Nghiên cứu sự hư hỏng và các biện pháp sửa chữa kết cấu bê tông mặt đường

Kỹ thuật và các giải pháp công nghệ sửa chữa kết cấu bê tông mặt đường bằng vật liệu bê tông Polime .... Chính nhờ các ưu điểm đó đặc biệt là các ưu điểm: ổn định đối với nước, tuổi thọ

-

Thavyxay PHIMSOUVANE

NGHIÊN CỨU SỰ HƯ HỎNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP SỬA

CHỮA KẾT CẤU BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ

ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ NGÀNH: 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2010

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Anh Thắng

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngàY:04,tháng:02,năm 2010

CHƯƠNG MỞ ĐẦU: SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI SỰ

HƯ HỎNGVÀ BIỆN PHÁP SỬA CHỮA KẾT CẤU BÊTÔNG MẶT ĐƯỜNG 1

1 Tổng quan về kết cấu bê tông mặt đường 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG I: TÔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỰ HƯ HỎNG VÀ ỨNG DỤNG BIỆN PHÁP SỬA CHỮA KẾT CẤU BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG 5

1.1.Nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam 5

1.1.1 Ưu điểm của mặt đường BTXM 7

1.1.2 Nhược điểm của mặt đường BTXM 7

1.2 Ứng dụng mặt đường BTXM 8

1.2.1 Ứng dụng trên thế giới 8

1.2.2 Ứng dụng tại Việt Nam 12

1.3 Phạm vi nên áp dụng đường BTXM 16

1.4 Công nghệ thi công 17

1.5 Phương pháp sửa chữa và phục hồi cấu trúc: 20

1.5.1 Đánh giá tình trạng: 20

1.5.2 Liên quan đến quan sát theo dõi đối với các nguyên nhân: 20

1.5.3 Lựa chọn phương pháp và nguyên vật liệu: 21

1.5.4 Chuẩn bị các kế hoạch và quy cách: 21

1.5.5 Thi công công việc: 22

1.6 Phân tích đánh giá các biện pháp sửa chữa bê tông cốt thép hiện nay ở Việt Nam 22

2.1 Kỹ thuật đường BTXM 25

2.1.1 Thiết kế mặt đường bêtông ximăng 25

2.1.2 Thiết kế thành phần bê tông 30

2.1.3 Vật liệu trên cơ sở xi măng 33

2.2 Cơ chế hư hỏng của bê tông 36

2.2.1 Tình trạng hư hỏng của kết cấu bêtông mặt đường 36

2.2.2 Kết cấu bêtông mặt đường chịu tác động của tải trọng 39

2.2.3 Những sai sót trong công tác khảo sát thiết kế, thi công và vận hành khai thác công trình 40

2.3 Nghiên cứu nguyên liệu sửa chữa liên kết đối với bê tông hiện hữu 41

2.4 Lập kế hoạch và thiết kế của công tác sửa chữa bê tông 45

2.4.1 Xem xét chung 45

2.4.2 Lựa chọn Nguyên vật liệu 45

CHƯƠNG III: KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA BÊTÔNG MẶT ĐƯỜNG 48

3.1 Khảo sát đánh giá tình tạng hư hỏng của kết cấu bê tông mặt đường 48

3.1.1 Nội dung công tác khảo sát 48

3.1.2 Kiểm tra hồ sơ thiết kế 49

3.1.3 Kiểm tra khe nứt và biến dạng của công trình 57

3.2 Đánh giá sự hư hại và sửa chữa kết cấu bê tông trong các công trình đường 59

3.2.1.Giới thiệu 59

3.2.2.Đánh giá sự hư hại 61

3.3 Những hư hỏng làm giảm độ bền của bê tông mặt đường 67

CHƯƠNG IV: CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA KẾT CẤU ĐƯỜNG BÊTÔNG

XIMĂNG 84

4.1 Công tác thiết kế, thi công sửa chữa và gia cố kết cấu bê tông cốt thép 84

4.1.1 Công tác thiết kế sửa chữa và gia cố kết cấu bê tông cốt thép 84

4.1.2 Chuẩn bị Sửa chữa 87

4.2 Nguyên vật liệu, phương pháp sửa chữa và phục hồi 92

4.2.1 Giới thiệu 92

4.2.2 Kỹ thuật Ngăn chặn Vết nứt 92

4.2.3 Vật phủ (Polymer) 93

4.3 Kỹ thuật và các giải pháp công nghệ sửa chữa kết cấu bê tông mặt đường bằng vật liệu bê tông Polime 98

4.3.1 Kỹ thuật sửa chữa vết nứt trong kết cấu bê tông mặt đường 99

4.3.2 Các giải pháp công nghệ sửa chữa mặt đường bê tông xi măng bằng vật liệu bê tông polime 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

Hình 1.1: Mặt đường bê tơng xi măng 6

Hình 2.1 : Mặt cắt ngang của áo đường bêtông ximăng 27

Hình 2.2 Cấu tạo mặt cắt ngang tấm bêtông ximăng mặt đường 28

Hình 3.1: Khảo sát hiện tượng hư hỏng tại hiện tường 51

Hình 3.2 Bề mặt bê tơng nhẵn, mịn, mài mịn bị ăn mịn bởi mảnh vụng trong nước: 54

Hình 3.3 Bề mặt bê tơng gồ ghề, bị rổ gây ra bởi tạo ra lỗ hổng: 54

Hình 3.4: Sự nứt và ăn mịn bê tơng mặt đường 70

Hình 3.5:Mơ hình cơ chế gây hư hại của phản ứng kiềm cốt liệu 71

Hình 3.6: Bê tơng bị cacbonat hĩa được kiểm chứng bằng Phenolphthalein 79

Hình 3.7: Quá trình co ngĩt đã làm nứt cấu kiện bê tơng 81

Hình 4.1: Các nguyên vật liệu sửa chữa bê tơng mặt đường 92

Hình 4.2: Chuẩn bị keo epoxy và thiết bị bơm: 115

Hình 4.3 : Bơm epoxy vào vết nứt: 115

Bảng 1.1: Theo tình hình sử dụng đường BTXM trên thế giới 9

Bảng1.2 : Các loại kết cấu mặt đường điển hình tại Quảng Châu-Trung Quốc 12

Bảng 1.3: Hiện trạng đường BTXM tại một số nhà máy xi măng tại Việt Nam 13

Bảng 1.4: Bảng tổng dự tốn thi cơng phần áo đường bằng phương pháp thi cơng hiện đại (Tính cho 100 m2 đường trong điều kiện Hà Nội) 16

Bảng 2.1: Bề dày tấm làm đường bê tông xi măng 29

Bảng 2.2: Tỷ lệ các thành phần của các loại xi măng 34

Bảng 4.2: Tỷ lệ keo epoxy so với khối lượng phần trăm tính theo nhiệt độ 117

Sơ đồ 1.1: Công nghệ máy rải bêtông di chuyển trên ray 19

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ phân tích và tính toán hư hại 60

Sơ đồ 3 2: Biểu đồ phá hoại của kết cấu bê tông 64

Sơ đồ 3.3: Những tác nhân vật lý gây hư hại kết cấu bê tông mặt đường 68

Sơ đồ 3.4: Phản ứng hóa học gây hư hại kết cấu bê tông mặt đường 69

Sơ đồ 4.1: Các yêu cầu Thực hiện cho Sửa chữa các Vết nứt 101

X,N,C,Đ- khối lượng của ximăng, nước, cát, đá hoặc sỏi

ρx,ρn ,ρc ,ρđ- khối lượng riêng của ximăng, nước, cát, đá hoặc sỏi

X1, N1, C1, Đ1- lượng ximăng, nườc, cát, đá dùng cho mẫu thử có thể tích V lít sau khi kiểm tra, kg

