Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn thi công mặt đường giao thông

Nghiên cứu tính chất của nguyên vật liệu – thiết kế thành phần hỗn hợp Bê tông đầm lăn và nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thành phần nguyên vật liệu đến tính chất của bê tông đầm lăn dùn

NGUYỄN BẢO THUYÊN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ NGÀNH : 605830

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS.NGUYỄN VĂN CHÁNH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 10 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN BẢO THUYÊN Giới tính : Nam / Nữ 

Ngày, tháng, năm sinh :15/02/1982 Nơi sinh : Quảng Ngãi

Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố MSHV : 00106019

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

a Tổng quan những nghiên cứu của Bê tông đầm lăn trong xây dựng mặt đường ô tô

b Xây dựng cơ sở lí luận khoa học liên quan đến đề tài

c Nghiên cứu tính chất của nguyên vật liệu – thiết kế thành phần hỗn hợp Bê tông đầm lăn

và nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thành phần nguyên vật liệu đến tính chất của bê tông đầm lăn dùng làm đường giao thông

d Tính toán thiết kế xây dựng mặt đường Bê tông đầm lăn

e Công nghệ thi công Bê tông đầm lăn

f Kết luận và kiến nghị

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : / /2008

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01 /07 /2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS.NGUYỄN VĂN CHÁNH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG” được thực hiện từ tháng 15/06/2008

đến tháng 01/7/2009 với mục đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ Bê tông đầm lăn thi công mặt đường giao thông

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh đã giúp đỡ, tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu Đường và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế

và thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp của quý Thầy Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn

Nguyễn Bảo Thuyên

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu………1

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu trong luận văn ……… 2

3 Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn……… 2

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ……… 3

1.1 Đặt vấn đề……… 3

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn……… 5

1.3 Mục đích nghiên cứu………11

1.4 Nội dung nghiên cứu………11

1.5 Phương pháp nghiên cứu……… 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN……… 12

2.1 Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của bê tông………12

2.2 Phân loại xi măng dùng cho bê tông……….15

2.2.1 Xi măng Portland loại I ……… 16

2.2.2 Xi măng loại II………17

2.2.3 Ximăng loại III………17

2.2.4 Ximăng loại IV………18

2.2.5 Ximăng loại V……….18

2.3 Tro bay……… 19

2.3.1 Ảnh hưởng của tro bay đến hỗn hợp bêtông……… 20

2.3.1.1 Lượng nước yêu cầu……… 20

2.3.1.2 Thời gian ninh kết……… 21

2.3.1.3 Nhiệt hydrat hóa………21

2.3.1.4.Tính công tác……….22

2.3.1.5 Tính phân tầng tách nước……… 22

2.3.1.6 Sự dưỡng hộ……… 23

2.3.2 Ảnh hưởng của tro bay đến bêtông rắn chắc……….…….23

2.3.2.1 Cường độ……… 23

2.3.2.2 Độ chống mài mòn, va chạm……….24

2.3.2.3 Co ngót nhiệt……….24

2.3.2.4 Phản ứng cốt liệu kiềm……… 24

2.3.2.5 Chống ăn mòn sulfate………24

2.4 Bê tông đầm lăn………25

2.4.1 Khái niệm bê tông đầm lăn……….25

2.4.2 Tính chất của bê tông đầm lăn………25

2.5 Nguyên vật liệu sử dụng trong bê tông đầm lăn……… 29

2.5.1 Yêu cầu đối với xi măng……… ………29

2.5.2 Yêu cầu đối với phụ gia khoáng……… 29

2.6 Phương pháp nghiên cứu……… 32

2.6.1 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm……… 32

2.6.1.1 Thành phần hỗn hợp bê tông đầm lăn khảo sát……… 32

2.6.1.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm……… 32

2.6.2 Chuẩn bị đúc mẫu thí nghiệm……… 32

2.6.2.1 Độ lưu động ( độ cứng )……….32

2.6.2.2 Đúc mẫu bằng Bê tông đầm lăn……….36

2.6.3 Qui trình thử nghiệm bằng máy tăng tốc thời tiết………39

2.6.3.1 Khái niệm về tăng tốc thời tiết……… 39

2.6.3.2 Giới thiệu về máy tăng tốc thời tiết Q-SUN Xe-1-S……….40

2.6.3.3 Các tiêu chuẩn thử nghiệm tăng tốc thời tiết……….41

2.6.3.4 Các qui trình thử nghiệm tăng tốc thời tiết………42

2.6.3.5 Qui đổi thời gian tương đương tăng tốc thời tiết………… 42

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP RCC VÀ NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN NGUYÊN VẬT LIỆU ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG LÀM ĐƯỜNG Ô TÔ 3.1 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP RCC……… …… 49

