Nghiên cứu cấp phối đá dăm trộn cấp phối sỏi đỏ dùng cho móng đường khu vực phía nam

Việc sử dụng lớp các lớp cấp phối đá dăm loại I hoặc loại II trong kết cấu móng của mặt đường mềm cấp cao, bê tông nhựa BTN hay mặt đường cứng bê tông xi măng BTXM hiện nay là rất phổ bi

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM TẤN QUỐC

NGHIÊN CỨU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN CẤP PHỐI SỎI ĐỎ

DÙNG CHO MÓNG ĐƯỜNG KHU VỰC PHÍA NAM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2016

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG Tp HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Mạnh Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Anh Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lê Anh Thắng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 08 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS TS Mai Di Tám (Chủ tịch hội đồng)

2 TS Lê Anh Tuấn (Phản biện 1)

3 TS Lê Anh Thắng (Phản biện 2)

4 TS Lê Bá Khánh (Ủy viên)

5 TS Lê Trọng Nghĩa (Ủy viên)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PGS TS Mai Di Tám PGS TS Nguyễn Minh Tâm

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Xây Dựng Đường Ô Tô và Đường Thành Phố Mã số: 605830

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN CẤP PHỐI SỎI ĐỎ DÙNG CHO MÓNG ĐƯỜNG KHU VỰC PHÍA NAM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nhiệm vụ: Tìm ra sự phối trộn hợp lý giữa cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi đỏ

2 Nội dung:

- Tổng quan về cấp phối đá dăm, cấp phối sỏi đỏ; các loại gia cố nền - móng - mặt đường;

- Kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào của cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi đỏ;

- Thiết kế phối trộn các hỗn hợp giữa cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi đỏ lần lượt các tỷ lệ sau: 100%, 90% & 10%, 80% & 20%, 70% & 30% Thực hiện thí nghiệm đầm nén để xác định độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất đối với các hỗn hợp nói trên;

- So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của các hỗn hợp phối trộn trên: CBR, môđun đàn hồi,

ép chẻ

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến Sĩ Nguyễn Mạnh Tuấn

Tp HCM, ngày tháng 06 n ăm 2016

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS NGUYỄN MINH TÂM

Trang 4

LỜI CẢM ƠN!

Trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã được tập thể Quý Thầy, Cô thuộc Bộ Môn Cầu Đường, Khoa kỹ thuật Xây Dựng, Phòng đào tạo sau đại học của Trường đại học Bách Khoa Tp HCM nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn,

bổ sung thêm nhiều kiến thức sâu về chuyên môn, vững vàng hơn trong công tác và nghiên cứu khoa học Đây là một cơ hội rất tốt giúp tôi tiếp cận tri thức khoa học mới Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đối với Quý Thầy, Cô Đặc biệt, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Mạnh Tuấn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Xin cảm ơn Phòng thí nghiệm Bộ môn Cầu Đường Trường Đại học Bách Khoa

Tp Hồ Chí Minh, Phòng thí nghiệm Trường cao đẳng giao thông vận tải Tp Hồ Chí Minh – Cơ sở 2, các Thầy Cô cùng Phòng thí nghiệm Bộ môn Địa cơ nền móng Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Trong thời gian thực hiện luận văn ngoài những cố gắng của bản thân tôi còn nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các bạn học viên, của đồng nghiệp, của bạn bè,

sự động viên giúp đỡ từ gia đình đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Cuối cùng cho tôi gửi lời chúc sức khỏe và hạnh phúc đến quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè, đồng nghiệp!

Tp.HCM,ngày 17 tháng 6 năm 2016

Phạm Tấn Quốc

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tận dụng vật liệu địa phương một cách hiệu quả là một trong những yêu cầu

về kinh tế kỹ thuật trong việc thiết kế, thi công đường ô tô Cấp phối đá dăm hoặc cấp phối sỏi đỏ là một trong những vật liệu địa phương, nhưng thường được sử dụng độc lập hoặc phân thành các lớp riêng biệt và chúng có những ưu – khuyết điểm riêng

Đề tài được thực hiện với mục đích tìm ra tỷ lệ phối trộn tốt nhất giữa cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi đỏ nhằm để tận dụng các ưu điểm của hai loại cấp phối trên Đầu tiên, các yêu cầu kỹ thuật của cấp phối đá dăm và cấp phối sỏi đỏ (là một loại cấp phối thiên nhiên) khi chúng được dùng làm móng đường ô tô được kiểm tra dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành Sau đó, năm tỷ lệ phối trộn giữa hai loại cấp phối được chọn và thí nghiệm đầm nén để xác định độ ẩm tối ưu cũng như dung trọng khô lớn nhất Bên cạnh đó, các mẫu ứng với từng loại hỗn hợp được tiến hành các thí nghiệm với các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể là chỉ số CBR, mô đun đàn hồi trường hợp hạn chế nở hông và nở hông tự do, cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ)./

ABSTRACT

Using local materials effectively is one of main requirements for economic and technical issue in design and construction of highway pavement Graded aggregate or gradation of gravel is local materials, but they are often used alone or layered separately and they have their own advantages and disadvantages

This study is conducted in terms of finding the best mixing ratio between grades aggregate and gravel in order to find optimum mixture ratio between two types of materials Firstly, the technical requirements of graded aggregate and gravel (as a natural material) were checked when they are used as the sub-base and base of roads based on current standards of Vietnam Then, five mixing ratios between the two types of material were chosen and compacted to determine the optimum moisture content and maximum dried density Besides, samples were obtained for each type of mixture and find correlations of indicators between five types of mixtures; and the experiments which were conducted are CBR index,

compression circumstances, and indirect tensile strength (splitting tensile strength) test./

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU CẤP PHỐI

ĐÁ DĂM TRỘN CẤP PHỐI SỎI ĐỎ DÙNG CHO MÓNG ĐƯỜNG KHU VỰC PHÍA NAM” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này

TP.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

Học viên cao học khóa 2012 Chuyên ngành: Xây Dựng Đường Ô Tô và Đường Thành Phố Trường Đại Học Bách Khoa TP HCM

Trang 7

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 4

1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 4

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN 7

2.1 CẤP PHỐI ĐÁ DĂM - YÊU CẦU VẬT LIỆU 7

2.1.1 Khái niệm cơ bản 7

2.1.2 Phân loại cấp phối đá dăm 7

2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với cấp phối đá dăm 7

2.1.3.1 Yêu cầu về loại đá 7

2.1.3.2 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu cấp phối đá dăm 7

2.1.3.3 Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cấp phối đá dăm 8

2.2 CẤP PHỐI SỎI ĐỎ - YÊU CẦU VẬT LIỆU 9

2.2.1 Khái niệm cơ bản 9

2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với CPSĐ khi làm móng áo đường 9

2.3 TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN – MÓNG ÁO ĐƯỜNG 11

2.3.1 Các công nghệ gia cố nền - móng áo đường bằng các chất liên kết 11

2.3.2 Gia cố móng – mặt đường bằng các chất liên kết 11

2.3.2.1 Gia cố các loại vật liệu hạt bằng các chất liên kết vô cơ 11

2.3.2.2 Gia cố các loại vật liệu hạt bằng các chất liên kết hữu cơ 17

2.3.3 Các đặc trưng về cường độ và biến dạng của đất và vật liệu hạt gia cố 20 2.3.4 Đặc trưng về mỏi của vật liệu gia cố 22

2.3.5 Đặc trưng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất gia cố 23

2.3.6 Các ứng dụng công nghệ vật liệu gia cố ở Việt Nam 25

Trang 8

2.3.7 Tình hình sử dụng đá dăm & cấp phối đá dăm trộn sỏi đỏ ở miền Nam

Việt Nam 28

CHƯƠNG 3.THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU 30

3.1 THÍ NGHIỆM KIỂM TRA THÀNH PHẦN HẠT 30

3.1.1 Đối với cấp phối đá dăm 30

3.1.2 Đối với cấp phối sỏi đỏ 33

3.2 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG HẠT THOI DẸT CỦA CPĐD 34