X,N,C,Đ- lượng ximăng, nườc, cát, đá dùng cho 1m3 bêtông sau khi kiểm tra, kg

γB – khối lượng thể tích của hỗn hợp bêtông sau khi lèn chặt

G-Lượng chất đóng rắn cần dùng cho 100g nhựa

n-Số Hydro linh động của chất đóng rắn

E-Khối lượng phân tử của nhóm epoxy = 43

K-Hàm lượng nhóm epoxy có trong 100g nhựa

m- Phân tử lượng của chất đóng rắn

Eyc -mô đun đàn hồi yêu cầu

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI SỰ HƯ HỎNG VÀ BIỆN

PHÁP SỬA CHỮA KẾT CẤU BÊTÔNG MẶT ĐƯỜNG

1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊTÔNG MẶT ĐƯỜNG

Mặt đường là kết cấu quan trọng và đắt tiền nhất trong các hạng mục công trình đường ôtô[7] Chất lượng mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng khai thác đường, đến điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận và nhanh chóng Chất lượng mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành, đến niên hạn sử dụng đường

Những đổi mới sau đây dẫn đến sự thay đổi nhiều yêu cầu đối với vật liệu làm đường, dẫn đến sự phát triển nhiều loại mặt đường mới, trong đó mặt đường bêtông ximăng (BTXM) và bêtông nhựa (BTN) là 02 loại mặt đường mà nhiều nhà chuyên gia

và nhiều quốc gia trong thế giới đã và đang nghiên cứu và sử dụng, nhưng phải thừa nhận rằng, tỷ lệ đường làm bằng BTXM và BTN trên toàn thế giới là 10% và 90%, tuy nhiên trong những năm gần đây tỷ lệ này ngày càng giảm dần nghiêng về phía BTN làm xu hướng mặt đường BTXM nhanh chóng tăng lên trên toàn cầu

Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng cấp cao, được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài vì có những ưu điểm sau:

• Cường độ cao thích ứng với các loại xe, kể cả bánh xích Cường độ của mặt đường không thay đổi theo nhiệt độ như với mặt đường nhựa

• Rất ổn định đối với nước, không bị nước xói mòn, vì vậy rất thích hợp với các đoạn đường hay ngập lụt

• Hao mòn ít, thường không quá 0,1-0,2mm/năm [45] Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao và không thay đổi khi mặt đường ẩm ướt, do đó chay xe rất an toàn

• Có độ cứng lớn, bảo đảm phân bố tải trọng xe chạy đều xuống nền móng, nền có thể xây dựng trên những đoạn nền đường có sức chịu tải thấp

• Tuổi thọ cao (nếu thi công tốt có thể sử dụng được từ 40-60 năm), niên hạn

sử dụng gấp đến 03 lần so với mặt đường nhựa [37]

• Công tác duy tu bảo dưỡng rất ít và giản đơn Chính nhờ ưu điểm này mà hiện nay ở nước ngoài người ta sử dụng bêtông ximăng làm mặt đường nông thôn, đường trong khu nhà ở rất phổ biến

• Kỹ thuật thi công rất đa dạng, có thể thi công bằng thiết bị hiện đại dùng máy rải bêtông và ván khuôn trượt, và có thể thi công hoàn toàn bằng thủ công, dùng lực lượng nông nhân

• Tiết kiệm vật liệu (vì có thể tận dụng vật liệu của mặt đường cũ), tiết kiệm năng lượng trong thi công, tiết kiệm chi phí cho công tác duy trù bảo dưỡng, hòa hợp tốt với cảnh quan môi trường xung quanh

• BTXM là vật liệu trộn nguội, rãi nguội vì vậy không gây ô nhiễm môi trường như với mặt đường nhựa

Do niên hạn sử dụng dài, chi phí duy tu bảo dưỡng không đáng kể, cho nên tổng giá thành và khai thác quy đổi của mặt đường BTXM lại thấp hơn so với mặt đường BTN

Chính nhờ các ưu điểm đó đặc biệt là các ưu điểm: ổn định đối với nước, tuổi thọ cao, bảo dưỡng ít, có thể thi công bằng thủ công kết hợp cơ giới nhỏ…mà trong mấy thập kỷ gần đây kiểu kết cấu mặt đường BTXM đơn giản (các tấm bêtông chiều dày từ 04 – 05m, không có thanh tuyền lực, không khe dãn…) được sử dụng rất phổ biến để làm mặt đường cho các đường có lưu lượng xe qua lại thấp (ở Pháp,Đức, Trung Quốc…)[7]

Mặt đường BTXM ngày nay không chỉ thích hợp với đường cao tốc, với sân bay, sử dụng rộng rãi cho tất cả các cấp đường, kể cả đường nông thôn và đường đô thị

Mặt đường BTXM cũng thích hợp với đường miền núi, nhất là các tuyến đường chạy dọc theo sông suối thường bị ngập lụt, cát,sỏi và những các vật liệu khác của BTXM lại rất sẵn

• Không thông xe được ngay sau khi thi công mà phải bảo dưỡng một thời gian

• Phải làm khe co dãn trên mặt đường

• Chi phí ban đầu tương đối cao

Cùng với đặc điểm ưu việt lọai kết cấu này còn có không ít những nhược điểm, khuyết tật và những sự cố xảy ra trong quá trình xây dựng và sử dụng do những nguyên nhân khác nhau Việc sửa chữa và gia cố kết cấu là cần thiết để duy trì hoặc nâng cao khả năng chịu tải cũng như công năng sử dụng của công trình

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sự hư hỏng và biện pháp sửa chữa kết cấu bêtông mặt đường , để có thể sử dụng kết cấu bêtông mặt đường thực tế một cách hiệu quả

3.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá nguyên nhân đã làm cho kết cấu bêtông mặt đường hư hỏng và nghiên cứu biện pháp sửa chữa kết cấu bê tông mặt đường

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

™ Nghiên cứu về mặt lý thuyết, đặc tính của bê tông xi măng và sự hư hỏng của bê tông xi măng

™ Khảo sát nguyên nhân gây hư hỏng

™ Đánh giá sự hư hỏng

™ Đề xuất giải pháp sửa chữa thích hợp

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học của đề tài : ứng dụng kết quả nghiên cứu nguyên nhân đã làm cho kết cấu bêtông nền mặt đường hư hỏng và các biện pháp sửa chữa kết cấu bêtông nền mặt đường vào lĩnh vực công trình giao thông, góp phần làm đa dạng và phong phú các kỹ thuật sửa chữa kết cấu bêtông mặt đường Ngoài ra, trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng vào kết cấu bêtông mặt đường nó còn được phục vụ cho công trình xây dựng dân dụng, công trình biển cảng, công trình thủy lợi công trình xây dựng cầu hầm cụ thể

là phương pháp đánh giá, quy trình thi công v.v…Ý nghĩa thực tiễn của đề tài : các biện pháp sửa chữa kết cấu bêtông mặt đường để giải quyết và hạn chế vấn đề hư hại của kết cấu bêtông mặt đường trong lĩnh vực xây dựng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG

Theo dự báo đến năm 2015, tổng tải trọng của xe ôtô tải nặng từ 40 tấn hiện nay

sẽ tăng lên đến 48 tấn [7], nhưng tải trọng trục sẽ không tăng, thầm chí còn giảm nhờ tăng thêm số trục bánh Như vậy xe tải nặng trong tương lai sẽ không gây nguy hiểm cho mặt đường về mỏi, nhưng lại làm cho mặt đường bị mài mòn và mau hình thành việc lún bánh xe (với mặt đường mềm)

Để bảo vệ môi trường, những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XXI sẽ phát triển mạnh các loại ôtô điện, ôtô mini, ôtô không người lái…

Từ đó sẽ xuất hiện nhiều loại đường mới:

- Đường và ga riêng cho ôtô mini để khắc phục vấn đề nhiều loại xe từ 700 kg đến 4,800 kg cùng sử dụng một con đường;