3.1.1 Xi măng……… 49

3.1.2 Cốt liệu lớn – đá dăm……… 50

3.1.3 Cốt liệu nhỏ – cát……….52

3.1.4 Phụ gia khoáng – tro bay……….54

3.1.5 Nước……….………… 56

3.1.6 Thiết kế cấp phối bê tông đầm lăn……… 56

3.1.6.1 Thiết kế cấp phối Bê tông đầm lăn M200……….56

3.1.6.2 Thiết kế cấp phối Bê tông đầm lăn M300……….59

3.2 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN NGUYÊN VẬT LIỆU ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN DÙNG LÀM ĐƯỜNG Ô TÔ ……….59

3.2.1 Phương pháp tiến hành thí nghiệm……… 59

3.2.2 Nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông đầm lăn……… 61

3.2.3 Nghiên cứu tính chất cơ lý của bê tông đầm lăn dùng làm đường giao thông……….……… 64

3.2.3.1 Cường độ chịu nén………64

3.2.3.2 Cường độ chịu kéo khi uốn……… 70

3.2.3.3 Nghiên cứu độ bền của RCC………76

3.2.3.4 Mô đun đàn hồi……… 78

3.2.3.5 Biến dạng dài của bê tông đầm lăn dùng làm đường giao thông ……… 80

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ……… 82

4.1 Xác định chiều dày tấm bê tông………85

4.2 Kiểm tra ứng suất mỏi do tải trọng………87

4.3 Kiểm toán xe trục 13T ……… 88

4.4 Kiểm toán với tác dụng của xe bánh xích T60……… 88

4.5 Kiểm toán với trường hợp tấm chịu tác dụng đồng thời của tải trọng và nhiệt độ……… 91

4.6 Kiểm tra chiều dày của lớp móng……… … 92

4.7 Nhận xét, kết luận về kết quả tính toán……… 93

CHƯƠNG 5: CÔNG NGHỆ THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN……….94

5.1 Lựa chọn vật liệu sản xuất bê tông đầm lăn……… ….94

5.1.1 Xi măng……… 94

5.1.2 Pozzolan và xỉ lò cao……… 94

5.1.3 Cốt liệu……… 95

5.1.4 Phụ gia……… 96

5.2 Việc định lượng hỗn hợp trộn……….97

5.3 Quy trình lựa chọn các tỷ lệ của hỗn hợp bê tông đầm lăn (thiết kế cấp phối) ……….……… 97

5.4 Biện pháp và thiết bị thi công………99

5.4.1 Kiểm tra việc sản xuất RCC………99

5.4.2.Trạm trộn sản xuất bê tông đầm lăn……… 100

5.4.3 Hệ thống vận chuyển RCC………101

5.4.4.Quy trình đổ bê tông đầm lăn……….………104

5.4.4.1 Chuẩn bị lớp móng ……… ………104

5.4.4.2 Rải và san……… 105

5.4.4.3 Lu lèn………107

5.4.4.4 Giữ ẩm sau khi lu lèn………107

5.4.4.5 Thi công các khe nối và chổ nối tiếp thi công…… 108

5.4.5 Bảo dưỡng: ………109

5.4.6 Kiểm tra chất lượng và đảm bảo chất lượng trong thi công bê tông đầm lăn: ……….110

5.4.6.1 Tổ chức công tác quản lý thi công……… 110

5.4.6.2 Làm thí nghiệm chuẩn bị……….110

5.4.6.3 Các công việc nhằm nâng cao chất lượng RCC… 111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO………118

LÝ LỊCH KHOA HỌC………120 Phụ lục thí nghiệm

2 Bảng 1.2 Một số công trình đập BTĐL đã được thiết kế và bắt đầu xây

dựng ở nước ta 9

3 Bảng 2.1 - Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng 12

4 Bảng 2.2: Một vài ví dụ sử dụng tro trong bê tông 14

5 Bảng 2.3: Giá trị các thành phần khoáng của các loại xi măng 15

6 Bảng 2.4- Ảnh hưởng của tro bay đến lượng nước yêu cầu của hỗn hợp

7 Bảng 2.5- Ảnh hưởng của tro bay đến thời gian ninh kết của bêtông 21

8 Bảng 2.6 Ảnh hưởng của tro bay đến độ tách nước của hỗn hợp bêtông

(ASTM C232, AASHTO 158) 22

9 Bảng 2.7-Những cấp phối bêtông với nhiều tỷ lệ XM/Tro bay khác

10 Bảng 2.8-Cường độ nén theo thời gian dưỡng hộ trong nước ở 20oC 23

11 Bảng 2.9 Hàm lượng nước, hàm lượng cốt liệu, hàm lượng vữa, Tỷ lệ

bột/vữa, và hàm lượng khí 45

12 Bảng 2.10 Cấp phối cốt liệu thô lý tưởng 46

13 Bảng 2.11 Vùng phạm vi cho phép của cấp phối cốt liệu mịn 47

14 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý Xi măng Holcim PCB40 49