3.3 XÁC ĐỊNH ĐỘ HAO MÒN LOS-ANGELES CỦA CỐT LIỆU (LA) 36 3.4 XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY VÀ GIỚI HẠN DẺO 40

CHƯƠNG 4.SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CÁC HỖN HỢP 46

4.1 THÍ NGHIỆM ĐẦM NÉN 46

4.1.1 Kết quả của cấp phối đá dăm 52

4.1.2 Đối với cấp phối sỏi đỏ 53

4.1.3 Đối với hỗn hợp 70% CPĐD + 30% CPSĐ 54

4.2 SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CÁC HỖN HỢP 57

4.2.1 Xác định chỉ số CBR của các hỗn hợp 57

4.2.2 So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật các hỗn hợp 72

4.2.2.1 Thí nghiệm để xác định mođun đàn hồi của từng tỷ lệ hỗn hợp 72

4.2.2.2 Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi ép chẻ của từng tỷ lệ hỗn hợp trên 76

4.2.2.3 Bảng tổng hợp và so sánh các kết quả thí nghiệm giữa các hỗn hợp phối trộn 81

4.2.2.4 Mối quan hệ giữa các hỗn hợp phối trộn và các chỉ tiêu kỹ thuật 81 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 85

5.1 Kết luận 85

5.2 Kiến nghị 86

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần hạt của CPĐD 8

Bảng 2.2 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD [2] 8

Bảng 2.3 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu cấp phối thiên nhiên 9

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với vật liệu cấp phối thiên nhiên 10

Bảng 2.5 Hệ số quy đổi kết quả nén các mẫu hình trụ tròn về mẫu chuẩn hình lập phương của Anh 20

Bảng 3.1 Kết quả tính toán thí nghiệm thành phần hạt CPĐD 32

Bảng 3.2 Kết quả tính toán thí nghiệm thành phần hạt CPSĐ 33

Bảng 3.3 Khối lượng mẫu cốt liệu lớn dùng để thử độ hao mòn va đập 37

Bảng 3.4 Số lượng bi thép sử dụng trong máy Los Angeles 37

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm độ hao mòn Los Angeles CPĐD 39

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm độ hao mòn Los Angeles CPSĐ 40

Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm giới hạn nhão của CPĐD 43

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm giới hạn nhão của CPSĐ 44

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm giới hạn dẻo của CPĐD 45

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm giới hạn dẻo của CPSĐ 45

Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật tương ứng với phương pháp đầm nén cải tiến II-D 46

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm đầm nén CPĐD 52

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm đầm nén CPĐD (độ ẩm-thể tích khô) 52

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm đầm nén CPĐD 53

Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm đầm nén CPĐD (độ ẩm-thể tích khô) 53

Bảng 4.6 Kết quả thí nghiệm đầm nén 70% CPĐD + 30% CPSĐ 54

Trang 10

Bảng 4.12 Thống kê thiết bị, dụng cụ chủ yếu dùng cho thí nghiệm 60

Bảng 4.13 Kết quả thí nghiệm đối với CPĐD 73

Bảng 4.14 Kết quả thí nghiệm Eđh đối với hỗn hợp 90% CPĐD + 10% CPSĐ 73

Bảng 4.17 Kết quả thí nghiệm Eđh đối với CPSĐ 74

Bảng 4.18 Kết quả thí nghiệm Eđh đối với 100 % CPĐD + 0 % CPSĐ 75

Bảng 4.23 Kết quả thí nghiệm Rkc đối với 100 % CPĐD + 0 % CPSĐ 80

Bảng 4.28 Tổng hợp các kết quả thí nghiệm các hỗn hợp 81

Trang 11

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một số vết nứt phản ánh (relective cracking) [1] 2

Hình 1.2 Biểu đồ cơ chế hình thành và phát triển vết nứt phản ảnh [1] 2

Hình 1.3 Nội dung nghiên cứu đề tài 6

Hình 2.1 Thí nghiệm kéo trực tiếp [4] 21

Hình 2.2 Thí nghiệm ép chẻ [4] 21

Hình 2.3 Sơ đồ gia tải trên mẫu uốn kiểu dầm [4] 22

Hình 2.4 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các vật liệu gia cố xi măng (J.K Mitchell) [4] 23