- Đường cao tốc tự động cho ôtô điện;

- Đường riêng cho xe bus;

- Đường dành riêng cho xe tải cao tốc

Những đổi mới trên đây dẫn đến thay đổi nhiều yêu cầu với vật liệu làm đường, dẫn đến sự phát triển nhiều loại đường mới

¾ Nhũng phát triển và đổi mới về mặt đường

Những thập kỷ đầu của thế kỷ XXI sẽ tiếp nối những phát triển và đổi mới đang xảy ra ở những năm cuối của thế kỷ này, trong đó kết cấu mặt đường BTXM là lĩnh vực được chú ý nhiều nhất [7]

¾ Sự phát triển của mặt đường BTXM

Mặt đường BTXM có tuổi thọ rất cao từ 30-40 năm, không xuất hiện vệt lún bánh xe, đáp ứng tốt các yều cầu của mặt đường hiện đại,vì vậy khi nói đến năm 2010

trên các đường có lượng giao thông lớn, vai trò của mặt đường BTXM và mặt đường bêtông nhựa sẽ phân định như thế nào? Hầu như là nếu làm đường cao tốc cho xe tải và ôtô…thì thường phải làm mặt đường BTXM như hình 1.1

Hình 1.1: Mặt đường bê tông xi măng Mặt đường bêtông tấm dày không lớp móng, giảm được số lớp, đơn giản hoá thi công và kinh tế… sẽ được dùng nhiều trên đường cao tốc và trên các làn xe dành riêng cho xe tải nặng

Mặt đường bêtông cốt thép liên tục cho phép thi công mặt đường BTXM chiều dày tương đối mỏng và chiều dài rất dài, loại mặt đường này có ưu điểm kép: vừa bỏ được khe là chỗ yếu nhất của mặt đường , vừa cải thiện được độ bằng phẳng khi xe chạy sẽ được dùng nhiều trong những năm đầu của thế kỷ XXI [15]

Mặt đường bêtông lèn chặt băng lu, một loại mặt đường dùng BTXM cường độ cao, có lượng hàm nước thấp, lu lèn băng lu chấn động và lu bánh lốp Loại mặt đường này có chất lượng tương tự như mặt đường BTXM thường, nhưng tiết kiệm được

tế kỹ thuật tương đối cao cũng sẽ được sử dụng rộng rãi để làm mặt đường cho các đường ôtô cấp II trở xuống

1.1.1 Ưu điểm của mặt đường BTXM

- Đường có kết cấu mặt bằng BTXM (nói chung) thường có cường độ cao, thích hợp với tất cả các phương tiện vận tải, kể cả xe bánh xích, cường độ của mặt đường không thay đổi theo nhiệt độ như mặt đường nhựa;

- Đường thường rất ổn định đối với tác dụng phá hoại của nước

- Mặt đường hao mòn ít, độ hao mòn thường không quá 0,1 – 0,2 mm/năm; hệ

số bám giữa bánh xe và mặt đường cao và hầu như không thay đổi khi mặt đường ẩm ướt [36]

- Thời gian sử dụng của đường tương đối dài, tuổi thọ trung bình khoảng từ 30 đến 40 năm

- Mặt đường có màu sáng, dễ phân biệt với lề đường màu thẩm, do đó tăng độ

an toàn chạy xe về ban đêm

- Có thể cơ giới hoá hoàn toàn công tác thi công mặt đường BTXM

- Công tác thi công bảo dưỡng ít và đơn giản

1.1.2 Nhược điểm của mặt đường BTXM

- Không thông xe đuợc ngay sau khi xây dựng, mà cần bảo dưỡng một thời gian tương đối dài cho bêtông đạt cường độ thiết kết;

- Mặt đường BTXM phải bố trí các khe co, khe giãn, khe uốn vồng và chính các khe này làm giảm độ bằng phẳng, liên tục của mặt đường;

- Mặt đường BTXM thường gây tiếng ồn hơn so với mặt đường BTN;

- Gía thành xây dựng ban đầu tương đối cao; tuy nhiên nếu tính chung về lợi ích kinh tế - kỹ thuật bao gồm cả chi phi xây dựng, khai thác và duy tu bảo dưỡng thì đường có kết cấu BTXM thường có tổng chi phí rẻ hơn đường có kết cấu mặt BTN

Ở Việt Nam, theo quan sát của công ty ACC, mặt đường BTXM còn chiếm một

tỷ lệ rất thấp khoảng 2% Mặt đường BTXM chủ yếu được sử dụng tại đường cất hạ

cánh, đường lăn, sân đỗ trên các sân bay Đối với đường giao thông, ngoài đường giao thông nông thôn, mới thấy sử dụng kết cấu BTXM một số đoạn thuộc QL3,QL18,QL1 ,QL63 đường Hồ Chí Minh, các khu vực có trạm thu phí và đang xây dựng đối với đường Tuần tra biên giới, đường Đông Trường Sơn (BQP) …

Chất lượng mặt đường BTXM đã xây dựng nhìn chung khá tốt, tuy nhiên cũng

có các đoạn đường trong nhiều khu vực chất lượng chưa cao

Mặt đường BTXM có nhiều ưu điểm so với mặt đường BTN, song nó không thể tránh được một số nhược điểm như: giá thành đầu tư ban đầu cao; độ êm thuận kém hơn; gây ra tiếng ồn nhiều hơn; độ mài mòn lốp xe lớn hơn; không thông xe được ngay sau khi thi công; dễ bị hư hỏng khi nền đất yếu; lún không đều; tăng cường khả năng chịu lực khó hơn; khó phân kỳ đâu tư xây dưng hơn …

1.2 ỨNG DUNG MẶT ĐƯỜNG BTXM

1.2.1 Ứng dụng trên thế giới

Vào cuối thế kỷ XIX, việc xây dựng đường BTXM ở châu Âu bắt đầu tại Anh (1856), Pháp (1876), Dretslau-Đức (1888) và được phát triển rất nhanh ở Mỹ (1892), Nga (1892) và nhiều nước khác [7]

Êcốt-Ở Châu Á, Trung Quốc là nước phát triển mạnh đường BTXM Mặt đường BTXM được áp dụng cho đường trong đô thị và đường sân bay Đến đầu những năm

70, một số đường quốc lộ liên tĩnh và hâu như toàn bộ đường băng sân bay của Trung Quốc đều sử dụng đường này Theo thống kê từ năm 1988 đến 1994, đường BTXM của Trung Quốc tăng trung bình mỗi năm khoảng 2,000 km Đến cuối năm 2005, tổng

số chiều dài đường có áo là 532.697 km, trong đó có 306.622 km là mặt đường BT, chiếm 57,56% chi tiết đã phơi bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Theo tình hình sử dụng đường BTXM trên thế giới [8]

Quốc gia / lãnh

thổ

Tỷ lệ đường BTXM,%

Tính trên

Trung Quốc 57,6% (532.697 km) Tổng số chiều dài đường

Que1bec (Canada) 4% (1.239 km) Tính cho đường cao tốc chiếm 75%

tổng khối lượng vận tải của toàn bang

- Mặt đường BTXM cho thấy lợi thế về kinh tế rất rõ ràng, nhưng cũng có một

số người đánh giá về nó là: quá mấp mô, không tiện nghi và tiếng ồn cao

- Việc nghiên cứu về xây dựng đường BTXM chất lượng cao như thế nào? Để giảm thiểu những vấn đề đã nêu trên, đó là một vấn đề mà phải cần tập trung vào quy trình và phương pháp thi công hơn là tập trung vào vật liệu

- Phương pháp thi công cũng là một vấn đề đặt ra mang tính chất quyết định chất lượng đường bêtông tốt nhất hiện nay rất nhiều quốc gia trên toàn cầu như: Mỹ,

