được như Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ hòa tan vào trong nước. Tuy nhiên độ tan của chúng  không  lớn  do  lượng  nước  có  hạn  nên  dung  dịch  nhanh  chóng  trở  nên  bão  hòa. Những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là etringit, hydroxit canxi và các sợi gen Ca(OH)2 xuất hiện vài giờ sau đó. Những lớp gen mỏng tạo thành xen giữa các tinh thể Ca(OH)2 làm đặc chắc thêm hồ xi măng. 

  -  Giai  đoạn  hóa  keo:  dung  dịch  quá  bão  hòa,  các  sản  phẩm  Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo, trong khi 

đó các sản phẩm ettringit (CSH) 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, 

  - 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. Đến cuối giai đoạn đông kết cấu trúc của hồ xi măng được hình thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng và khả năng chịu lực tăng lên. Sự hình thành cấu trúc của đá xi măng trải qua các quá trình vật lý và hóa học phức tạp, là sự biến đổi tổng hợp mà ở đó các quá trình xảy ra đồng thời, xen kẽ và tác dụng tương hỗ nhau. 

Mặc dù, trong BTĐL lượng nước và lượng xi măng ít hơn nhiều so với BTT, song các  quá  trình  thủy  hỏa  của  xi  măng  vẫn  diễn  ra  phức  tạp  như  bản  chất  vốn  có  của  nó, đồng thời là cơ sở căn bản cho sự hình thành cường độ bê tông sau này. Tuy nhiên, do lượng hồ xi măng không đủ lấp đầy khoảng rỗng giữa các hạt cốt liệu và bôi trơn bề mặt các hạt cốt liệu, nên hỗn hợp bê tông bị rời rạc và kém dẻo. Sự bổ sung của thành phần phụ  gia  khoáng  (PGK)  cùng  với  xi  măng  tạo  thành  chất  kết  dính  cho  cốt  liệu  lớn  (bộ khung chịu lực chính của kết cấu).  Phụ gia khoáng sẽ góp phần tăng thể tích hồ, bổ sung lượng hạt mịn còn thiếu để lấp đầy lỗ rỗng tại các khe giữa các hạt cốt liệu tăng tính dẻo cho hỗn hợp, tăng độ đặc chắc cho bê tông, do đó làm tăng khả năng chịu lực và chống thấm của bê tông. Ngoài ra, nó còn làm giảm lượng nhiệt tỏa ra từ các sản phẩm của quá trình thủy  hóa xi  măng, giảm độ co ngót cho  bê tông, đây là nguyên nhân chính gây ra rạn nứt phá hoại kết cấu bê tông sau này. 

Bên cạnh đó, lực chấn động cũng là yếu tố quan trọng khác góp phần hình thành nên cường độ cho BTĐL. Trong giai đoạn đầu, nhờ máy trộn cưỡng bức, các thành phần trong hỗn hợp BTĐL có sự phân bố đồng đều không bị phân tầng hay vón cục. Trong giai đoạn  thi  công,  với  lu  rung  bánh  thép  gây  ra  một  áp  lực  lớn  lên  hỗn  hợp,  làm  cho  các thành phần được xắp xếp chặt chẽ, kết cấu của BTĐL càng đặc chắc hơn. Với hàm lượng nước ít chỉ đủ cho quá trình thủy hóa của xi măng, nên hạn chế phần nào lượng nước dư thừa bay hơi gây ra lỗ rỗng là  nguyên nhân làm giảm cường độ của bê tông. 

So  với  BTT  thì  cường  độ  của  BTĐL  được  hình  thành  sớm  hơn,  mặc  dù  sự  phát triển  cường  độ  của  nó  vẫn  biến  đổi  liên  tục  theo  thời  gian.  Đến  một  giai  đoạn  sự  phát 

  Mục đích của việc thiết kế cấp phối hợp lý là nhằm đạt được một hỗn hợp chặt với 

độ ổn định cao, độ rỗng nhỏ giữa các thành phần cốt liệu, đảm bảo được chèn lấp bằng một lượng chất kết dính thích hợp, để hỗn hợp vật liệu có được những tính chất cần thiết cho xây dựng. Hiện nay có rất nhiều PPTK tối ưu thành phần hạt như Fuller – Thomson, biểu  đồ  lượng  sót  riêng  biệt  (Percent  Retained  Chart),  đồ  thị  chỉ  số  độ  thô  (Coarseness Factor  Chart),  đồ  thị    0.45  Power,  ASTM  C33,  ACI  211  và  phương  pháp  số.  Nội  dung 

- Với mỗi cấp phối các cốt liệu sẽ tương ứng với một lượng chất kết dính nhất định, có một hỗn hợp tối ưu với tỷ lệ nước và chất kết dính là thấp nhất và tạo 

ra hỗn hợp có cường độ cao nhất. 