Hình 2.5 Đặc trưng lưu biến của vật liệu gia cố nhựa 24

Hình 2.6 San rải HRB trên mặt đường đất gia cố [10] 26

Hình 2.7 Phay trộn HRB với đất [10] 26

Hình 2.8 Lu lèn hỗn hợp HRD trộn với đất [10] 26

Hình 2.9 Trộn HRB với đất bằng xe đào [10] 26

Hình 2.10 Rải và phay trộn HRB với đất bằng xe nông nghiệp [10] 26

Hình 2.11 Lu lèn hỗn hợp HRB và đất [10] 26

Hình 2.12 Lu lèn hoàn thiện mặt đường hỗn hợp HRB và đất [10] 26

Hình 2.13 Bóc lớp mặt BT nhựa [11] 27

Hình 2.14 Cày xới lớp CPĐD [11] 27

Hình 2.15 Phay nhiều lần để trộn CPĐD và xi măng [11] 27

Hình 2.16 Lu lèn hỗn hợp CPĐD & xi măng [11] 27

Hình 2.17 Móng đường bằng CPĐD gia cố xi măng 28

Hình 2.18 Đổ mặt đường BTXM trên móng CPĐD gia cố xi măng 28

Hình 2.19 Đường Tôn Đức Thắng, đá dăm kẹp sỏi đỏ [12] 28

Hình 2.20 Bề mặt đá dăm kẹp 22% sỏi đỏ [12] 28

Hình 2.21 Đường vào Khu dân cư Phước Đông (chụp 11/2015) 29

Hình 2.22 Đường nội bộ Khu dân cư Phước Đông (chụp 11/2015) 29

Trang 12

Hình 3.1 Bộ máy lắc sàng 30

Hình 3.2 Biểu đồ đường cong cấp phối hạt (CPĐD) 33

Hình 3.3 Đường cong cấp phối hạt (CPSĐ) 34

Hình 3.4 Mô tả thước kẹp cải tiến 35

Hình 3.5 Sàng cỡ hạt CPĐD chuẩn bị cho thí nghiệm hao mòn Los Angeles 38

Hình 3.6 Các viên bi (12 viên) dùng để thí nghiệm 38

Hình 3.7 Cho cốt liệu và 12 viên bi vào máy và khởi động 38

Hình 3.8 Máy chạy 500 và tự dừng 38

Hình 3.9 Các cỡ hạt CPSĐ chuẩn bị cho thí nghiệm hao mòn Los Angeles 39

Hình 3.10 Cho 6 viên bi sắt vào máy 39

Hình 3.11 Cho CPSĐ đã chuẩn bị thí nghiệm vào cùng với 6 viên bi sắt 40

Hình 3.12 Sau khi máy chạy 500 vòng 40

Hình 3.13 Dụng cụ thí nghiệm giới hạn chảy bằng phương pháp Casagrande 43

Hình 3.14 Mẫu thí nghiệm CPĐD 43

Hình 3.15 Dùng que gạt để rạch đất trong đĩa Casagrande 43

Hình 3.16 Rãnh đất khép lại sau các lần va đập đĩa Casagrande 43

Hình 3.17 Nhào trộn đất CPSĐ để thí nghiệm giới hạn dẻo 44

Hình 3.18 Lăn mẫu đất trên tấm kính nhám 44

Hình 3.19 Thu thập các mẫu đất để xác định độ ẩm 45

Hình 4.1 Đế, đai, cối lớn dùng trong phương pháp đầm nén cải tiến II-D 48

Hình 4.2 Cân điện tử 48

Hình 4.3 Chày, máy đầm, bảng điều khiển 48

Hình 4.4 Chia mẫu 5 phần để thí nghiệm 50

Hình 4.5 Đầm từng lớp bằng máy, chày đầm tự động 50

Hình 4.6 Mẫu sau khi đầm sẽ đem cân 50

Hình 4.7 Sấy và cân mẫu để thí nghiệm độ ẩm 51

Hình 4.8 Đường cong quan hệ W-γk của CPĐD 53

Hình 4.9 Đường cong quan hệ W-γk của CPSĐ 54

Hình 4.10 Đường cong quan hệ W-γk của 70% CPĐD + 30% CPSĐ 55

Trang 13

Hình 4.13 Đế, cối, đai và máy đầm đúc mẫu CBR 60

Hình 4.14 Thiên phân kế, giá đỡ và thùng ngâm mẫu 60

Hình 4.15 Chuẩn bị đúc mẫu CBR 62

Hình 4.16 Đầm mẫu từng lớp/5 lớp (số chày khác nhau) 62

Hình 4.17 Sau khi đầm và lật ngược mẫu 62

Hình 4.18 Lắp tấm đo trương nở và các tấm gia tải 63

Hình 4.19 Ngâm mẫu 96 giờ đồng thời đo độ trương nở 63

Hình 4.20 Máy thí nghiệm CBR 64

Hình 4.21 Lắp tấm đo trương nở và các tấm gia tải 64

Hình 4.22 Các mẫuCPĐD sau khi thí nghiệm nén CBR 64

Hình 4.23 Nén CBR CPSĐ 64

Hình 4.24 Nén CBR 70% CPĐD + 30% CPSĐ 64

Hình 4.27 Biểu đồ quan hệ áp lực nén-chiều sâu ép lún – CPĐD 67

Hình 4.28 Quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô – CPĐD 67

Hình 4.29 Biểu đồ quan hệ áp lực nén-chiều sâu ép lún – CPSĐ 68

Hình 4.30 Quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô – CPSĐ 68

Hình 4.31 Biểu đồ quan hệ áp lực nén-chiều sâu ép lún (70% CPĐD + 30% CPSĐ) 69

Hình 4.32 Quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô 69

Hình 4.37 Thí nghiệm Mođun đàn hồi hạn chế nở hông 73

Trang 14

Hình 4.38 Đẩy mẫu và thí nghiệm Mođun đàn hồi nở hông tự do 75

Hình 4.39 Sơ đồ đặt mẫu thử hình trụ bằng vật liệu có dùng chất kết dính hữu cơ vào máy nén để ép chẻ 78

Hình 4.40 Dụng cụ và thí nghiệm ép chẻ các hỗn hợp 80

Hình 4.41 Quan hệ giữa các hỗn hợp và độ ẩm tối ưu 82

Hình 4.42 Quan hệ giữa các hỗn hợp và độ ẩm dung trọng khô lớn nhất 82

Hình 4.43 Quan hệ giữa các hỗn hợp và chỉ số CBR 83

Hình 4.44 Quan hệ giữa các hỗn hợp và mođun đàn hồi không nở hông 83

Hình 4.45 Quan hệ giữa các hỗn hợp và cường độ chịu kéo gián tiếp 84

Trang 15

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Sức chống cắt của vật liệu có ảnh hưởng đến cường độ của kết cấu móng, mặt đường ô tô, theo Morh-Coulomb, ta có quan hệ:

τ = σ.tgϕ + c (1.1)

hợp này

Lực dính trong cấp phối vật liệu được tạo bởi hai yếu tố:

Lực dính phân tử: Do lực dính của các hạt keo có kích thước rất nhỏ, lực này đảm bảo tính dính của cấp phối; nâng cao cường độ của cấp phối khi chịu lực đứng

và lực ngang; lực này giảm khi cấp phối bị ẩm ướt

Lực dính tương hỗ: Do sự móc vướng vào nhau của các hạt có kích thước lớn hơn Lực này nâng cao cường độ cấp phối nhưng không chống được lực ngang; ít ảnh hưởng khi nhiệt độ và độ ẩm cấp phối thay đổi nhưng sẽ giảm khi cấp phối chịu tải trọng trùng phục

Góc ma sát trong của cấp phối: Do sự ma sát giữa các hạt có kích thước lớn hơn Cốt liệu càng sần sùi, sắc cạnh, kích thước cỡ lớn và đồng đều lực ma sát càng lớn Lực ma sát không phụ thuộc vào thời gian tác dụng lực nhưng sẽ giảm đi khi cấp phối bị ẩm ướt

Đối với cấp phối đá dăm (CPĐD) gia cố chất vô cơ mà thường hay được sử dụng nhất là gia cố xi măng, dù là mặt đường cứng hay nửa cứng thì cũng có một nhược điểm lớn là bị nứt do bị co ngót; do chênh lệch nhiệt độ giữa hai bề mặt trên

và dưới; hoặc vừa do ứng suất ngoại lực vừa do nhiệt độ,… Trường hợp là mặt đường nửa cứng, hư hỏng phổ biến nhất là hiện tượng nứt phản ánh (copy vết nứt) Hiện tượng này sớm xuất hiện trong quá trình khai thác, sử dụng làm giảm tuổi thọ của lớp phủ (ASSHTO 1993) Vết nứt bắt đầu từ mặt tiếp xúc giữa lớp bê tông xi măng (BTXM) và Bê tông nhựa (BTN) và phát triển lên phía trên Các vết nứt xuất hiện do sự dịch chuyển của các khe và các vết nứt của lớp BTXM phía dưới do

Trang 16

nhiệt độ khác nhau và tính không liên tục của hệ thống mặt đường Ngoài ra, tải trọng giao thông có thể gây ra các dịch chuyển thẳng đứng không đều (Roberts et al 1996) Các dịch chuyển này gây ra biến dạng trong lớp BTN và dẫn đến sự hình thành của vết nứt (PCS 1991) (Hình 1.1 bên dưới) Các vết nứt tạo ra đường thấm nước, dẫn đến các hư hỏng do nước như phùi nhựa và bong bật lớp nhựa Cho dù các hư hỏng này có thể được xử lý bằng các giải pháp xử lý nứt (Yoder

và Witczak, 1975) [1], hoặc phải tăng chiều dày lớp phủ dẫn đến tốn kém không cần thiết

Hình 1.1 Một số vết nứt phản ánh (relective cracking) [1]

Hình 1.2 Biểu đồ cơ chế hình thành và phát triển vết nứt phản ảnh [1]

Ở khu vực phía Bắc nước ta, mặt đường đá dăm tiêu chuẩn chèn chất kết dính

có nguồn gốc đá vôi (trầm tích) với sự hỗ trợ của nước (còn gọi là mặt đường đá dăm nước – cường độ hình thành theo nguyên lý đá chèn đá) thì cường độ nén của

đá không cao nhưng lực dính c trong kết cấu thì lớn Ở khu vực phía Nam thì đa số

là đá Granite (Magma xâm nhập) hoặc nguồn gốc trầm tích cơ học nên có cường độ nén cao, nhưng lực dính trong kết cấu lại kém

Trang 17

Việc sử dụng lớp (các lớp) cấp phối đá dăm loại I hoặc loại II trong kết cấu móng của mặt đường mềm cấp cao, bê tông nhựa (BTN) hay mặt đường cứng bê tông xi măng (BTXM) hiện nay là rất phổ biến, có “TCVN 8859:2011 - Lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu đường ô tô - Vật liệu, thi công và nghiệm thu” quy định và hướng dẫn sử dụng Loại móng - mặt đường CPĐD sử dụng nguyên lý “cấp phối”, sự hình thành cường độ chủ yếu là sự ma sát, chèn móc giữa các hạt và một phần nhờ lực dính phân tử do thành phần các hạt mịn tạo ra Lớp CPĐD có các ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm của lớp CPĐD:

§ Kết cấu chặt kín, cường độ cao (Eđh = 2000 - 3000 daN/cm2);

§ Sử dụng được các loại vật liệu địa phương;

§ Thi công đơn giản, công đầm nén nhỏ, có thể cơ giới hóa toàn bộ khâu thi công nên tốc độ thi công cao;

§ Tương đối ổn định nước, giá thành hợp lý

- Nhược điểm của CPĐD:

§ Chịu lực ngang kém, khi khô hanh cường độ giảm nhiều;

§ Hao mòn, sinh bụi nhiều khi khô hanh;

áo đường theo quy định tại 22 TCN 211-06 cũng được dùng ở các vùng có thể tận dụng được nguồn vật liệu địa phương sẵn có “TCVN 8867:2011 - Lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên - vật liệu, thi công và nghiệm thu” được áp dụng đối với lĩnh vực này Loại móng - mặt đường CPSĐ cũng sử dụng nguyên lý

“cấp phối”, sự hình thành cường độ chủ yếu là nhờ thành phần lực dính phân tử do đất dính tạo ra, một phần nhờ sự chèn móc và ma sát giữa các hạt lớn Lớp CPSĐ

có các ưu - nhược điểm sau:

Trang 18

- Ưu điểm của lớp CPSĐ:

§ Kết cấu chặt kín, chịu lực ngang tương đối tốt;

§ Sử dụng được các loại vật liệu địa phương;

§ Thi công đơn giản, công đầm nén nhỏ, có thể cơ giới hóa toàn bộ quá trình thi công;

§ Giá thành thấp;

§ Lực dính tốt, chỉ số dẻo cao

- Nhược điểm của lớp CPSĐ:

§ Không ổn định cường độ: về mùa mưa cường độ giảm, mặt đường trơn trượt; về mùa khô hao mòn, sinh bụi nhiều;

§ Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường nhỏ

Sử dụng riêng lớp CPĐD hoặc lớp CPSĐ sẽ có một số ưu và nhược điểm như

đã nêu trên; vấn đề đặt ra là có thể sử dụng những ưu điểm như tính kết dính cao của CPSĐ, tính ổn định và cường độ cao của CPĐD bằng cách trộn chúng với nhau với một tỷ lệ nhất định nhằm khắc phục phần nào nhược điểm của chúng khi chúng được sử dụng một mình: tăng cường độ do tăng lực dính trong kết cấu; ít phải bảo dưỡng bề mặt hơn khi làm mặt đường cấp thấp, mặt đường giao thông nông thôn, hoặc móng đường đầu tư phân kỳ, chờ một thời gian sau mới phủ lớp mặt đường cấp cao

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài đó là xác định được tỷ lệ trộn hợp lý của CPSĐ vào CPĐD Dmax = 25 mm nhằm tăng tính ưu việt của lớp móng, mặt đường nhờ phối hợp các ưu điểm riêng của hai loại cấp phối vật liệu này; đồng thời đề xuất phương pháp trộn, phương thức thi công, và đưa ra những so sánh khả năng chịu lực từ các thí nghiệm cụ thể

1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Đề tài có các nhiệm vụ chínnh sau:

- Nghiên cứu vật liệu đầu vào của các loại CPĐD, CPSĐ;

Trang 19

- Thử nghiệm 05 tỷ lệ pha trộn giữa 02 loại CPĐD và CPSĐ

- So sánh, đánh giá chất lượng, các chỉ tiêu kỹ thuật của CPSĐ trộn với

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài kết hợp sử dụng lý thuyết kết hợp thực nghiệm để:

- Thí nghiệm một số tính chất của vật liệu CPĐD, CPSĐ: Thí nghiệm thành phần hạt, hàm lượng hạt thoi dẹt, độ hao mòn Los Angeles, giới hạn dẻo, giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande, tích số dẻo, độ chặt đầm nén,…

- Thí nghiệm một số chỉ tiêu về khả năng làm việc của các cấp phối mới như: CBR, môđun đàn hồi, cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ)…

1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

- Xác định thành phần cấp phối và các chỉ tiêu cơ lý của CPĐD Dmax =

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện gồm các chương chính sau:

- Chương 1: Mở đầu

- Chương 2: Tổng quan

- Chương 3: Thí nghiệm vật liệu

- Chương 4: So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật các hỗn hợp

- Chương 5: Kết luận – Kiến nghị

Nội dung các chương được thể hiện thông qua hình 1.3 dưới đây

Trang 20

Hình 1.3 Nội dung nghiên cứu đề tài.

THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU ĐẦU VÀO

TRỘN HỖN HỢP CPĐD & CPSĐ VỚI 5 TỶ LỆ KHÁC NHAU

Xác định các độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất

1 Xác định

chỉ số CBR

2 Xác định môđun đàn hồi (không nở hông)

3 Xác định môđun đàn hồi (nở hông tự do)

ĐỀ XUẤT TỶ LỆ TRỘN TỐI ƯU TRONG 5 SỰ PHỐI TRỘN

4 Xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ

THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CÁC HỖN HỢP

Trang 21

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 CẤP PHỐI ĐÁ DĂM - YÊU CẦU VẬT LIỆU

2.1.1 Khái niệm cơ bản

Theo TCVN 8859-2011 [2], định nghĩa cấp phối đá dăm (CPĐD) là hỗn hợp vật liệu đá dạng hạt có thành phần hạt tuân thủ nguyên lý cấp phối liên tục, ký hiệu

là CPĐD

Cỡ hạt lớn nhất danh định (Nominal maximum size of aggregate): Là cỡ hạt có

này nhỏ hơn so với đường kính của cỡ hạt lớn nhất tuyệt đối và tỷ lệ hàm lượng lọt qua sàng ứng với cỡ hạt danh định của một loại CPĐD thường chiếm từ 75 % - 95

% [2]

2.1.2 Phân loại cấp phối đá dăm

CPĐD 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 [2]

2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với cấp phối đá dăm

2.1.3.1 Yêu cầu về loại đá

Các loại đá gốc được sử dụng để nghiền sàng làm CPĐD phải có cường độ nén tối thiểu phải đạt 60 MPa nếu dùng cho lớp móng trên và 40 MPa nếu dùng cho lớp móng dưới Không được dùng đá xay có nguồn gốc từ đá sa thạch (đá cát kết, bột kết) và diệp thạch (đá sét kết, đá sít)

2.1.3.2 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu cấp phối đá dăm

Thành phần hạt của vật liệu CPĐD được quy định tại Bảng 2.1 của TCVN 8859:2011 [2]

Trang 22

CPĐD có cỡ hạt Dmax = 25 mm

CPĐD có cỡ hạt Dmax = 19 mm

2.1.3.3 Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cấp phối đá dăm

Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD được quy định trong bảng 2.2 sau đây

Bảng 2.2 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD [2]

Cấp phối đá dăm Chỉ tiêu

Trang 23

mm và chiếm trên 5 % khối lượng mẫu;

Hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu lấy bằng bình quân gia quyền của các kết quả

đã xác định cho từng cỡ hạt

2.2 CẤP PHỐI SỎI ĐỎ - YÊU CẦU VẬT LIỆU

2.2.1 Khái niệm cơ bản

Theo TCVN 8857:2011 [3], vật liệu cấp phối thiên nhiên được hiểu là một hỗn hợp vật liệu dạng hạt có sẵn trong tự nhiên theo nguyên lý cấp phối, (hạn chế thấp nhất việc gia công nghiền) CPSĐ là một dạng của loại cấp phối thiên nhiên

2.2.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với CPSĐ khi làm móng áo đường

Thành phần hạt của vật liệu cấp phối thiên nhiên phải nằm trong vùng giới hạn của đường bao cấp phối quy định ở Bảng 2.3 (Thí nghiệm theo TCVN 7572–2:2006, Phần 2: Xác định thành phần hạt) và các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cấp

phối thiên nhiên được quy định tại Bảng 2.4 [3]