Bỉ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Indonesia, Myanmar, Phillippines, Malaysia … đều áp dụng phương pháp thi công bằng máy rải thảm bêtông côpha trượt, máy này là máy rải hoàn toàn tự động, có khả năng tiếp nhận, san rải, đầm nén , tạo hình và hoàn thiện bề mặt bêtông chỉ qua một lần trượt qua khuôn, đạt được các chỉ tiêu về độ phẳng của bề mặt, khích thước và hướng rải mà không cần sử dụng ván khuôn tĩnh để giữ cạnh.Và lý do chính để lựa chọn phương pháp thi công bằng máy trộn bêtông côpha trượt là:

- Vì đây là công nghệ đã được sử dụng rộng rãi;

- So với phương pháp truyền thống nó nhanh hơn gấp 6 – 7 lần;

- Chỉ cần 30% số nhân công so với thi công bằng tay;

- Không cần gép ván khuôn;

- Chất lượng đường vượt trội so với phương pháp đổ bêtông truyền thống

Trong lĩnh vực thi công đường cao tốc tại Mỹ, hầu như 100% các công trình lớn đều sử dụng công nghệ rải thảm bêtông côpha trượt thay thế cho các phương pháp truyền thống Phương pháp rải thủ công chỉ được áp dụng cho các công trình nhỏ, đoạn đường nhiều góc cạnh, gấp khúc, đoạn nối ở cuối hoặc đầu dốc/cầu

1.2.1.1 Công nghệ thi công đường BTXM

Công nghệ thi công đường BTXM có thể phân ra 2 loại như sau:

• Bê tông đổ tại chỗ: sử dụng côpha cố định hay côpha di động;

• Bê tông lắp ghép

Ở Trung Quốc, công nghệ thi công đường BTXM chủ yếu là đổ tại chỗ với thiết

bị “ Tam trục” đây là công nghệ thi công bằng côpha cố định sử dụng máy 3 trục có tác dụng rung và làm phẳng bề mặt việc sử dụng các loại máy rải loại lớn kết hợp với các loại nhỏ khác

Các bước thi công bao gồm:

• Nghiệm thu nền đường;

• Lắp đặt côpha, đạt tiêu chuẩn;

• Trộn bê tông tại trạm trộn di động hoặc cố định đảm bảo hỗn hợp bê tông đồng nhất đạt độ sụt yêu cầu;

• Sử dụng xe chuyên dụng hoặc các phương tiện khác để vận chuyển bê tông;

• Rải vật liệu bằng máy xúc cỡ nhỏ;

• Đầm rung bằng đầm dùi;

• Rung kết hợp cán phẳng bằng máy tam trục;

1.2.1.2 Hiệu quả kinh tế về đường BTXM

Hiệu quả kinh tế khi sử dụng đường BTXM được đánh giá trên 2 loại chi phí:

• Chi phí đầu tư (xây dựng, bảo trì, sửa chữa) và;

• Chi phí vòng đời (Life Cycle Coast Analysis: LCCA)

Các nhân tố chính cần xem xét khi quyết định lựa chọn loại đường gồm:

• Tuổi thọ thiết kế;

• Lưu lượng xe, tỷ lệ xe tải trọng lớn, mức độ tắc ngẽn do sửa chữa;

• Đặc trưng đất nền;

• Khí hậu/thời tiết;

• Yêu cầu về tốc độ thi công;

• Yêu cầu về bảo dưỡng;

• Tái sử dụng vật liệu có sẵn hoặc từ nguồn khác

Ngoài ra phải kể đến các nhân tố phụ khác như:

• Đặc tính của mặt đường cùng loại trong vùng;

• Bảo tồn vật liệu và năng lượng;

• Vật liệu địa phương;

• An toàn giao thông; và

• Giảm tiếng ồn

Chi phí vòng đời xét đến toàn bộ các khoảng chi phí đầu tư ban đầu và chi phí của người sử dụng trong suất vòng đời của con đường, đồng thời cũng cho phép so

sánh chi phí của công trình với các vòng đời (tuổi thọ) thiết kế khác nhau trong cùng một điều kiện ban đầu như nhau

Theo kinh nghiệm của một số quốc gia trên thế giới, nếu xét theo LCCA thì đường BTXM có chi phí đầu tư cao hơn đường BTN, nhưng có hiệu quả kinh tế cao hơn: Hiệu quả kinh tế của 1 km đường BTXM tăng 4% mỗi năm so với đường BTN [7]

Theo số liệu trong Bảng1.2 của Viện Nghiên Cứu Thiết kế, Khảo sát và Quy hoặc Giao thông Quảng Tây, chi phí xây dựng đường BTXM không lớn hơn so với đường BTN

Bảng1.2 : Các loại kết cấu mặt đường điển hình tại Quảng Châu-Trung Quốc [8]

Chiều dày các loại mặt đường (cm) Kết cấu

Đặc biệt tải trọng lớn

Cao tốc Cấp độ

I

Cấp độ

II Chiều dày áo đường BTXM/tổng

chiều dày mặt đường

Giá thành đường BTN: 305 nhân dân tệ/m2

1.2.2 Ứng dụng tại Việt Nam

Trước từ năm 1945, ở nước ta, đường BTXM được áp dụng cho một số sân bay

và một số đoạn đường ôtô (doạn đường Kỳ Anh dài 100 m trên QL1A)

Từ năm 1945 – 1975 các đường băng sân bay Nội Bài, đường ôtô thị trấn Xuân Hòa ( HàNội), đường Hùng Vương và Quảng trường Ba Đình vv … đã được làm bằng BTXM Tuy chỉ bằng phương pháp thi công thủ công kết hợp với một số thiết bị cải tiến nhưng các đường này đã được làm đạt chất lượng cao, không bị hư hỏng sau nhiều năm sử dụng

Từ năm 1975 đường BTXM ít được phát triển Tuy nhiên, một số công trình như đoạn QL3 Thái Nguyên, Bắc Cạn, (1980), Quán Bánh – Cửa Lò (1979), QL18 ( Tiên Yên – Móng Cái) cũng như đường giao thông của nhiều nhà máy được xây dựng bằng BT và sau nhiều năm sử dụng vẫn đang ở tình trạng khá tốt theo bảng 1.3 [8] Bảng 1.3: Hiện trạng đường BTXM tại một số nhà máy xi măng tại Việt Nam [8]

Nhà máy Thời gian

1979 4,5 Tốt Xe lưu thông bình thường

Đoạn đường trong

thị xã

1982 1,5 Tốt Xe lưu thông bình thường

Đường vận chuyển

Puzolan vào nhà máy

1986 > 4 Hư hỏng nhiều do tính toán thiết kế

không lường hết tải trọng Đường nối từ QL1

tới nhà máy

1980 3 Hư hỏng lớn trên toàn tuyến Đường

kém chất lượng, nứt dài, sâu ở khoảng giữa 2 bên đường Thoát nước kém Đường nối từ nhà

máy ra ngã ba 53

1994 3 Đường còn tốt, có một vài chỗ hư hỏng

nhỏ

tác động của đá rơi xuống nền đường

Ximăng Bút Sơn

Đường từ ngã 3 vào

nhà máy

nứt dài ở giữa 2 bên Đường từ nhà máy ra

trạm đá

hiện tượng trơ đá

Ximăng Tam Điệp

Đường BTXM thi công bằng côpha cố định là phương pháp phổ biến Các loại đường cấp cao như đường bê tông sân bay, bãi đổ đã được thi công theo công nghệ côpha cố định bán cơ giới với các thiết bị chuyên dụng điển hình là dây chuyền thi công đường BTXM bằng máy trải bê tông tự động SP500 của công ty xây dựng công trình hàng không (ACC) Đây là dây chuyền thi công hiện đại, đồng bộ và tiên tiến trong nước và khu vực công tác thi công toàn bộ mặt đường BTXM từ sản xuất hỗn hợp vữa BTXM, vận chuyển , trải – đầm, hoàn thiện mặt, bảo dưỡng, tạo nhám, cắt khe

và trám khe đều được cơ giới hóa ở mức cao Mặt đường có chiều dày một lớp đổ tới

40 cm và chiều rộng tấm là 7,5 m Theo dây chuyền dùng máy trải SP500, thi công mặt đường BTXM phải thông qua các đoạn như sau:

• Kiểm tra và nghiệm thu công tác ván khuôn, lưới thép, kết cấu khe;

• Trộn và vận chuyển bê tông bằng xe chuyên dụng;

• trải bê tông bằng máy trải liên hợp SP500;

• tạo nhám bằng thiết bị chuyên dụng;

• bảo dưỡng bê tông;

• Cắt khe co bằng máy cắt;

• Vệ sinh và trám mastic bằng thiết bị chuyên dụng EZ100d (Mỹ)

Hầu hết các đường băng sân bay, bãi đỗ ở Việt Nam đã được thi công bằng Mác 400/50 sử dụng máy trải liên hợp SP500 đạt chất lượng cao với năng suất trung bình 500m3 /ca, cao điểm đạt 1.000 m3 /ngày [33]

1.2.2.3 Về các định mức ( XDCB)

Các định mức XDCB đã công bố nhìn chung chưa đầy đủ và chưa phù hợp với công nghệ ta đang có Ví dụ như công tác thi công bằng cơ giới cho đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ sân bay; còn đường giao thông mới chỉ có định mức thi công trộn bêtông bằng máy trộn 500L, đổ bằng thủ công … Vì vậy cần soát xét lại và điều chỉnh,

bổ sung các định mức theo các công nghệ hiện có và cả các công nghệ tiên tiến hơn

1.2.2.4 Hiệu quả kinh tế về đường BTXM

Viện khoa học công nghệ (KHCN) Xây dựng đã kết hợp với công ty ACC so sánh chi phí xây dựng đường BTXM và BTN sử dụng phương pháp thi công hiện đại, tiên tiến hiện có tại Việt Nam, và đã có kết quả so sánh trong bảng 1.4

Bảng 1.4: Bảng tổng dự toán thi công phần áo đường bằng phương pháp thi công hiện đại (Tính cho 100 m2 đường trong điều kiện Hà Nội) [8]

Kết quả so sánh này đã chứng tỏ rằng, với phương pháp thi công hiện đại chi phí đầu tư xây dựng ban đầu của đường BTXM có giá thành cao hơn khoảng 19% so với BTN [8]

Trên cơ sở các đánh giá trên, có thể kiến nghị áp dụng áo đường BTXM cho các trường hợp sau

• Các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ có điều kiện địa chất thuận lợi;

• Các đường nội bộ trong các khu công nghiệp, bến cảng, khai thác mỏ;

• Đường giao thông ở các khu vực chịu ảnh hưởng của ngập lụt;

• Đường giao thông ở các vùng sâu, vùng xa;

• Đường bê tông nông thôn,đường bê tông trong các đô thị;

• Đường bê tông gần các nhà máy xi măng

Không nên sử dụng đường bê tông ở các khu vực có thể xảy ra lún không đều, gần khu tập trung dân cư hoặc khi phải thông xe nhanh

1.4 CÔNG NGHỆ THI CÔNG

Ngay từ những năm cuối thế kỷ 20, sử dụng BTXM trong việc thi công đường cao tốc được ứng dụng ở Mỹ nhằm nâng cao hiệu quả, cạnh tranh về giá thành và nâng cao chất lượng Hiện tại, trên thế giới, thi công BTXM cho công trình xây dựng cơ sở

hạ tầng như, đường, cảng, đê,…được thực hiện bằng các thiết bị máy móc chuyên dùng hiện đại như: máy rải bêtông mặt sàn phẳng, máy rải bêtông mặt nghiêng, máy rải bê tông long máng, máy rải bê tông làm ta luy hè đường, máy rải bêtông làm giảm phân cách cứng cố định … sử dụng máy rải bêtông hay các thiết bị thi công chuyên dùng cho phép nâng cao được chất lượng bêtông, chất lượng công trình đạt được độ đồng đều, thời gian thi công giảm 10 lần so với thi công bằng tay

Tại Việt Nam, thi công đường BTXM chủ yếu rải bêtông bằng nhân công nên năng suất lao động thấp, chất lượng mặt đường không cao Một số công trình trọng điểm như sân bay và quốc lộ lớn có sử dụng máy rải bêtông của các nước công nghiệp tiên tiến như Gomaco-USA, Wirtgen,…nhưng giá thành thiết bị rất cao, không chủ động trong sản xuất Thiết bị, phụ tùng thay thế luôn phụ thuộc vào các hạng cung cấp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thi công Nắm bắt được cơ hội này, Viện máy và Dụng cụ Công nghiệp đã nghiên cứu thiết kết và chế tạo thành công máy rải bêtông tư động đáp ứng được điều kiện thi công đường BTXM của Việt Nam

¾ Mô tả hoạt động của thiết bị

Sau khi bêtông thương phẩm có độ sụt thấp được san sơ bộ trên nền Cụm trống lăn di chuyển ngang theo bề rộng lòng đường, đầm rùi thủy lực di chuyển đồng thời có tác dụng nén chặt bêtông, vít xoắn quay đồng tốc với trống lăn san phẳng liệu đạt được chiều dày lớp bê tông cần thiết Trống lăn có tác dụng lu cán bề mặt bê tông đạt được chất lượng cần thiết Sau khi cụm trống lăn đi hết bề rộng long đường, cụm chân di

động đẩy xe đi trượt dọc theo chiều dài quãng đường một đoạn theo yêu cầu Cụm trống lăn tiếp tục lặp lại công việc trên cho đến khi đạt được chất lượng mặt đường yêu cầu

Trạm trộn bê tông di động và máy rải bê tông IMI Holding cung cấp đã tham gia thi công nhiều các công trình trọng điểm như: Đường Quốc lộ 1A, Quốc lộ 10, Quốc lộ 18

…; Đê biển Bình Minh - Ninh Bình; Đường băng sân bay Tân Sân Nhất; Đường băng sân bay Nội Bài Hệ thống thiết bị do của IMI Holding có chất lượng tương với các sản phẩm cùng loại nhập của các công nghiệp tiên tiến nhưng giá thành chỉ bằng 60% nhập ngoại, cho phép nâng cao hiệu quả đầu tư và tiết kiệm ngoại tệ và góp phần nâng cao vị thế của các sản phẩm cơ khí công nghệ cao cho đất nước

Sơ đồ 1.1: Công nghệ máy rải bêtông di chuyển trên ray

Máy rải dịch chuyển một bước để lu lớp bê tông kế tiếp

Sử dụng mái rải để lu và làm nhẵn bề mặt bê tông San rải và đầm lèn bê tông sơ bộ thủ công Lắp đặt và căn chỉnh máy rải

Chuẩn bị mặt bằng cần rải bê tông

1.5 PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA VÀ PHỤC HỒI CẤU TRÚC

Tài liệu này đề cập sơ bộ đến đánh giá và sửa chữa các cấu trúc bê tông Tuy nhiên, một hiểu biết cơ bản về các nguyên nhân của việc thiếu hụt bê tông là cần thiết

để thực hiện các đánh giá có ý nghĩa và sửa chữa thành công Nếu một nguyên nhân của sự thiếu sót được hiểu, thì rất nhiều khả năng là phương pháp sửa chữa đúng sẽ được chọn lựa Vì thế, việc sửa chữa sẽ thành công Cũng như nứt là một dấu hiệu của tình trạng nguy cấp mà có thể có nhiều nguyên nhân khác nhau Việc lựa chọn kỹ thuật sửa chữa đúng cho vết nứt tuỳ thuộc vào vết nứt bị gây ra bởi đông cứng lặp lại và tan của bê tông, chịu tải đột xuất, hay một số nguyên nhân khác Chỉ sau khi nguyên nhân hay các nguyên nhân được biết có thế có được các quyết định hợp lý liên quan đến việc lựa chọn một phương pháp sửa chữa phù hợp trong việc quyết định cách thức tránh lặp lại các tình trạng mà đưa đến vấn đề như thế Quy trình tổng hợp tiếp theo phải được tuân thủ để đánh giá tình trạng và sửa chữa các thiếu sót của bê tông trong một cấu trúc:

1.5.1 Đánh giá tình trạng

Bước thứ nhất là đánh giá tình trạng hiện hữu của bê tông Đánh giá này có thể bao gồm xem xét tài liệu thiết kế và xây dựng, xem xét dữ liệu đo đạc cấu trúc, kiểm tra qua quan sát, kiểm tra không phá hủy (NDT), và phân tích thí nghiệm của các mẫu

bê tông Khi hoàn tất bước đánh giá, nhân sự thực hiện đánh giá phải có hiểu biết toàn diện về tình trạng của bê tông và có thể có hiểu biết sâu trong các nguyên nhân của bất

kỳ sự hư hỏng nào được ghi nhận

1.5.2 Liên quan đến quan sát theo dõi đối với các nguyên nhân

Khi đánh giá cấu trúc đã được hoàn tất, các quan sát theo dõi bằng mắt và dữ liệu hỗ trợ khác phải được liên kết đến cơ chế hay các cơ chế mà đã gây ra thiệt hại Vì có nhiều thiếu sót được gây ra bởi nhiều hơn một cơ chế, một hiểu biết cơ bản các nguyên nhân của việc hư hỏng bê tông là cần thiết để quyết định cơ chế gây ra hư hỏng thật sự

1.5.3 Lựa chọn phương pháp và nguyên vật liệu

Khi nguyên nhân hư hỏng cơ bản được theo dõi trong một cấu trúc đã được quyết định, việc lựa chọn nguyên vật liệu và phương pháp phù hợp phải được căn cứ vào các xem xét sau đây:

(1) Các điều chỉnh trước sửa chữa hay các bổ sung được yêu cầu để khắc phục nguyên nhân, như là thay đổi kiểu thoát nước, chỉnh lại đúng việc lún nền móng sai lệch, loại bỏ các nguyên nhân của hư hỏng tạo ra lỗ hỏng, v.v

(2) Các sức ép như là tiếp cận đến cấu trúc, lịch biểu hoạt động của cấu trúc, và thời tiết

(3) Các thuận lợi và bất lợi của việc thực hiện sửa chữa thường xuyên trái lại với sửa chữa nhất thời

(4) Các nguyên vật liệu và phương pháp sửa chữa có được và khả thi kỹ thuật trong việc sử dụng chúng

(5) Chất lượng của các phương pháp và nguyên vật liệu khả thi về kỹ thuật để quyết định có thể làm được kinh tế nhất để đảm bảo công việc hoàn thành

1.5.4 Chuẩn bị các kế hoạch và quy cách

Bước kế tiếp trong quá trình sửa chữa hay phục hồi là chuẩn bị các kế hoạch và quy cách của dự án Khi được yêu cầu bởi một dự án phục hồi chủ yếu, một Biên Bản Ghi Nhớ Thiết Kế Nguyên Vật liệu Bê tông, theo hình thức một báo cáo rời hay một phần của báo cáo Đánh giá Phục hồi Các quy cách hướng dẫn hiện hữu phải được sử dụng đến mức độ tối đa có thể Nếu nguyên vật liệu và phương pháp cần cho một dự án sửa chữa riêng không được bao gồm trong quy cách hướng dẫn, một quy cách chi tiết dựa trên hướng dẫn được cho trong câu này và theo kinh nghiệm có được từ các dự án tương tự phải được chuẩn bị Vì mức độ hư hỏng bê tông toàn diện không thể biết được toàn bộ cho đến khi việc loại bỏ bê tông bắt đầu, các kế hoạch và quy cách cho các dự

án sửa chữa phải được chuẩn bị với sự linh hoạt càng nhiều càng tốt liên quan đến khối lượng nguyên vật liệu có thể được

1.5.5 Thi công công việc

Thành công của một dự án sửa chữa hay phục hồi sẽ tùy thuộc vào mức độ mà công việc được thực hiện phù hợp với kế hoạch và quy cách Có chứng cứ càng nhiều, dựa trên kinh nghiệm có được trên số lượng các dự án, mà công việc về bê tông trong các

dự án sửa chữa yêu cầu nhiều quan tâm hơn đến các tập quán tốt hơn có thể là cần thiết cho việc xây dựng mới Bởi vì tầm quan trọng của việc quan tâm đến chi tiết và kỹ thuật xây dựng chuyên môn cao cho hầu hết các sửa chữa, điều quan trọng là kỹ sư thiết kế chịu trách nhiệm điều tra sự chịu đựng và lựa chọn các nguyên vật liệu và phương pháp sửa chữa mà có liên hệ mật thiết trong việc thi công công việc Ví dụ như, nhiều dự án sửa chữa yêu cầu sắp xếp các vật phủ mỏng, hoặc thẳng đứng hoặc nằm ngang Tiềm năng bị nứt trong các sắp xếp này thì cao hơn nhiều là trong sắp xếp

bê tông trong xây dựng mới bởi vì mức độ kiềm chế cao

1.6 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC BIỆN PHÁP SỬA CHỮA BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG HIỆN NAY Ở VIỆT NAM

Các biện pháp sửa chữa kết cấu bê tông mặt đường đã áp dụng ở nước ta từ trước đến nay bao gồm rất nhiều phương pháp Tuy theo mục đích sửa chữa là để nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy hay để khôi phục hoặc để tăng cường khả năng chịu tải của kết cấu mỗi biện pháp có những ưu điểm nhất định tuy nhiên cũng tồn tại nhiều hạn chế, phụ thuộc vào mức độ đầu tư và khả năng của đơn vị thi công Sau đây là một vài biện pháp sửa chữa điển hình để áp dụng tại Việt Nam

1.6.1 Biện pháp sửa chữa bằng vật liệu tuyền thống

Biện pháp sửa chữa này dùng vữa xi măng pooc lăng thường hoặc dùng bê tông thường cốt liệu nhỏ để lấp vá các vết nứt, các vết vỡ bê tông nhằm mục đích đưa kết cấu về hình dạng ban đầu khi chưa hư hỏng, hạn chế bớt tốc độ phá hủy vật liệu do ảnh hưởng trực tiếp của môi trường và gây cảm giác về độ an toàn của kết cấu các biện pháp này thường được thực hiện trong các công việc duy tu, sửa chữa nhỏ công trình,

tông cũ và lớp áo bê tông mới, nên các lớp mới đều dần dần bị bong ra, nước mưa và hơi ẩm tụ lại trong các khe hở giữa 2 lớp bê tông cũ và mới gây tác hại xấu đến bê tông

cũ và cốt thép Qua khảo sát cho thấy các vị trí sửa chữa , bê tông cũ và mới không có dính bám đã bị bong tróc hết và chỉ còn treo trên bê tông cũ lúc dính bám bởi cốt thép

1.6.2 Biện pháp phun bê tông

Phương pháp phun chỉ là một trong các phương pháp đổ bê tông và sản phẩm cũng có các tính chất như loại bê tông được thi công theo cách thông thường, do ưu điểm là bê tông phần dính bám tốt với bề mặt nên phương pháp này được áp dụng nhiều trong việc sửa chữa gia cố các kết cấu cũ nhằm mục đích:

- Tạo lớp áo dày bảo vệ bề mặt bê tông cũ và cùng tham gia chịu lực

1.6.2.1.Phun bê tông khô:

Phương pháp này có lâu đời, người ta trộn hạt cốt liệu nhỏ ở độ ẩm tự nhiên với xi măng trong máy trộn rồi nhờ áp lực khí nén đưa hỗn hợp đến vòi phun Tại vòi phun có nước được dẫn đến cùng phun ra Ưu điểm của phương pháp này là hạn chế được co ngót và nứt, cường độ và lực dính bám đều tăng, lượng xi măng không nhiều và tỷ lệ N/X thấp Dùng vòi khô có thể tăng tốc độ phun (tốc độ phun tối đa đạt đến 70-80m/s),

do đó vật liệu dễ đi sâu vào các vị trí cần thiết tuy nhiên với phương pháp này, cần phải biết điều chỉnh lượng nước tại đầu ra ở mức vừa đủ cho quá trình thủy hóa và hạn chế gây co ngót, không làm mất xi măng ở dạng bụi

1.6.2.2 Phun bê tông ướt:

Hỗn hợp bê tông được rót vào trong máy, ở đó nó bị ép vào trong ống dẫn nhờ một máy bơm Tại đầu vòi phun có khí nén được dẫn đến để cùng phun vào bề mặt đón Ưu

điểm của phương pháp này là độ ướt của bê tông đều hơn, dễ tạo ra độ dẻo cần thiết song cả hai ưu điểm này đều làm tăng độ co ngót Do có độ dẻo nên tốc độ di chuyển chậm hơn và khó phun sâu Trường hợp này lượng xi măng nhiều hơn, tốc độ phun chậm hơn, chỉ từ 20-30m/s yêu cầu đối với phương pháp này là cần phải có thiết kế cấp phối, trong đó ổn định lượng nước, cỡ cốt liệu, tỷ lệ N/X, loại xi măng và loại phụ gia

Ở nước ta, biện pháp phun bê tông được áp dụng chủ yếu trong công việc sửa chữa gia cố các kết cấu bê tông mặt đường, hầm, đường sắt bị hư hỏng nặng hiệu quả của phương pháp này là sự dính bám giữa cốt thép và bê tông phun cũng giống như các trường hợp bê tông được thi công theo các cách, thông thường, nó bảo đảm khả năng bảo vệ cốt thép, đảm bảo sự làm việc chung với phần kết cấu cũ Sự truyền nội lực từ phần kết cấu cũ sang lớp bê tông mới phun vào được đảm bảo nhờ sự dính bám trên bề mặt đón

Tuy nhiên, biện pháp này có một số nhược điểm; đó là nếu sử dụng các vật liệu tuyền thống (xi măng thường), thì việc nứt do co ngót là không thể tránh khỏi đối với kết cấu mặt khác quá trình phun dù khô hay ướt đều đòi hỏi thiết bị kỹ thuật lớn và quy trình công nghệ chặt chẽ, hao hụt vật liệu trong quá trình thi công tương đối lớn, tới 30% đối với vật liệu sử dụng và còn gây ảnh hưởng đến môi trường của khu vực thi công Không thể thực hiện trong điều kiện thông xe bình thường

CHƯƠNG II NỀN TẢNG CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐỀ TÀI 2.1.KỸ THUẬT ĐƯỜNG BÊTÔNG XIMĂNG

2.1.1.Thiết kế mặt đường bêtông ximăng

2.1.1.1.Giới thiệu áo đường bêtông ximăng

Áo đường bê tông xi măng là một áo đường cứng có kết cấu một lớp mặt hoặc lớp móng làm bằng bê tông xi măng Vật liệu làm áo đường có độ cứng cao, đặc tính biến dạng và cường độ của nó thực tế không phụ thuộc vào sự biến đổi của nhiệt độ

Áo đường bê tông xi măng được thiết kế dựa theo lý thuyết “tấm trên nền đàn hồi“đồng thời có xét tới sự thay đổi của nhiệt độ và các nhân tố khác gây ra đối với tấm bê tông

Trong áo đường bê tông xi măng tấm bê tông xi măng là kết cấu chịu tải chủ yếu còn các lớp móng và nền chỉ có tác dụng chống đởû

2.1.1.2 Các tài liệu thu thập thiết kế áo đường bê tông xi măng

Khi thiết kế áo đường bê tông xi măng các tài liệu về điều tra khảo sát thu thập bao gồm:

Quy mô giao thông tính toán trong tương lai: dự báo số tăng tưởng xe, thành phần, tính toán ở cuối kỳ khai thác Thời kỳ này được quy định 35 năm đối với áo đường cứng,

• Điều tra, thí nghiệm, quan trắc để xác định các thông số tính toán đối với nền đất (hoặc đối với các kết cấu áo đường cũ) Nội dung và yêu cầu điều tra thí nghiệm theo quy định của tiêu chuẩn kỹ thuật,

• Điều tra về xây dựng dọc tuyến, khả năng cung cấp xi măng có cường độ yêu cầu, điều tra điều kiện khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm), địa chất thủy văn, điều kiện và phương tiện thi công (trộn, rải, đầm, xẻ khe, hoàn thiện),

2.1.1.3.Điều tra về số liệu phục vụ lập luận chứng hiệu quả kinh tế và so sanh chọn

phương án trong giai đoạn lập luận chứng kimh tế-kỹ thuật thiết kế áo đường

Nội dung thiết kế áo đường bêtông ximăng

• Chọn và bố trí hợp lý kích thước tấm, các khe và các liên kết giữa các khe tấm, chọn vật liệu lớp móng, vật liệu chèn khe, vật liệu lớp tạo phẳng và bố trí cắt ngang của kết cấu áo đường, chọn các biện pháp tăng cường cường độ của nền đất dưới lớp móng

• Tính toán kiểm tra cường độ (bề dày ) tấm bê tông và lớp móng dưới tác dụng tải trọng xe cộ và nhiệt độ

Công việc thiết kế cũng gồm hai giai đoạn: luận chứng kinh tế kỹ thuật và thiết kế lập bản vẽ thi công Trong mỗi giai đoạn cần phải phân chia tuyến đường thành các đoạn có các điều kiện khác nhau để thiết kế cho phù hợp

Trong giai đoạn luận chứng kinh tế-kỹ thuật, cho phép dùng các thông số tính toán trong tiêu chuẩn thiết kế để thiết kế và luận chứng hiệu quả kinh tế, so sánh chọn phương án thiết kế (kể cả so sánh với kết cấu áo đường mềm) phải theo phương pháp hướng dẫn ở tiêu chuẩn thiết kế áo đường bê tông xi măng

Trong giai đoạn thiết kế lập bản vẽ thi công phải thử nghiệm ở trong phòng và hiện trường để xác định các thông số tính toán của nền đất, của vật liệu lớp móng theo các phương pháp quy định ở tiêu chuẩn thiết kế và của vật liệu bê tông xi măng (theo các tiêu chuẩn về bê tông xi măng hiện hành)

1.1.1.4 Cấu tạo kết cấu áo đường bêtông ximăng

A) Két cấu mặt đường bêtông ximăng

• Kết cấu mặt đường bê tông xi măng bao gồm các lớp như hình 2.1: lớp mặt 1 (tấm bê tông), lớp tạo phẳng 2, lớp móng 3, nền đất 4

c b

2 1 3

B/2

B m 12

15-20%o 10%o

Hình 2.1: Mặt cắt ngang của áo đường bê tông xi măng

B : Bề rộng phần xe chạy;

b : Giải an toàn hoặc gia cố lề;

C : Bề rộng lề;

Bm : Bề rộng móng

d : Bề rộng thêm của lớp móng so với lớp mặt

Độ dóc ngang của mặt đường bê tông xi măng từ 15-20%o

• Bề rộng lớp móng Bm phải được xác định tùy thuộc vào phương pháp và tổ hợp máy thi công, nhưng trong mọi trường hợp nên rộng hơn mặt mỗi bên từ 0,3-0,5m