- Trong hỗn hợp tối ưu, sự cản trở của các hạt vật liệu là tối thiểu do đó đáp ứng tốt với đầm rung có biên độ và tần số cao. 

đổi những yêu cầu trong quá trình thi công và hoàn thiện. Do vậy, mà cấp phối trộn các cốt  liệu  được  tính  toán  theo  các  tiêu  chuẩn  tối  ưu  mới  chỉ  là  những  định  tính  ban  đầu, việc tiến hành thực nghiệm là rất quan trọng nhằm đánh giá cụ thể hơn nữa về cốt liệu sử dụng có phù hợp hay không. 

1.1.2.2 Phương pháp thiết kế cấp phối

Lựa chọn PPTK thành phần hỗn hợp BTĐL hợp lý là một bước rất quan trọng đảm bảo  chất  lượng  của  bê  tông,  đồng  thời  đảm  bảo  tính  kinh  tế  và  tính  bền  lâu  cho  công trình. Để BTĐL đạt được độ chặt như yêu cầu thì hỗn hợp phải đủ khô để chịu được tác động của thiết bị đầm lăn và phải đủ ướt để cho phép chất kết dính đủ để phân bố, bao bọc và lấp đầy chỗ trống giữa các cốt liệu trong quá trình trộn và đầm nén.  

Hiện nay có rất nhiều PPTK thành phần bê tông đã được đề xuất và ứng dụng trên toàn thế giới cho hỗn hợp BTĐL. Do vậy, rất khó để xác định phương pháp nào để làm chuẩn, tuy nhiên có hai quan điểm thiết kế hỗn hợp BTĐL chính như sau: 

-  Quan  điểm  bê  tông:  dựa  vào  tỷ  lệ  N/CKD  được  giữ  không  đổi  và  hỗn  hợp  trộn được xác định bằng khối lượng tuyệt đối. 

-  Quan  điểm  cơ  học  đất:  dựa  vào  mối  quan  hệ  giữa  chất  kết  dính,  cốt  liệu  và  hỗn hợp được trộn xác định bởi độ ẩm tối ưu và tỷ trọng khô lớn nhất. 

Dù thiết kế theo bất kỳ phương pháp nào thì mục đích chính của việc thiết kế BTĐL đều phải đảm bảo các yếu tố như: 

- Có đủ lượng vữa cần thiết  để bao bọc xung quanh các hạt cốt  liệu và lấp đầy  lỗ rỗng giữa chúng. 

để hỗn hợp bê tông sau khi lèn chặt có độ rỗng nhỏ nhất. 

- Tính công tác được xác định bằng chỉ số độ cứng (VC) nằm trong khoảng 30s  40s phù hợp cho mặt đường BTĐL, tuy nhiên nên kiểm tra lại chỉ số này tại hiện trường.  

- Thường yêu cầu hàm lượng cụ thể như lượng nước, lượng CKD, lượng cốt liệu và sau đó biến đổi một trong các thông số đó để có được độ đặc chắc như yêu cầu. Cho nên mỗi thông số trong hỗn hợp có thể được tối ưu hóa để đạt được độ chặt như mong muốn.  

Phương pháp ACI 211.3R-02– Theo Hiệp hội Bê tông Mỹ, thì N/CKD được xác định theo 

đồ thị căn cứ vào cường độ yêu cầu của BT và tỷ lệ pha trộn PGK. Thể tích cốt liệu lớn chọn theo bảng thiết lập sẵn, căn cứ vào Dmax cốt liệu, C/CL xác định bằng thí nghiệm. Các  thông  số  còn  lại  tính  toán  từ  phương  trình  thể  tích  tuyệt  đối  (TTTĐ)  (trình  tự  các bước thiết kế xem phụ lục B). 

Nhận xét:

  - Phụ gia khoáng thay thế một phần xi măng theo thể tích tuyệt đối; 

  - Trong biểu đồ lựa chọn các tỷ lệ, cường độ nén của BT chỉ giới hạn bởi một số cường độ cụ thể như: 13,79MPa ở 90 ngày tuổi; 20,68MPa; 27,58MPa; 34,47 MPa ở 28 ngày tuổi. Do vậy, khi thiết kế thành phần bê tông mác cao hơn trong xây dựng đường thì việc sử dụng phương pháp này bị hạn chế. 

Phương pháp RCCD (Roller -Compacted Concrete Dams) - Trung Quốc    

  Thiết  kế  thành  phần  tương  tự  như  BTT,  dùng  nguyên  lý  bao  bọc  lấp  kín  và  tính toán các thành phần bằng phương trình TTTĐ (trình tự các bước thiết kế xem phụ lục B).  