15 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm 51

16 Bảng 3.3 Bảng phân tích thành phần hạt của đá dăm 51

17 Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cơ lý của cát 52

18 Bảng 3.5 Bảng phân tích thành phần hạt của cát 53

19 Bảng 3.6 Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoàng cho Bê tông đầm

20 Bảng 3.7 Thành phần hóa học – cơ lý của tro bay sử dụng 55

21 Bảng 3.8: Các cấp phối RCC dùng nghiên cứu 60

22 Bảng 3.9 Kết quả nghiên cứu trị số độ cứng vebe của Bê tông đầm lăn 62

23 Bảng 3.10 Giá trị cường độ chịu nén của RCC được nghiên cứu 65

24 Bảng 3.11 Giá trị cường độ chịu uốn của RCC dùng nghiên cứu 71

29 Bảng 5.1-Bảng 5.2Cấp phối yêu cầu cốt liệu thô 95

30

Theo bảng 5.3 dưới đây xác định hàm lượng nước, hàm lượng cốt liệu,

hàm lượng vữa, tỷ lệ bột - vữa và hàng lượng khí đối với cốt liệu cỡ

Dmax 19 mm

97

Ru : Cường độ chịu uốn

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

E : Mo dun đàn hồi của Bê tông đầm lăn

Fm : Cường độ chịu kéo uốn của bê tông nền

Echm : Mo dun đàn hồi tương đương trên mặt lớp móng

Mf, Mt : Momen hướng tâm và momen tiếp tuyến

Ne : Số lần tác dụng tích lũy các trục bánh xe tiêu chuẩn trong niên hạn thiết

kế

H : Chiều dày tấm bê tông

R : Bánh kính vệt bánh xe

t

 : Chênh lệch nhiệt độ bề mặt và đáy tấm

Cx ,Cy : Hệ số tính ứng suất nhiệt theo phương ngang và dọc tấm

C : Lực dính tiêu chuẩn của đất nền

3 Hình 2.1 Tro xỉ than dưới kính hiển vi 15

4 Hình 2.2 Bàn rung thí nghiệm độ lèn chặc theo phương pháp A 33

5 Hình 2.3: Máy tăng tốc thời tiết Q-Sun Xe-1-S 40

6 Hình 2.4 Mối quan hệ giữa hàm lượng xi măng với cường độ chịu nén

của Bê tông đầm lăn

46

7 Hình 3.1 Vùng phạm vi cho phép của đường cong cấp phối của cốt liệu

dùng làm Bê tông đầm lăn đường

50

8 Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm 52

9 Hình 3.3 Biểu đồ thành phần hạt cát 53

10 Hình 3.4 Kiểm tra thí nghiệm xác định độ cứng vebe trên bàn rung 61

11 Hình 3.6 Sự ảnh hưởng của % tro bay đến độ cứng của hỗn hợp Bê

15 Hình 3.10 Mối tương quan giữa tỷ lệ N/B đến Rn RCC (với 0% tro bay) 67

16 Hình 3.11 Mối tương quan giữa tỷ lệ N/B đến Rn RCC (với 10% tro

39 Hình 3.34 Sự ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và lượng N/B đến mô

đun đàn hồi của RCC tăng tốc thời tiết

79

40 Hình 3.35: Biến dạng của Bê tông đầm lăn theo thời gian 81

41 Hình 4-1 Sơ đồ kiểm toán tấm bê tông dưới tác dụng của bánh xích và

ảnh hưởng của bánh xe kép

88

42 Hình 4.2 Quang cảnh làm đường bằng Bê tông đầm lăn ở Nhật 92

43 Hình 5.1 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với cường độ kháng nén 28

ngày tuổi, trị số trung bình từ những công trình đã xây dựng, khi RCC

46 Hình 5.4 Rải hỗn hợp bê tông đầm lăn bằng máy rải 103

47 Hình 5.5 Lu lèn bê tông đầm lăn bằng lu rung 104

48 Hình 5.6 Sơ đồ thi công mặt đường bằng công nghệ RCC 104

MỞ ĐẦU:

1 Tính cần thiết của đề tài nghiên cứu :

Bê tông xi măng khối lượng lớn thường xảy ra trường hợp chênh lệch nhiệt

độ trong ngoài bê tông và gây ra hiện tượng sốc nhiệt, gây ra ứng suất cục bộ làm

co nứt bê tông gây khó khăn trong thi công và bảo dưỡng cũng như quá trình sử dụng các công trình dùng bê tông khối lượng lớn Để tránh trường hợp co nứt, gây ứng suất do sốc nghiệt khi thi công người ta thường làm lạnh nước để đẩy nhanh quá trình thủy hóa, giảm chênh lệch nhiệt độ trong bê tông

Mặt đường bê tông xi măng có nhiều ưu điểm như cường độ chịu nén cao, ít chịu ảnh hưởng của nước đến kết cấu áo đường, tuy nhiên giá thành xây dựng kết cấu áo đường bê tông xi măng cao do thời gian thi công kéo dài khi thi công khối lượng lớn Đối với bê tông đầm lăn phụ gia tro bay sẽ giảm nhiệt hydrat hóa, rất thuận lợi thi công bêtông khối lớn, phù hợp phương pháp thi công lu lèn, giúp cho thi công nhanh hơn, rẻ hơn so với dùng công nghệ thi công bê tông truyền thống

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

Nước ta là nước nhiệt đới, mưa nhiều, lượng mưa trung bình hàng năm lên đến trên 2000mm, lại phân bố không đều theo mùa, theo vùng, thường xuyên xảy ra

lũ lụt và làm hư hỏng hàng loạt mặt đường bê tông nhựa Điều đó dẫn đến chi phí bảo dưỡng hàng năm rất tốn kém mà vẫn không đạt hiệu quả cao trong quá trình vận hành khai thác

Xuất phát từ tình hình đó, chính sách về xây dựng đường, cơ sở hạ tầng sân bãi của xã hội đang được đặt lên hàng đầu và cần áp dụng các loại vật liệu phù hợp kết hợp biện pháp thi công thích hợp Để khắc phục điều này nhiều nhà nghiên cứu

đã ứng dụng bê tông đầm lăn dùng làm mặt đường và bước đầu đã mang lại những hiệu quả Tuy nhiên vấn đề này còn cần nghiên cứu và phát triển thêm Cho nên đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn thi công mặt đường giao thông

với việc sử dụng vật liệu địa phương là một vấn đề khá thiết thực và mang tính cần thiết

2.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu trong luận văn :

+ Qua phân tích tình hình nghiên cứu ứng dụng Bê tông đầm lăn (RCC) vào xây dựng mặt đường ô tô có thể kết luận rằng việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật RCC còn mới mẻ, chưa nhiều do đó hướng nghiên cứu của đề tài luận văn là

“Nghiên cứu ứng dụng của RCC để xây dựng mặt đường giao thông” phù hợp với yêu cầu thực tiễn đặt ra

+ Nghiên cứu các đặc tính của RCC, khả năng áp dụng sao cho đảm bảo tính kinh tế, và hiệu quả

+ Tính toán thiết kế và nghiên cứu quy trình thi công mặt đường RCC

3 Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn:

+ Tiến hành làm RCC trong khuôn hình trụ sử dụng bàn rung

+ Xác định độ đậm đặc và tỷ trọng của RCC sử dụng bàn rung theo tiêu chuẩn ASTM-C1170-91

+ Thiết kế cấp phối RCC

+ Xác định cường độ chịu nén của RCC theo tiêu chuẩn ASTM C39/C39-99 + Xác định cường độ chịu bửa của RCC theo tiêu chuẩn ASTM C496

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Đặt vấn đề:

Khái niệm bê tông đầm lăn (Roller-compacted concrete):

Bê tông đầm lăn (RCC) là hỗn hợp bê tông cứng, không có độ sụt, bao gồm hỗn hợp cốt liệu có cỡ hạt liên tục và cát, chất kết dính và nước Do sử dụng lượng nước tương đối ít nên không thể thi công RCC bằng phương pháp giống bê tông thông thường RCC sử dụng cho mặt đường thường được đổ bằng máy rải bê tông astphalt và được lèn chặt bằng lu rung

Bê tông xi măng khối lượng lớn thường xảy ra trường hợp chênh lệch nhiệt

độ trong ngoài bê tông và gây ra hiện tượng sốc nhiệt, gây ra ứng suất cục bộ làm

co nứt bê tông gây khó khăn trong thi công và bảo dưỡng cũng như quá trình sử dụng các công trình dùng bê tông khối lượng lớn Để tránh trường hợp co nứt, gây ứng suất do sốc nghiệt khi thi công người ta thường làm lạnh nước để đẩy nhanh quá trình thủy hóa, giảm chênh lệch nhiệt độ trong bê tông