• Trong mọi trường hợp, 30cm nền đất trên cùng dưới lớp móng phải được đầm chặt đạt độ chặt K= 0,98 đến 1,0; tiếp dưới 30cm này phải được đầm chặt đạt K= 0,95

và phải đảm bảo mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc hoặc chỉ số CBR yêu cầu Đối với các đoạn nền đường mà tình hình thủy văn, địa chất không tốt thì trước khi xây dựng mặt đường phải sử dụng các biện pháp xử lý đặc biệt (thay đất, thoát nước hoặc gia cố) Các đặc trưng tính toán của nền đất có thể tham khảo ở tiêu chuẩn thiết kế 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 bảo đảm độ

bằng phẳng, ổn định, nâng cao cường độ và khả năng chống nứt của mặt đường, đồng

thời đảm bảo cho ô tô và máy rải bê tông 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 Trên các đoạn đường địa phương hoặc đường nội bộ ít xe

nặng chạy thì có thể làm móng bằng đá dăm, xỉ, cát

Bề dày móng phải xác định theo tính toán để chịu được tải trọng xe máy thi

công, nhưng tối thiểu phải bằng 14cm nếu bằng bê tông nghèo, 15-16cm nếu bằng đất

hoặc đá gia cố và bằng 20cm nếu bằng cát hạt to hay cát hạt trung Các đặc trưng tính

toán của các vật liệu làm móng có thể tham khảo ở tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm

22TCN-211-93

• Lớp tạo phẳng có thể bằng giấy dầu, cát trộn nhựa dày 2-3cm hoặc cát vàng dày

3-5cm Lớp này được cấu tạo để đảm bảo độ phẳng của lớp móng, bảo đảm tấm dịch

chuyển khi nhiệt độ thay đổi

B) Cấu tạo mặt cắt ngang tấm bê tông xi măng làm mặt đường

Mặt cắt ngang của tấm bê tông mặt đường phải có bề dày không đổi (hình 2.2) làm

theo một trong hai kiểu sau:

• Có dùng cốt thép tăng cường mép tấm (hình 2.2a)

Hình 2.2: Cấu tạo mặt cắt ngang tấm bê tông xi măng mặt đường

Trong trường hợp này chiều dày tấm bê tông h1 được tính toán khi tải trọng tác dụng ở

giữa tấm bê tông (trường hợp tải trọng diện tích tiết diện ngang của cốt thép tính theo

quy định)

• Không tăng cường mép tấm bằng cốt thép (hình 2.2b)

Trong trường hợp này chiều dày của h2 của tấm bê tông được tính toán khi tải trọng tác dụng ở cạnh và góc tấm

Phải căn cứ vào việc so sánh kinh tế-kỹ thuật kết hợp với điều kiện thi công và kinh nghiệm thực tế mà chọn hình thức mặt cắt ngang của tấm theo một trong hai trường hợp trên

C) Bề dày tấm bêtông ximăng

Bề dày tấm bê tông xi măng phải xác định theo tính toán, có lưu ý đến kinh nghiệm khai thác đường nhưng không được nhỏ hơn các trị số ở bàng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1: Bề dày tấm làm đường bê tông xi măng [5]

Bề dày tấm BTXM tối thiểu (cm) tùy thuộc lưu lượng xe tính toán (xe/ngày đêm)

chất liên kết vô cơ

- Đá dăm, xỉ, sỏi cuội

Ngoài ra bề dày tấm tối thiểu còn tùy thuộc tải trọng trục thiết kế như sau:

- Trục đơn 9,5 T bề dày tối thiểu là 18cm

- Trục đơn 10 bề dày tối thiểu là 22cm

- Trục đơn 12 T bề dày tối thiểu là 24cm

2.1.2 Thiết kế thành phần bê tông

Thiết kế thành phần bêtông là lựa chọn thành phần vật liệu chế tạo bêtông như: nước, ximăng, cát đá hoặc sỏi, phụ gia cho 1m3 bêtông sao cho đảm bảo các yêu cầu về

kỹ thuật về cường độ, độ dẻo, các yêu cầu khác và giá thành hợp lý Thể tích của bêtông được giả định là hoàn toàn đặc

Lượng nguyên vật liệu tính toán cho 1m3 bêtông được biểu thị bằng tỷ số về khối lượng hay về thể tích trên một đơn vị khối lượng hay một đơn vị thể tích ximăng Nguyên tắc chung của việc thiết kế là nguyên tắc về thể tích tuyệt đối có nghĩa là thiết

kế 1m3 bêtông hoàn toàn đặc có khối lượng thể tích quy định

Những điều kiện cần thiết: Để tính toán thành phần bêtông cần phải biết trước những điều kiện sau Các tính chất, yêu cầu khác của bêtông và hỗn hợp bêtông; đặc tính và nguyên vật liệu sử dụng; đặc tính và điều kiện làm việc của kết cấu

Đặc tính và nguồn vật liệu: Vật liệu chế tạo bêtông cần đảm bảo các yếu tố tiêu chuẩn hiện hành Nguồn vật liệu cố định đảm bảo đủ khối lượng cho dự án, có đường vận chuyển thuận tiện

- Về cường độ bêtông thiết kế chỉ định và cường độ yêu cầu

Cần xác định rõ cường độ bêtông mà thiết kế chỉ định về trị số và về tuổi; thông thường trị số cường độ bêtông chỉ định ký hiệu là Rbj, đó chính là cường độ chịu nén ở tuổi J ngày.Cường độ nén chỉ tính ở ngày 28 ký hiệu là Rb

Để đáp ứng được yêu cầu về cường độ đã chỉ định, bêtông phải được thiết kế sao cho cường độ nén trung bình đo được ngoài thực tế phải lớn hơn cường độ nén thiết kế chỉ định Rb một giá trị đủ để xác suất của những lần thử mẫu là nhỏ nhất (có nghĩa là xác suất để có cường độ thấp hơn Rb là tối thiểu) Theo tiêu chuẩn Việt Nam cho phep thiết kế theo cường độ thiết kế chỉ định là Rb Sự cho phép này chỉ đúng trong trường hợp đã có đầy đủ số liệu về bêtông và công nghệ

Để đảm bảo cường độ bêtông về gía trị tối thiểu mà cường độ trung bình cần

R’b = Rb + 1,3 σ

Hoặc R’b = Rb + 2,33 σ – 3,45 Mpa

Theo ACI : R’b = Rb + 6,9 Mpa, với Rb< 21 Mpa

R’b = Rb + 8,3 Mpa,với Rb< 35 Mpa

R’b = Rb + 9,66 Mpa, với Rb> 35 Mpa

Tổng quát theo tiêu chuẩn EU cho phép lấy:

R’b = 1,15Rb với Rb< 50 Mpa và R’b = 1,2Rb với Rb>50 Mpa

Khi thiết kế theo kinh nghiệm đầy đủ thì R’b = Rb’, còn khi thiết kế trong phòng thí nghiệm (chưa đủ kinh nghiệm) thì sử dụng cường độ trung bình cần thiết R’b

Bước 01: định hướng nước N Dựa vào độ cứng hoặc độ lưu động, yêu cầu lượng

nước nhào trộn được xác định trên bảng tra (bảng3.1) Lượng nước xác định được ứng với cát trung bình (Nyc = 7%) và sỏi

Nếu là cát nhỏ thì lượng nước cần tăng lên 7-10% và nếu độ ẩm của cát tăng lên hoặc giảm đi cứ 1% thì lượng nước tăng lên hay giảm đi theo tính toán tỷ lệ với khối lượng cát trong bêtông

Bước 02: Tính tỷ lệ X/N được tính theo công thức Bolomey-Skramtaev như sau:

- Với bêtông có X/N = 1,4-2,5:

X/N = 0,5+Rb/ARx (2.2)

- Với bêtông có X/N>2,5:

X/N = -0,5+Rb/A1Rx (2.3) Trong đó:

Rb- cường độ thiết kế