  - Nguyên lý lèn được phát triển bởi Proctor rất sớm từ năm 1930 – 1940, Proctor 

đã chỉ ra rằng với một năng lượng lèn xác định, tồn tại một giá trị độ ẩm tối ưu để cho hỗn hợp được lèn chặt tối đa (KLTT lớn nhất). Khi tăng năng lượng lèn, hệ số lèn chặt tăng lên trong khi độ ẩm tối ưu tương ứng giảm đi. 

  -  Dựa  trên  nguyên  lý  này,  khối  lượng  thể  tích  khô  của  hỗn  hợp  BTĐL  được  sử dụng như một chỉ số để thiết kế thành phần BTĐL theo quan điểm cơ học đất. KLTT khô độc lập với hàm lượng nước và được tính toán từ KLTT ướt theo công thức: 

Nhận xét:

  -  Dựa  trên  quan  điểm  cơ  học  đất,  thông  qua  phương  pháp  đầm  chặt  cải  tiến  của Protor  để  tìm  ra  độ  ẩm  tối  ưu,  hay  nói  cách  khác  là  tìm  ra  lượng  nước  hợp  lý  cho  hỗn hợp; 

  - Tuy nhiên BTĐL là một loại bê tông đặc biệt với độ sụt bằng không, nó vẫn đảm bảo tính năng là bê tông, với sự ảnh hưởng lẫn nhau của các thành phần trong hỗn hợp, không tách rời hay độc lập như thành phần của đất. 

Kết luận: 

  -  Qua  những  khảo  sát  về  mặt  lý  thuyết  ban  đầu,  hai  quan  điểm  thiết  kế  trên  đây đều có đặc điểm chung là TKBT không có độ sụt và đều đi tìm lượng nước tối ưu cho cấp phối; 

  - Phương pháp thiết kế bê tông thể hiện được tính chất lấp đầy lỗ rỗng bởi hồ xi măng giữa các hạt cốt liệu. Mặc dù vậy, phương pháp này chưa nêu bật được sự liên quan giữa  đặc  điểm  đầm  nén  trong  thiết  kế,  mà  đây  lại  là  một  điểm  khác  biệt  cơ  bản  giữa BTĐL với các BTT khác; 

  - Thí nghiệm đầm nén dùng Proctor cải tiến là biện pháp có hiệu quả cho việc lựa chọn  hàm  lượng  nước  để  vừa  đảm  bảo  tính  công  tác  cũng  như  các  tính  chất  khác  cho BTĐL ngoài hiện trường. Trong lý thuyết đầm nén đất đá, nước ở trong vật liệu hỗn hợp dạng  hạt  sẽ  có  tác  dụng  bôi  trơn  và  dưới  tác  dụng  của  lực  đầm,  thì  đất  đá  sẽ  đạt  được dung trọng khô cao. Tuy  nhiên, từ quan điểm lý luận bê tông  để  xét, nước  nhiều  hay ít ảnh hưởng của nó là rất lớn, lượng nước cần thiết cho vào để đạt đến tỷ trọng khô cao có thể sẽ vượt quá lượng dùng nước cần thiết để đầm chặt bê tông, như thế đối với tính năng cứng hóa của BTĐL thì khả năng không đảm bảo. Cho nên, tỷ trọng khô, lượng nước tối 

ưu và công đầm cần có sự lựa chọn hợp lý mới có thể  đảm bảo đầm chặt, đồng thời làm cho tính năng cứng hóa của BTĐL thỏa mãn các yêu cầu.  

Mặc dù các phương pháp trên đều có những tính ưu điểm của mình, nhưng dù lựa chọn theo cách thức nào thì hỗn hợp BTĐL cũng phải đảm bảo về cường độ yêu cầu và tính công tác của nó. Vì vậy, chìa khóa để thiết kế, thi công và áp dụng hiệu quả khi dùng BTĐL là phải có quá trình ứng dụng thử nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường để có đánh giá, điều chỉnh cụ thể cho phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật, môi trường và tiêu chuẩn thiết kế ở Việt Nam. 

1.1.2.3 Công nghệ thi công

- Hệ thống trộn: thiết bị trộn bê tông nên dùng loại hoạt động theo nguyên lý trộn 

cưỡng  bức.  Công  suất  của  thiết  bị  trộn  phải  đáp  ứng  được  năng  suất  của  thiết  bị  rải (thường 60m3/h trở lên). Khoảng cách từ nơi trộn tới hiện trường không quá 30 phút xe chạy.  