Bảng 2.3 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu cấp phối thiên nhiên

Lượng lọt qua sàng (sàng mắt vuông), % khối lượng Loại

9,5 mm (3/8”)

4,75

mm (NO4)

2,0 mm (NO10)

0,425mm (NO40)

0,075mm (NO200)

Trang 24

D – 100 60–100 50–85 40–70 25–45 5–20 Bảng 2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với vật liệu cấp phối thiên nhiên

Mức Tên chỉ tiêu

Móng dưới loại A1

Móng trên loại A2

Móng dưới loại A2

Móng loại B1, B2

Mặt loại B1, B2, gia cố lề

Phương pháp thử

(

theo phương pháp D, ngâm mẫu 96 giờ theo tiêu chuẩn 22TCN 346–06

Trang 25

2.3 TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ NỀN – MÓNG ÁO ĐƯỜNG

2.3.1 Các công nghệ gia cố nền - móng áo đường bằng các chất liên kết

Theo GS Dương Ngọc Hải [4], mục tiêu của các phương pháp gia cố nền – móng đường là làm cho nền đất có đủ khả năng hoặc cải thiện khả năng chịu lực, chịu ứng suất của tải trọng xe cộ lên nền đường; khi mà tự bản thân của nó không

đủ khả năng hoặc không thể đáp ứng được tải trọng cũng như lưu lượng xe tác động lên

Gia cố loại không dùng chất liên kết: Còn gọi là gia cố vật lý (hay cơ học), phương pháp này chủ yếu nhằm cải thiện thành phần hạt hoặc (và) tăng độ chặt (tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt) nhưng không thay đổi được cấu trúc vật liệu và không tạo được tính toàn khối cho đất và vật liệu hạt

Gia cố loại dùng các chất liên kết: Biến các vật liệu rời rạc, phân tán thành các vật liệu toàn khối có cường độ liên kết giữa các hạt tăng lên, độ ổn định nước cũng tăng lên bằng cách gia cố chúng với các chất liên kết khác nhau (vô cơ, hữu cơ, chất keo tụ, hỗn hợp, hoặc các chất khác )

2.3.2 Gia cố móng – mặt đường bằng các chất liên kết

2.3.2.1 Gia cố các loại vật liệu hạt bằng các chất liên kết vô cơ

Các loại vật liệu hạt (bao gồm đất các loại, cấp phối sỏi cuội, CPĐD, xỉ phế thải công nghiệp) bằng các chất liên kết vô cơ (vôi, xi măng, chất liên kết puzoland, tro bay ) [4]

Mặt đường đá dăm nước

Theo TCVN 9504:2012, mặt đường đá dăm nước là mặt đường dùng loại đá

có cường độ cao, cùng loại, kích cỡ đồng đều, sắc cạnh rải theo nguyên lý đá chèn

đá Loại mặt đường này do một kỹ sư người Anh tên là Macadam thí nghiệm thành công ở thế kỷ 19, và tốt nhất là nên dùng loại đá vôi có cường độ cao Mặt đường này có các yếu tố sau:

- Cường độ hình thành theo nguyên lý đá chèn đá, và bột đá hình thành trong quá trình lu lèn có vai trò làm chất kết dính bề mặt

Trang 26

- Ưu điểm: Cường độ cao (Eđh = 2500 daN/cm2 – 3000 daN/cm2), tận dụng nguồn vật liệu địa phương, giá thành rẻ, ít bị ảnh hưởng của ẩm ướt, thi công dễ dàng do không cần phải dùng thiết bị thi công phức tạp, đặc chủng,

- Nhược điểm: Không chịu được tải trọng động (do bị tròn cạnh đá); đá dễ

bị bong bật dưới tác dụng đẩy ngang của bánh xe, hình thành ổ gà, lượn sóng nhất

là vào mùa khô - nắng; tốn công lu; có thể tốn công gia công vật liệu đá [5]

Mặt đường đá dăm đất kết dính

- Dùng đất để lấp kín các khe hở của đá dăm tạo thành một lớp kết cấu có

độ ổn định cao, công lu lèn ít hơn

- Cường độ hình thành theo nguyên lý đá chèn đá, và đất có vai trò làm chất kết dính bề mặt

- Ưu điểm: so với mặt đường đá dăm nước, thì mặt đường kín hơn, ít tốn công lu hơn, có thể dùng đá có cường độ thấp hơn

- Nhược điểm: do có đất nên dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm làm giảm cường độ; nếu thi công không đúng kỹ thuật sẽ làm cho mặt đường bị trơn lầy

Mặt đường CPĐD gia cố xi măng

Theo TCVN 8858-2011, CPĐD hoặc cuội sỏi (nghiền hoặc không nghiền) có cấu trúc thành phần hạt theo nguyên lý cấp phối chặt liên tục, rồi đem trộn với xi măng với một tỷ lệ nhất định (thường khoảng từ 3 % - 6 %) rồi lu lèn ở độ ẩm tốt nhất trước khi xi măng ninh kết Mặt đường này có các đặc điểm sau:

- Sự hình thành cường độ nhờ sự thủy hóa và kết tinh liên kết các cốt liệu thành một khối vững chắc có cường độ cao, có khả năng chịu nén và chịu kéo khi uốn

năng chịu kéo khi uốn, ổn định nhiệt & nước, sử dụng nguồn vật liệu địa phương, giá thành tương đối rẻ do lượng xi măng dùng ít, có thể cơ giới hóa toàn bộ các khâu thi công

- Nhược điểm: Chịu tải trọng động kém, yêu cầu phải có thiết bị thi công chuyên dụng từ thiết bị trộn đến thiết bị rải, bị khống chế thời gian thi công (thường không được quá 02 giờ), không thông xe ngay được sau khi thi công vì phải có thời

Trang 27

gian bảo dưỡng (tối thiểu 07 ngảy mới được thi công lớp áo đường trên nếu có, sau

14 ngày mới được thông xe hạn chế) [4],[6],[7]

Mặt đường đá dăm thấm nhập hoặc kẹp vữa xi măng

Theo Nguyễn Biên Cương [6], loại mặt đường này có các đặc điểm sau:

- Sử dụng nguyên lý đá chèn đá, vật liệu đá dăm tiêu chuẩn (4 x 6) cm, có thể chèn thêm đá dăm (2 x 4) cm Sau đó vữa xi măng cát được trộn và rải có thể bằng phương pháp khô hoặc ướt

- Sự hình thành cường độ nhờ sự ma sát và chèn móc giữa các hạt đá cùng với lực dính do vữa xi măng cát tạo nên, vữa này vừa có tác dụng là chất kết dính vừa để lấp đầy lỗ rỗng

nhiệt và nước, sử dụng các vật liệu địa phương, thi công đơn giản không cần các thiết bị chuyên dùng, giá thành không cao

- Nhược điểm: Chịu tải trọng động kém, không thông xe ngay được sau khi thi công, cường độ phụ thuộc nhiều vào chất lượng ở các khâu thi công [6]

- Cách thi công theo phương pháp thấm nhập vữa: 1- Rải đá dăm cơ bản, lu lèn sơ bộ và bù phụ; 2- Lu lèn sơ bộ và tưới nước, sau đó lu lèn chặt cùng với tưới nước; 3- Trộn và rải hỗn hợp vữa xi măng cát cho lọt vào các khe đá; 4- Rải đá chèn (2 x 4) cm và lu lèn; 5- Rải vữa hoàn thiện; 6- Bảo dưỡng