- Vận chuyển hỗn hợp bê tông: do hỗn hợp BTĐL khô, không bị phân tầng khi vận 

chuyển, nên thường dùng xe tải tự đổ để vận chuyển. Thông thường sử dụng các xe có tải trọng từ 7T đến 10T là phù hợp. Khi chọn xe tải vận chuyển, cần chọn loại xe có chiều cao miệng thùng phù hợp với phễu nạp liệu của thiết bị rải. 

  - Rải hỗn hợp bê tông: sử dụng máy rải asphalt có công suất 120T/h trở lên. Chiều 

rộng vệt rải thường khoảng 3m ÷ 6m, điều chỉnh phụ thuộc vào chiều rộng mặt đường.  

  - Thiết bị lèn: lu rung bánh thép có tải trọng động (5 7)kg/mm chiều rộng bánh. 

Biên độ dao động (0,5  0,8)mm. Tần số rung 40Hz  60Hz (2400  3600)vòng/phút. Sơ 

đồ thi công như trong hình 1.1. 

Hình 1.1 Sơ đồ thi công mặt đường bằng công nghệ BTĐL

  - Thiết bị lu hoàn thiện mặt: lu bánh lốp có hệ thống phun nước, tải trọng (1,2  

vì  được  đầm  chặt  bằng  thiết  bị  đầm  dùi  như  BTT,  BTĐL  được  làm  chặt  từ  mặt  ngoài bằng  xe  lu  với  tải  trọng  lèn  và  thời  gian  lèn  thích  hợp.  Sau  khi  kết  thúc  quá  trình  làm chặt, bề mặt bê tông được hoàn thiện lại bằng xe lu lốp. Sau 1 ngày tiến hành cắt khe co theo thiết kế để chống nứt cho bê tông. Một số hình ảnh thi công mặt đường và sân bãi bằng công nghệ BTĐL được mô tả trên các hình từ 1.2 1.5. 

Hình 1.2 Rải hỗn hợp BTĐL

Hình 1.3 Lu lèn BTĐL bằng lu rung

2 Độ công tác 

bằng độ sụt (tính bằng cm). Hỗn hợp lưu động được nhào trộn tốt là một hỗn hợp dẻo có đặc  tính  liên  tục  về  cấu  tạo,  cốt  liệu  trong  hỗn  hợp  ở  trạng  thái  “lơ  lửng”  trong  môi trường  liên  tục  của  hồ  xi  măng  đảm  bảo  tính  dính  kết,  tính  không  phân  tầng  trong  hỗn hợp.  

giây - s). Do HHBT có nội lực ma sát và lực dính kết lớn, có giá trị ứng suất cắt lớn, nên khi đổ khuôn và đầm chặt nhất thiết phải có tác dụng cơ học mạnh.  

đường ray nên cần đặt ván khuôn trước khi rải. Sau khi rải hỗn hợp thì tiến hành san bằng lại, đầm lèn chấn động và hoàn thiện thô bằng máy chấn động tần suất từ (3500 - 4000) lần/phút. 

- BTĐL là HHBT cứng có hàm lượng chất kết dính thấp và độ ẩm nhỏ được lèn chặt bằng lu rung, hay nói cách khác bằng lực gây chấn động để tăng tính công tác cho bê tông. Gia công chấn động là một phương pháp rất có hiệu quả để nâng cao tính lưu động của  hỗn  hợp  bê  tông.  Thực  chất  của  gia  công  chấn  động  là  ở  chỗ  do  tác  dụng  của  dao động  kích  thích  truyền  cho  các  phần  tử  của  hỗn  hợp  những  xung  lực  bé,  nhưng  lặp  lại thường xuyên và có chu kỳ. Dưới tác dụng của xung lực, các phân tử thực hiện dao động cưỡng bức với biên độ dao động bé. Do các phần tử trong HH có hình dạng, kích thước, khối lượng và tính chất mặt ngoài khác nhau, nên vận tốc dao động khác nhau, tạo nên gradient vận tốc biến  dạng cắt của các phần  tử gần nhau, làm giảm  lực nội ma sát giữa chúng, dẫn đến giảm đáng kể độ nhớt kết cấu, hỗn hợp chảy dẻo có tính lưu động cao gần như thể lỏng. Nhờ đó, trong quá trình gia công chấn động, các phần tử HH được sắp xếp lại chặt chẽ hơn và trên thực tế hỗn hợp được đầm chặt (hình 1.7). 

Hình 1.7 Hình ảnh thi công mặt đường BTĐL [74]

  - Khi  thi công loại  mặt đường  BTĐL, thường không cần các khe nối, không cần phải có ván khuôn, máy rải chuyên dụng và các loại thanh truyền lực. 

3 Đặc điểm chịu lực 

  - Hình 1.8 thể hiện quá trình phát triển cường độ, cũng như khả năng chịu lực của hai loại bê tông theo thời gian tính từ khi bắt đầu đổ bê tông.  

cho phép khả năng thông xe sớm, đặc biệt là phù hợp với các phương tiện giao thông có tải trọng thấp.  

Hình 1.8 Biểu đồ về quá trình phát triển cường độ của BTT và BTĐL [74]

4 Tính kinh tế 

  Công nghệ này đặc biệt hiệu quả khi khối lượng bê tông được thi công lớn, thí dụ như thi công đập trọng lực bằng công nghệ BTĐL đã đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so 

với  đập  BTT  và  đập  đất  đá,  bởi  ngoài  việc  đảm  bảo  chất  lượng  thì  giá  thành  của  công trình đã giảm đi đáng kể do giảm lượng dùng xi măng, giảm chi phí các kết cấu phụ trợ 

 Theo số liệu thống kê [69], đến năm 1998 trên thế giới có 184 đập BTĐL (cao hơn 15m) được xây dựng xong với tổng khối lượng bê tông là 57 triệu m3, trong đó 35 triệu m3 là BTĐL và 25 đập BTĐL đang được xây dựng với tổng khối lượng là 15 triệu m3 trong đó 

12 triệu m3 là BTĐL. Các đập này tập trung ở 28 quốc gia (hình 1.9).  

Hình 1.9 Số lượng đập BTĐL (cao trên 15m) được xây dựng tại một số quốc gia

trên thế giới tính tới 1998 [69]

Bên cạnh việc ứng dụng cho đập, BTĐL cũng được ứng dụng trong xây dựng mặt đường  và  sân  bãi  (hình  1.10),  lần  đầu  tiên  được  áp  dụng  ở  Canada  vào  năm  1976  tại Caycuse  trên  đảo  Vancouver.  Việc  quyết  định  sử  dụng  BTĐL  tại  công  trình  này  được phát  triển  dựa  trên  việc  thay  đổi  thiết  kế  trong  quá  trình  thi  công.  Thiết  kế  cấu  tạo  lớp móng đường  là đá cấp phối gia cố  thêm xi  măng (dày 350mm), lớp phủ  mặt là bê tông asphalt (dày 50mm). Sau đó để tăng cường khả năng chịu băng giá, lớp bê tông asphalt 

đã được thay bằng BTĐL với hàm lượng XM 13% (theo khối lượng). Tổng diện tích sân được  thi  công  bằng  BTĐL  ở  Caycuse  là  36.000m2[9].  Tiếp  theo  những  thành  công  về việc ứng dụng BTĐL làm sân bãi ở  Caycuse, 3 công trình sân bãi ứng dụng công nghệ BTĐL đã được xây dựng ở đảo Queen Chartlotte - Canada từ năm 1976 đến năm 1978. Các công trình mặt đường và sân bãi bằng BTĐL đều cho hiệu quả sử dụng tốt và tốn ít chi phí bảo dưỡng. 

Trong  khi  Cananda  có  những  bước  phát  triển  nhanh  về  công  nghệ  BTĐL  cho đường và sân bãi thì ở Mỹ nhiều tổ chức cũng quan tâm đến công nghệ này. Bên cạnh các 

dự  án  thử  nghiệm  công  nghệ  BTĐL  cho  đập  do  USACE  tiến  hành  vào  những  năm  đầu thập  kỷ  80  thế  kỷ  trước,  tổ  chức  này  cũng  bắt  đầu  nghiên  cứu  sử  dụng  BTĐL  cho  xây dựng đường phục vụ mục đích quân sự [74].  

Năm 1983 USACE đã tiến hành thử nghiệm một đoạn đường ngắn cho các loại xe bánh xích với chiều dày bê tông (230  330)mm và diện tích 390m2 ở Fost Stewart - bang Georgia - Mỹ. Năm 1984 tổ chức này lại tiến hành thử nghiệm 1 đoạn đường cho xe tăng bằng BTĐL dày 200mm với diện tích 1870m2 ở Forst Lewis - Bang Washington - Mỹ.  

Năm 1984 lần đầu tiên ở Mỹ, bãi đỗ cho các thiết bị quân sự chiến lược của quân đội Mỹ tại Fort Hood - Texas đã được USACE thiết kế và thi công bằng BTĐL với quy 

mô  lớn.  Chiều  dày  lớp  BTĐL  phủ  mặt  của  bãi  đỗ  này  là  250mm,  diện  tích  khoảng 15.000m2. Cường độ uốn của BTĐL được thiết kế là 5,5MPa. Dự án này đã cung cấp cho USACE những tài liệu có giá trị về việc lựa chọn đường kính tối đa của cốt liệu lớn, quy trình thi công, bảo dưỡng và lấy mẫu vật liệu. Tiếp sau đó, năm 1986 USACE lại tiếp tục xây dựng bãi đỗ xe bánh xích  với diện tích 21000m2 ở Fort Lewis - Washington [74]. 