- Cách thi công theo phương pháp kẹp vữa: 1- Rải đá dăm cơ bản lớp dưới

và lu lèn; 2- Trộn và rải hỗn hợp vữa xi măng cát; 3- Rải đá dăm cơ bản lớp trên và

lu lèn; 4- Rải đá chèn (2 x 4) cm; 5- Rải vữa hoàn thiện; 6- Bảo dưỡng

- Những vấn đề cần lưu ý trong kỹ thuật thi công loại mặt đường này: Vữa

chiều sâu thấm nhập, (tỷ lệ xi măng/cát khoảng 1/1,5 hoặc 1/2,0 hoặc 1/2,5) chừa lại 10% lượng vữa cho hoàn thiện; trước khi tưới vữa phải tưới ẩm mặt đá; lu lèn bằng

lu bánh cứng

Mặt đường cát gia cố xi măng

Theo Tiêu chuẩn ngành 22TCN246-98 [8], mặt đường cát gia cố xi măng có các đặc điểm:

Trang 28

- Sử dụng nguyên lý đất gia cố, cát tự nhiên hoặc cát nghiền đem trộn với một tỷ lệ nhất định rồi lu lèn ở độ ẩm tốt nhất trước khi xi măng ninh kết

- Sự hình thành cường độ nhờ sự thủy hóa và kết tinh liên kết cốt liệu cát thành một khối vững chắc có cường độ cao, có khả năng chịu nén và chịu kéo khi uốn

daN/cm2), có khả năng chịu kéo khi uốn, ổn định nhiệt & nước, giá thành rẻ, có thể

cơ giới hóa toàn bộ các khâu thi công

- Nhược điểm: Chịu tải trọng động kém, yêu cầu phải có thiết bị thi công chuyên dụng, bị khống chế thời gian thi công (thường không được quá 02 giờ), không thông xe ngay được sau khi thi công vì phải có thời gian bảo dưỡng,

- Lượng xi măng dùng để gia cố nằm trong khoảng 6% - 12% tính với khối lượng của hỗn hợp cốt liệu khô[4],[6],[8]

Mặt đường đất gia cố vôi

Theo Dương Ngọc Hải [4], Nguyễn Biên Cương [6], thì mặt đường đất gia cố vôi:

- Sử dụng nguyên lý đất gia cố, đất tự nhiên hoặc đất chọn lọc sau khi được làm nhỏ rồi đem trộn với vôi theo một tỷ lệ nhất định rồi lu lèn ở độ ẩm tốt nhất trước khi vôi đông kết

- Sự hình thành cường độ nhờ vôi thủy hóa và tương tác với các hạt mịn trong đất và đông tụ liên kết các cốt liệu đất tạo thành một khối vững chắc có cường

độ cao, có khả năng chịu lực thẳng và nằm ngang đều tốt

daN/cm2), có khả năng chịu kéo khi uốn, ổn định nhiệt & nước, có thể cơ giới hóa toàn bộ các khâu thi công, sử dụng vật liệu đất địa phương, giá thành thấp

- Nhược điểm: Yêu cầu phải có thiết bị thi công chuyên dụng, thi công dễ

bị ô nhiễm, thời gian hình thành cường độ rất dài, không thông xe ngay được sau khi thi công,

Tro bay gia cố vôi

Theo Dương Ngọc Hải [4], thì:

Trang 29

- Tro bay thường có 2 loại: loại silic-alumin (thu được từ nhà máy nhiệt điện mà chất đốt là than đá) và loại sunfat-vôi (chất đốt là than nâu) Tro bay càng chứa nhiều vôi thì khối lượng vôi dùng càng ít đi

- Nguyên lý hình thành cường độ tro bay gia cố vôi cũng là nguyên lý của đất hạt mịn gia cố vôi, cụ thể là CaO hoạt tính có trong vôi và tro bay gặp nước trộn vào sẽ tạo ra hydro silicat canxi là sản phẩm hóa học biến cứng được trong nước [4]

Đất hoặc đá gia cố tro bay – vôi

Cũng theo giáo trình của Dương Ngọc Hải [4], thì:

- Đất gia cố tro bay – vôi thường là loại đất có cỡ hạt dưới 15 mm, có chỉ

số dẻo từ 12 - 20 đem trộn với vôi – tro bay với tỷ lệ vôi:tro bay từ 1:2 đến 1:4 theo khối lượng khô (đất có chỉ số dẻo càng thấp thì lượng vôi so với tro bay càng nhiều) Tỷ lệ giữa đất và vôi - tro bay theo khối lượng từ 70:30 đến 10:90

- Đá gia cố tro bay – vôi: dùng một cấp phối hạt trộn với tro bay – vôi với

tỷ lệ trong khoảng 80:20 đến 85:15 theo khối lượng, còn riêng tỷ lệ trộn giữa vôi và tro bay là 1:2 đến 1:4 theo khối lượng

- Nguyên lý hình thành cường độ của đất gia cố vôi - tro bay cũng giống như đất gia cố vôi Còn nguyên lý hình thành cường độ của đá gia cố vôi - tro bay chủ yếu theo nguyên lý cấp phối nhưng tăng cường thêm lực liên kết giữa các hạt bởi các sản phẩm vôi – tro bay thủy hóa biến cứng bao bọc chúng (giống kết cấu đá gia cố xi măng) [4]

Xỉ than gia cố vôi

Theo giáo trình của Dương Ngọc Hải [4], thì đối với loại này:

- Xỉ than nên có thành phần cấp phối tương đối tốt và cỡ hạt lớn nhất dưới

30 mm Tỷ lệ vôi/xỉ than thường khoảng 20:80 đến 15:85 theo khối lượng khô

- Có thể thêm đất hoặc đá (CPĐD hay sỏi cuội) để tạo thành đất hoặc đá gia cố vôi – xỉ than Đất gia cố vôi – xỉ than làm móng áo đường thường sử dụng vôi: xỉ theo tỷ lệ 1:1 đến 1:4 theo khối lượng khô Còn đối với đá gia cố vôi – xỉ

(7÷9%):(26÷33%):(67%÷58%) [4]

Trang 30

Xỉ lò cao lắng trong nước gia cố vôi

- Loại này thường sử dụng tỷ lệ vôi:xỉ trong khoảng (10÷90%) đến (15÷85%), khi đó vôi có tác dụng kích thích hoạt tính của xỉ, do đó nếu tỷ lệ vôi càng cao thì cường độ của xỉ gia cố vôi vôi cũng cao lên

- Nguyên lý hình thành cường độ theo nguyên lý cấp phối hạt gia cố, do vậy đòi hỏi các hạt phải có độ cứng và có thành phần cấp phối nhất định Loại xỉ lò cao gia cố vôi có cường độ ban đầu và lâu dài đều cao hơn so với xỉ than gia cố vôi [4]

Mặt đường đất gia cố bằng HRB (Hydraulic Road Binder)

- Công nghệ HRB sử dụng tro bay vốn là một chất puzolan; tro bay là chất thải chính từ quá trình đốt than khi sản xuất điện Ứng dụng của tro bay trong công nghệ HRB nhằm chuyển đổi các hóa chất trong tro thành một loại chất kết dính an toàn với môi trường nhờ những chất phụ gia được sử dụng

- Tiêu chuẩn áp dụng: Tiêu chuẩn châu Âu ENV 13282 - Hydraulic road binders – Composition, specifications and conformity criteria (Thành ph ần cấu tạo, chỉ tiêu kỹ thuật và tiêu chuẩn phù hợp) Việc sử dụng các chất kết dính thủy hóa làm đường để xử lý đất được quy định cụ thể trong Tiêu chuẩn Anh Quốc, BS EN 14227-13-2006, (Hydraulic bound mixtures – Specifications - Part 13: Soil treated

by hydraulic road binder)

Trang 31

§ Tiết kiệm về kinh tế cũng như tiến độ thi công từ những ưu điểm trên;

§ Hỗn hợp đất gia cố HRB trong thi công đường có tốc độ hydrat hóa & đạt cường độ chậm hơn so với xi măng Portland, ít tỏa nhiệt trong quá trình hydrat hóa, và ít bị co ngót hơn so với xi măng Portland; chất HRB liên kết thủy hóa trong gia cố đất có độ ẩm ổn định hơn rất nhiều so với vôi trong điều kiện nồng độ sunphát cao