Vào  khoảng  giữa  thập  kỷ  80,  việc  xây  dựng  đường  cho  các  xe  tải  trọng  lớn  đã được tiến hành tại một số khu mỏ. Đường khai mỏ bắc Burlington - Houston- Texas đã 

sử  dụng  khoảng  44.000m2  BTĐL.  Năm  1986  ở  Denver  Colorado  cũng  đã  sử  dụng 107.000m2 BTĐL cho mặt sân bãi [74].  

Năm 1985 tại cảng Tacoma Washington Mỹ, 70.000m2 RCC đã được sử dụng làm mặt  sân  cảng.  Năm  1986  -  1988,  một  lượng  BTĐL  lớn  cũng  đã  được  sử  dụng  tại  cảng biển Conley và Moran. 

Năm 1985 tại sân bay Quốc tế Portland, BTĐL đã được sử dụng để làm bãi đỗ cho máy bay với chiều dày 356mm tổng diện tích khoảng 36.000m2.    

Dự án BTĐL cho sân bãi lớn nhất tại Mỹ đã được thực hiện ở công trình xây dựng nhà máy ô tô của hãng General Motor tại Spring Hill - Tennessee vào năm 1988 với tổng diện tích 543.000m2 BTĐL và chiều dày lớp BTĐL từ (200 ÷ 250)mm.  

Năm 1996, các kỹ sư Canada đã ứng dụng BTĐL hiệu quả cao (High performance 

- Roller Compacted Concrete) để thi công sân bãi thuộc dự án nhà máy sản xuất bột giấy Domtar tại Montreal- Canada. Với diện tích sân khoảng 78.000m2 (26.000m3), công trình này đã được thực hiện trong khoảng 13 tuần.      

Ngoài  Mỹ  và  Canada,  Nhật  Bản  cũng  là  nước  có  nhiều  công  trình  đường  và  sân bãi  ứng  dụng  BTĐL.  Đến  năm  1999,  ở  Nhật  Bản  đã  có  khoảng  1.400.000m2  đường  và 700.000m2 sân bãi được thi công bằng công nghệ BTĐL. 

Lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn ở một số nước được minh họa trong 

sơ đồ hình 1.10. 

Hình 1.10 Sơ đồ lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường,

mặt bãi theo [74]

1.2.1.2 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng

lăn” của trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74]

Đây được coi là tài liệu hướng dẫn đầy đủ nhất cho các nhà thiết kế mong muốn ứng dụng công nghệ BTĐL vào xây dựng mặt đường giao thông như: 

- Yêu cầu về thành phần vật liệu và các phương pháp thiết kế thành phần cấp phối BTĐL theo tiêu chuẩn ASTM C33.  

-  Nghiên  cứu  các  đặc  trưng  cơ  lý  của  bê  tông  đầm  lăn  qua  các  tiêu  chuẩn  thí nghiệm  như  ASTM  C1435,  ASTM  C39,  ASTM  C42   và  đưa  ra  những  kết  luận  quan trọng làm nền tảng cho việc ứng dụng cho mặt đường giao thông như: 

Cường độ chịu nén: (28  41)MPa, chịu kéo uốn: (3,5  7)MPa, mô đun đàn hồi, cường độ liên kết, độ co ngót, khả năng chống thấm và khả năng chịu băng giá. 

 Trong  thời  tiết  nóng,  mặt  đường  BTĐL  cần  yêu  cầu  tưới  nước  để  đảm  bảo  quá trình thủy hóa cho xi măng. 

2 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn của Viện bê tông Hoa kỳ (ACI) , năm 1995 [33]

  Gần đây, mặt đường bêt tông đầm lăn đã và đang phát triển ở nhiều nước trên thế giới  do  những  tính  năng  ưu  việt  của  nó.  Công  trình  nghiên  cứu  của  ACI  đã  đưa  ra  các ứng dụng của công  nghệ này trong các loại  mặt  đường phục vụ cho hạ tầng  giao thông đồng  thời  cũng  cung  cấp  đầy  đủ  về  những  yêu  cầu  vật  liệu,  phương  pháp  thiết  kế,  thi công và phương thức kiểm soát chất lượng thi công.  

  Việc lựa chọn vật liệu, cũng như cấp phối tỷ lệ giữa các thành phần, đều được tiến hành thí nghiệm chặt chẽ từ lý thuyết đến thực nghiệm. Các chuyên gia bê tông đã đưa ra những kết luận quan trọng như: 

  -  Bên cạnh đó việc kết hợp hai loại vật liệu này còn đem lại nhiều thuận tiện, khắc phục được một số hạn chế của mặt đường mềm như: 

 Hạn chế công việc duy tu, sửa chữa do tuổi thọ công trình được nâng cao; 

 Giảm thiểu sự đứt gãy khi chịu tải trọng, cùng với sự êm thuận của mặt đường với lớp mặt dưới là BTĐL dày 25cm và lớp phủ bề mặt là bê tông nhựa dày 5cm; 

 Mặt đường BTĐL khá phù hợp với bề rộng mặt đường lớn; 

 Thời gian thi công nhanh và sớm đưa vào khai thác sử dụng nên hạn chế được ách tắc giao thông đặc biệt là trong những khu vực đô thị. 

4 Công trình nghiên cứu ứng dụng bê tông đầm lăn cho đường giao thông ở Colorado của nhóm tác giả Nattapong, Yu- Chang Liang và Yunping Xi thuộc Khoa công trình trường đại học Colarado tại Boulder, 8/2012,[75]

  - Nghiên cứu các đặc tính cơ lý chủ yếu của bê tông đầm lăn thông qua thí nghiệm như: độ co ngót, độ ổn định trong điều kiện đóng băng & tan băng, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn. 

  - Đánh giá mặt đường BTĐL qua 9 tháng 2 năm theo dõi sau khi được đưa vào sử dụng.  Trên  cơ  sở  đó  so  sánh  các  phương  án  với  nhau  và  đã  được  báo  cáo  vào  tháng 8/2012, đưa ra được những kết luận sau: 

- 23%. 

5 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho giao thông theo dự án phát triển của chính phủ Ấn Độ, của trung tâm thí nghiệm thuộc ngành công trình trường đại học Purdue, 11/2010, [64]

các công trình nghiên cứu trước đó. 

đầm lăn, đó là sử dụng lớp bê tông nhựa làm lớp bề mặt. 

  - Bên cạnh đó, dự án cũng chủ yếu đưa ra trình tự thiết kế và thi công mặt đường BTĐL, chưa phân tích đánh giá về khía cạnh cơ sở lý luận.  

1.2.2 Tại Việt Nam

1.2.2.1 Thực trạng ứng dụng BTĐL

Những năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước. Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển 

cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện. Hơn 10 năm qua, nhiều công trình thủy điện với hàng chục đập bê tông lớn nhỏ đã được xây dựng ở Việt Nam (VN). Các đập này vừa đóng vai trò tích nước phát điện và vừa điều tiết lũ. Tùy vào chức 

năng, điều kiện tự nhiên của từng công trình cụ thể, các đập bê tông ở VN được lựa chọn xây dựng bằng nhiều công nghệ khác nhau như đập trọng lực, đập vòm, đập bê tông bản mặt  đá  đổ  (đối  với  công  trình  thủy  điện  hoặc  thủy  lợi),  đập  xà  lan,  đập  trụ  đỡ  (đối  với công trình thủy lợi) Trong đó, đập trọng lực chiếm số lượng nhiều nhất và chủ yếu được thi công bằng công nghệ BTĐL.  

  -  Công nghệ bê tông đầm lăn: được  áp  dụng  lần  đầu  tiên  cho  đập  Pleikrong 

(Kontum) vào năm 2005, đến nay hàng chục công trình đập đã và đang được xây dựng ở 

VN với công nghệ này (bảng 1.2). Về năng lực thiết kế, sau những đập BTĐL đầu tiên có 

sự giúp đỡ của các công ty nước ngoài (Colenco – Thụy Sỹ, Smec - Úc), hiện nay việc thiết kế các đập BTĐL đều do các đơn vị thiết kế Việt Nam đảm nhiệm. 

Bảng 1.2 Một số công trình đập đã được xây dựng ở trong nước

Tên công trình Năm khởi công Tên công trình Năm khởi công

  Về  thi  công,  hiện  nhiều  đơn  vị  thi  công  trong  nước  đều  có  thể  đảm  nhiệm  (tập đoàn  Sông  Đà,  công  ty  Xây  dựng  Thủy  lợi  47,  tổng  công  ty  Thủy  lợi  4,  Licogi ).  Các thiết  bị  thi  công  ngoài  các  máy  móc  phải  nhập  khẩu  như  lu  rung,  trạm  trộn  và  băng  tải 

đã chế tạo được trong nước băng tải, trạm trộn công suất nhỏ. Công suất đổ BTĐL tại các công trình đập ở VN thường đạt bình quân (2000 ÷ 3000) m3/ngày. Hình ảnh xây dựng đập BTĐL như trong hình 1.11. 