- Tóm lại, trong gia cố đất thì chất HRB linh hoạt hơn xi măng Portland và vôi; chất liên kết thủy hóa cũng dễ xử lý hơn xi măng Portland khi xử lý cấp phối Trong thi công đường, HRB có ưu điểm rất quan trọng là kéo dài thời gian khả thi của hỗn hợp cấp phối đất [9]

2.3.2.2 Gia cố các loại vật liệu hạt bằng các chất liên kết hữu cơ

Gia cố các loại vật liệu hạt (đất, đá dăm tiêu chuẩn, CPĐD), bằng các chất liên kết hữu cơ, thông thường là bitum dầu mỏ (nhựa đường), nhũ tương nhựa dưới hình thức tưới hoặc trộn Ở đây các loại mặt đường nhựa cũng có thể được xem là loại mặt đường gia cố vật liệu hạt bằng chất liên kết hữu cơ [4]

Mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa

- Sử dụng nguyên lý đá chèn đá, vật liệu đá dăm tiêu chuẩn được san rải, lu lèn chặt rồi tưới thấm nhựa (hoặc nhũ tương) đến một chiều sâu quy định; nhựa có tác dụng bao bọc và liên kết các viên đá chứ không phải làm lấp đầy lỗ rỗng

- Sự hình thành cường độ nhờ sự ma sát và chèn móc giữa các hạt đá cùng với thành phần lực dính do nhựa tạo nên

nhiệt và nước, sử dụng các vật liệu địa phương, thi công đơn giản không cần các thiết bị chuyên dùng, giá thành không cao

- Nhược điểm: Chịu tải trọng động kém, không thông xe ngay được sau khi thi công, cường độ phụ thuộc nhiều vào chất lượng ở các khâu thi công [6]

Mặt đường láng nhựa

cũ hoặc mới đã được làm sạch, phẳng và khô ráo rồi rải đá dăm nhỏ (kích cỡ 15x20, 10x15 hoặc 5x10) phủ kín bề mặt sau đó lu lèn, láng nhiều lớp thì cứ lặp lại trình tự

Trang 32

trên Hoặc có thể tưới nhũ tương và rải đá dăm nhỏ (kích cỡ 10x14, 6x10, 4x6, 2x4) kín mặt rồi lu lèn Hoặc có thể dùng hỗn hợp đá dăm nhỏ trộn nhựa để làm lớp láng nhựa cũng rất tốt như một số nước tiên tiến đã áp dụng

- Lớp láng nhựa chỉ là một giải pháp quan trọng trong việc nâng cao chất lượng phục vụ của mặt đường, kéo dài tuổi thọ mặt đường Nó có thể làm được việc này vì nó là lớp chịu hao mòn thay cho kết cấu áo đường; đảm bảo hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường cao làm cho xe chạy an toàn dù chạy với tốc độ cao; hạn chế nước mưa, nước mặt thấm vào kết cấu áo đường, cải thiện được chế độ thủy nhiệt nền mặt đường, hạn chế được tác dụng xung kích của tải trọng xe cộ, hạn chế khả năng gãy vỡ lớp mặt gia cố chất kết dính vô cơ khác ; có thể làm lớp mỏng tạo phẳng hoặc làm lớp thoát nước cho mặt đường [6]

Gia cố đất bằng cách trộn nguội với các chất liên kết hữu cơ

Các chất liên kết hữu cơ như nhựa lỏng, nhựa đường, nhũ tương nhựa:

- Phương pháp gia cố nảy vận dụng các đặc trưng hóa lý ở bề mặt của các thành phần có mặt trong hỗn hợp, sự hấp phụ hóa học của các hạt đất với nhựa để tạo ra các màng liên kết, từ đó làm cho đất có cấu trục ngưng tụ (keo tụ) làm cho cường độ và độ ổn định nước của chúng tăng lên

- Đất gia cố nhựa lỏng hoặc nhũ tương có thể sử dụng làm lớp móng cho mặt đường cấp cao hoặc làm lớp mặt của mặt đường cấp thấp Tuy nhiên chúng hầu như chưa được sử dụng ở nước ta vì các loại nhựa lỏng chưa sẵn có và công nghệ cũng chưa được phổ cập, chưa kể các trang thiết bị phay trộn chuyên dùng để đảm bảo các màng nhựa bao bọc kín và đều tất cả các hạt đất Hơn nữa chỉ có thể sử dụng phương pháp này đối với một vài loại đất ít háo nước (có thành phần khoáng không phải là mônmôrilôit, chỉ số dẻo dưới 12 và chứa ít các mùn hữu cơ) Và khi vẫn còn phương pháp khác để gia cố đất thì không nên nghĩ tới phương pháp này [4]

Gia cố đất bằng các chất keo tụ hợp cao phân tử

Các chất keo tụ cao phân tử như keo furfurol-analin, keo acrila, keo cacbamit, keo ure-fomandehit, chất bả giấy licnin sunfonat :

- Các chất keo tụ hợp này thường được gọi là các polymer;

Trang 33

- Sau khi trộn với đất, các kết cấu polymer có hoạt tính cao và khả năng dính bám cao sẽ bao bọc các hạt đất tạo cho đất có kết cấu keo tụ, làm cho đất biến cứng nhanh và tăng cường độ Tuy nhiên chỉ có những polymer có những đặc tính phù hợp mới có thể sử dụng cho từng loại đất, nếu không sẽ không hiệu quả Do đó, muốn sử dụng phải được nghiên cứu thử nghiệm thận trọng trước ở trong phòng thí nghiệm Và phương pháp này cũng ít được sử dụng ở nước ta do giá đắt, chưa được tiêu chuẩn hóa cũng như chưa được phổ cập [4]

Gia cố đất bằng phương pháp tổng hợp

Phối hợp đồng thời nhiều phương pháp gia cố hay các chất liên kết khác nhau tùy theo từng loại đất, để tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm của từng phương pháp nhằm tạo hiệu quả gia cố cao Những biện pháp gia cố tổng hợp thường dùng như:

- Kết hợp vôi và xi măng để gia cố các loại đất có nhiều sét, đất mùn hữu

cơ, đất chua nhằm tiết kiệm xi măng;

- Sử dụng tro bay cùng với vôi để tận dụng tro bay phế thải và tiết kiệm vôi;

- Dùng một tỷ lệ vôi nhất định (khoảng 3 %) để hoạt tính bề mặt của cát mịn trước khi gia cố chúng với nhựa lỏng, nhũ tương nhựa (trộn vôi với cát và ủ trước 24 giờ) hoặc trước khi gia cố với xi măng để tiết kiệm xi măng;

- Kết hợp sử dụng vôi và một số chất keo tụ hợp cao phân tử;

- Thêm vào đất các vật liệu hạt thô có thành phần cấp phối nhất định để tăng độ chặt, tăng độ cứng và giảm phát sinh khe nứt khi hình thành lớp kết cấu đất gia cố [4]

Gia cố đất bằng một số hóa chất khác

- Đa phần các hóa chất được quảng cáo tiếp thị vào thị trường Việt Nam là dạng lỏng, và chỉ cần dùng một tỷ lệ cực nhỏ (thậm chí chỉ cần 1-2 kg cho 10 000

lớp mặt Tuy nhiên, qua thực tế thử nghiệm trong phòng cũng như hiện trường thì hiệu quả gia cố không được như quảng cáo đồng thời có giá thành cao;

Trang 34

- Lưu ý khi sử dụng loại này phải nghiên cứu thử nghiệm cẩn thận để xem xét đánh giá các yếu tố sau: Bản chất hóa học và hóa lý của chất gia cố; tiêu chuẩn chất lượng; tác dụng gia tăng cường độ và độ ổn định nước sau gia cố; tác dụng có hại đến môi trường nếu có; đánh giá về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật có thể đem lại

và đối chứng với các loại gia cố đã được nghiên cứu kỹ như đối với vôi hoặc xi măng [4]