  Về chất lượng thi công, qua các báo cáo đánh giá chất lượng thi công một số đập BTĐL ở VN cho thấy chất lượng bê tông cơ bản đạt yêu cầu về tính chất cơ lý. Tuy nhiên việc quản lý chất lượng  còn chưa tốt. Theo thống kê, hệ số biến động cường độ kéo bê tông mẫu khoan phần lớn các đập đều trên 30%. Hệ số biến động cường độ nén khoảng trên 20%. Công tác tạo nhám làm sạch mặt lớp thực hiện ở một số đập chưa được quản lý tốt. Việc thiết kế, thi công các chi tiết chống thấm tại khe nhiệt tại nhiều công trình chưa được đảm bảo.  

Hình 1.11 Xây dựng đập BTĐL thủy điện Trung Sơn (Thanh Hóa)

  Những  năm  gần  đây,  việc  sử  dụng  BTXM  cho  công  tác  xây  dựng  đường  ở  Việt Nam  đang  được  đẩy  mạnh.  Theo  số  liệu  thống  kê  năm  2008,  tổng  chiều  dài  đường  bê tông xi măng được xây dựng ở Việt Nam là 22.000 km (chiếm khoảng 9%, chưa kể tới đường đô thị và đường chuyên dùng), trong đó tỉ lệ đường BTXM làm đường giao thông nông thôn đạt cao nhất (18.900 km, chiếm trên 85%), thấp nhất là đường tỉnh (211 km, chiếm 0,95%), đường quốc lộ có 626 km (chiếm 2,82%) chủ yếu là đường Hồ Chí Minh 

và một vài đoạn tuyến quốc lộ 1A bị ngập trong mùa mưa lũ. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ BTXM làm đường còn chưa đồng đều và chưa phổ biến. Trong khi đó, công nghệ thi công mặt đường bằng BTĐL cũng đã được nghiên cứu thử nghiệm ở Việt Nam 

từ  năm  2001  với  khoảng  2.000m2  tại  thị  xã  Bắc  Ninh  (chiều  dầy  tấm  là  20cm;  mác 

Hình 1.12 Thi công thử nghiệm mặt đường BTĐL - IBST thực hiện 2001[13]

Năm  2013,  một  nhóm  tác  giả  nghiên  cứu  đã  ứng  dụng  công  nghệ  BTĐL  cho  thi công đường giao thông nông thôn ở tỉnh Tây  Ninh. Kết quả thu được từ việc ứng dụng công nghệ này đã đem đến những kết quả rất khả quan. Trên cơ sở đó, đến tháng 12/2015  

đã có những quy định tạm thời về thiết kế và thi công BTĐL trong xây dựng công trình giao thông.  

1.2.2.2 Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu và ứng dụng BTĐL

1 Công trình nghiên cứu của TS Nguyễn Quang Hiệp – Viện Khoa học Công nghệ và Xây dựng [13]

Trong luận án tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn

cho thi công đường & đập trọng lực” năm 2005, tác giả đã đưa ra một số ý nghĩa khoa 

học cụ thể như sau: 

- Bằng thí nghiệm kết hợp với lập luận khoa học, luận án đã chỉ ra và lý giải nhu cầu, ảnh hưởng của 2 loại PGK tro bay và puzơlan thiên nhiên đến tính chất của hỗn hợp 

bê tông và bê tông đầm lăn cho đập và mặt đường. 

  -  Trên cơ  sở phân tích so  sánh các phương  pháp thiết kế thành phần BTĐL của các  nước  trên  thế  giới,  luận  án  đã  đề  xuất  được  qui  trình  chọn  thành  phần  BTĐL  cho đường và đập trong điều kiện Việt Nam . 

  - Trên cơ sở thi công thử nghiệm BTĐL cho một số công trình đường và đập và kế thừa kinh nghiệm của các nước trên thế giới, luận án đã bước đầu xác lập được các thông 

số công nghệ thi công BTĐL bằng các thiết bị thi công có sẵn ở Việt Nam. 

mối  quan  hệ  của  BTĐL  ứng  dụng  cho  xây  dựng  đường,  mới  chỉ  đánh  giá  khía  cạnh  về chịu  nén,  trong  khi  cường  độ  chịu  uốn,  mô  đun  đàn  hồi,  độ  mài  mòn  lại  là  những  tính chất quan trọng trong xây dựng đường. 

2 Công trình nghiên cứu của TS Phạm Hữu Hanh [11]

  3 Công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công kết cấu mặt đường bằng bê

tông đầm lăn cho hạ tầng giao thông, đề tài cấp Bộ của Bộ Xây Dựng năm 2013 của nhóm tác giả KS Lê Xuân Thủy, ThS Nguyễn Hữu Duy, KS Trần Minh Đức và KS Huỳnh Thanh Sơn – Tổng công ty vật liệu xây dựng số 1[9]

  - Đề xuất khung tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật thi công BTĐL;