2.3.3 Các đặc trưng về cường độ và biến dạng của đất và vật liệu hạt gia cố

- Cường độ chịu nén: thường dùng thí nghiệm nén một trục không nở hông

tự do với tiết diện truyền tải bằng tiết diện ngang của mẫu (có thể là mẫu chuẩn có hình dạng lập phương, hoặc các mẫu trụ sau đó nhân với hệ số quy đổi theo quy định

Bảng 2.5 Hệ số quy đổi kết quả nén các mẫu hình trụ tròn về mẫu chuẩn hình lập

phương của Anh Kích thước mẫu trụ tròn

Kết quả thí nghiệm nén mẫu được tính theo công thức:

n né

P R

F

= (2.1)

trong đó:

P là tải trọng nén khi mẫu bị phá hoại (N),

F là diện tích ban đầu của bề mặt mẫu (cm2) [4]

- Cường độ chịu kéo: có thể được đánh giá thông qua thí nghiệm kéo trực tiếp hoặc thông qua thí nghiệm ép chẻ (kéo gián tiếp) như các sơ đồ dưới đây

Trang 35

Hình 2.1 Thí nghiệm kéo trực tiếp [4]

é

k o

P R

(thẳng góc với trục y) và theo phương y (thẳng góc với trục z)

Cường độ chịu kéo giới hạn được tính như sau:

é

2

2,

k o

p che P daN R

Trang 36

Hình 2.3 Sơ đồ gia tải trên mẫu uốn kiểu dầm [4]

(l-khoảng cách giữa các gối kê mẫu dầm; h-chiều cao mẫu dầm)

Cường độ chịu kéo uốn giới hạn được xác định như sau:

2

ku

P l R

b h

= (2.3)

Trong đó: b-là bề rộng mẫu và P là tải trọng khi mẫu dầm bị phá hoại [4]

Có thể kết hợp đo biến dạng (độ võng của mẫu dầm) để từ đó xác định mođun đàn hồi kéo uốn của vật liệu gia cố [4]

- Cường độ chịu cắt: Được xác định bằng thí nghiệm nén 3 trục đối với các mẫu trụ tròn Ngoài ra, có thể xác định lực dính c và góc nội ma sát φ của vật liệu

truc tiep

k o

o

c R

truc tiep

ésin

2.3.4 Đặc trưng về mỏi của vật liệu gia cố

- Đối với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ: Thí nghiệm mỏi thường được tiến hành với các mẫu dầm như trong thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn nói trên Đa số các vật liệu gia cố vô cơ sẽ có quy luật mỏi theo phương trình sau:

σkéo-uon: ứng suất kéo-uốn giới hạn do tải trọng trùng phục gây ra;

Rkéo-uon: cường độ giới hạn chịu kéo-uốn khi tác dụng tải trọng tĩnh;

Trang 37

σkéo-uon (hoặc σkéo, σép-chẻ ) trong mẫu giữ nguyênkhông thay đổi thì quy luật mỏi của các vật liệu gia cố hữu cơ sẽ được biểu thị theo phương trình sau:

2.3.5 Đặc trưng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất gia cố

Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các vật liệu gia cố có thể được nghiên cứu trên các mẫu nén ba trục hoặc mẫu uốn dầm

- Đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ:

Hình 2.4 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các vật liệu gia cố xi măng (J.K Mitchell) [4]

Trang 38

Qua hình trên cho thấy, khi ứng suất thấp thì qua hệ giữa ứng suất – biến dạng gần như tuyến tính, nhưng khi ứng suất tăng lên 50 % - 60 % thì quan hệ này trở nên phi tuyến Do đó trong điều kiện làm việc thông thường thì có thể xem môđun đàn hồi của loại vật liệu này là hằng số

Trị số môđun đàn hồi của vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ tùy thuộc cấp phối hạt, tỷ lệ chất liên kết, tuổi mẫu và trị số áp lực hông σ3 thực tế lớp vật liệu đó chịu tác dụng Thông thường trị số môđun đàn hồi của các loại đất gia cố xi măng trong

0,2 [4]

- Đối với vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ:

Hình 2.5 Đặc trưng lưu biến của vật liệu gia cố nhựa

(mẫu nén ở 60oC với áp lực hông σ3 = 0) [4]

Kết quả thử nghiệm nén 3 trục khi áp lực nén không đổi nhưng cho thời gian tác dụng thay đổi đã chứng tỏ đặc trưng biến dạng của vật liệu gia cố nhựa (kể cả các mẫu bê tông nhựa) như hình trên

Các thử nghiệm này chứng tỏ đặc trưng biến dạng của vật liệu gia cố nhựa phụ thuộc nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng và cho thấy đây là loại vật liệu

thì lúc dỡ tải, biến dạng ban đầu εo được phục hồi gần như hoàn toàn, phần biến

tỏ khi áp lực tác dụng nhỏ và thời gian tác dụng ngắn thì vẫn có thể xem vật liệu gia

Trang 39

cố nhựa là vật liệu đàn hồi Nhưng khi áp lực tăng đủ lớn như trong trường hợp b thì khi dỡ tải biến dạng không hồi phục hết mà tồn tại biế dạng dẻo

Đặc trưng đàn hồi – dẻo – nhớt nói trên là do các chất liên kết hữu cơ có tính nhớt này càng tăng khi nhiệt độ tăng Ở nhiệt độ thấp, vật liệu gia cố nhựa cơ bản làm việc ở trạng thái đàn hồi [4]

2.3.6 Các ứng dụng công nghệ vật liệu gia cố ở Việt Nam

Gia cố bằng chất liên kết thủy hóa vô cơ HRB

Công nghệ HRB (Hydraulic Road Binder) biến đổi thành phần puzơlan trong tro bay để tạo ra một chất kết dính mới thay thế xi măng Porland cho đất và đá dăm địa phương Việc trộn các thành phần hoạt hóa và biến đổi vào puzoland nhân tạo (tro bay nhà máy nhiệt điện và các muối khoáng) chính là bí quyết tạo khả năng kết dính tùy biến cần thiết cho thiết kế hỗn hợp kết cấu đất, cát và cấp phối đá dăm

- Ưu điểm: Giá thành công trình giảm; thi công dễ dàng; máy móc thiết bị thi công đơn giản, sẵn có tại địa phương (có thể tận dụng máy cày, phay đất trong nông nghiệp); tận dụng đất tại chỗ… góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Tỷ lệ trộn HRB với đất tối ưu làm vật liệu:

§ Ổn định đất nền đường: 3%-6%

§ Gia cố đất làm các lớp kết cấu móng, mặt đường giao thông: 7%-10% Công nghệ thi công đơn giản: Trộn sơ bộ bằng máy xúc - San rải - Trộn đều bằng máy phay đất nông nghiệp - Lu lèn [9], [10]

- Một số hình ảnh:

§ Công trình đường giao thông tại xã Đông Ngũ, huyện Tiên Yên, Quảng Ninh thi công ngày 19/03/2013

Trang 40

Hình 2.6 San rải HRB trên

mặt đường đất gia cố [10]

Hình 2.7 Phay trộn HRB với đất [10]

Hình 2.8 Lu lèn hỗn hợp HRD trộn với đất [10]

§ Công trình: Đường ở Trảng Bom – Đồng Nai giai đoạn 1 và 2

Hình 2.9 Trộn HRB với đất bằng xe

đào [10]

Hình 2.10 Rải và phay trộn HRB với đất bằng xe nông nghiệp [10]

Hình 2.11 Lu lèn hỗn hợp HRB và

đất [10]

Hình 2.12 Lu lèn hoàn thiện mặt đường hỗn hợp HRB và đất [10]

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	1,68 MB