Mặt đường bê tông xi măng có nhiều ưu điểm như cường độ chịu nén cao, ít chịu ảnh hưởng của nước đến kết cấu áo đường, tuy nhiên giá thành xây dựng kết cấu áo đường bê tông xi măng cao do thời gian thi công kéo dài khi thi công khối lượng lớn Đối với bê tông đầm lăn phụ gia tro bay sẽ giảm nhiệt hydrat hóa, rất thuận lợi thi công bêtông khối lớn, phù hợp phương pháp thi công lu lèn, giúp cho thi công nhanh hơn, rẻ hơn so với dùng công nghệ thi công bê tông truyền thống

 Đặc điểm mặt đường bê tông đầm lăn:

RCC dùng làm mặt đường có thể khắc phục được các nhược điểm chính của mặt đường bê tông làm theo phương pháp thông thường:

+ Có thể sử dụng các thiết bị thi công thông dụng như máy san, máy rải bê tông nhựa, xe lu, máy trộn cấp phối

+ Tốc độ thi công nhanh, thời gian bảo dưỡng ngắn Mặt đường sau khi thi công

có thể cho xe nhẹ lưu thông được ngay

+ Chất lượng RCC xấp xỉ chất lượng bê tông thông thường

+ Do hàm lượng nước thấp, lu lèn bằng lu chấn động, công suất lớn, đạt độ chặt cao nên không cần bố trí nhiều khe co dãn phức tạp như mặt đường bê tông thông thường

Về cơ bản, bê tông đầm lăn là bê tông khô (hỗn hợp của nước, ximăng, chất kết dính, hợp chất hóa học, và vật liệu kết dính nếu cần thiết) yêu cầu năng lượng đầm bên ngoài

Khi RCC được thiết kế hợp lý sẽ nhanh chóng phát triển khả năng chịu lực

cơ học cao và có tính vững bền Trong trường hợp RCC được trộn với hàm lượng xi măng vào khoảng 300kg/m3 và với tỷ lệ nước – xi măng là 0.35 có thể tăng cường độ chịu nén lên đến 40 Mpa và chịu uốn đến 50 Mpa sau 03 ngày bảo dưỡng Khi RCC được đặt trong điều kiện khắt nghiệt, mặt đường RCC có thể chịu được mỏi, chống chịu mài mòn cao cũng như chống lại nhiệt độ cao trên bề mặt đường RCC

Viện nghiên cứu Bê tông của Mỹ (ACI) xác định RCC là “ Bê tông được đầm bằng máy đầm lăn, bê tông ở dạng chưa đông cứng có khả năng hỗ trợ cho máy đầm khi đầm” Các tính chất của RCC đã đông cứng có thể tương tự như bê tông thông thường Tuy nhiên, RCC cũng có thể tạo ra các tính chất đông cứng

mà tính chất này nằm ngoài tính chất bê tông thông thường Thuật ngữ “đầm lăn” cũng được ACI định nghĩa như “một quá trình đầm lăn bê tông sử dụng máy đầm lăn, thường là máy đầm rung”

Có điểm khác biệt với bê tông thông thường của RCC so với bê tông thông thường là do hàm lượng nước trong RCC thấp hơn, khác nhau về hàm lượng lỗ rỗng, cốt liệu nhẹ hơn, và có sự khác nhau về vật liệu Sự thay đổi tính chất của RCC với bê tông thông thường còn ở chổ phương pháp thi công

Đặc điểm quan trọng của RCC là lượng sử dụng xi măng thấp hơn so với bê tông thông thường, cốt liệu được trộn với tro bay (fly ash) hoặc với chất bột dính thông thường Puzzolan, có trộn thêm chất phụ gia kéo dài thời gian ninh kết Hỗn hợp được thi công bằng máy đầm lăn

RCC khi được vận chuyển đến công trường thi công bằng xe tải hoặc xe chở

bê tông thông thường, sau khi được lu lèn thì tuyến đường có thể thông xe được ngay

Hình 1.1 – Sản xuất và sử dụng RCC trong thi công mặt đường

Ưu nhược điểm và ứng dụng của RCC :

Ưu điểm:

+ Lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số thải phẩm công nghiệp,

hạ giá thành vật liệu

+ Có cường độ chịu tải ban đầu cao

+ Phương pháp thi công không quá phức tạp

+ Tốc độ thi công nhanh, rút ngắn thời gian thi công, và giảm tổng chi phí giá thành xây dựng

Nhược điểm

+ Phụ thuộc nhiều vào nguồn cung cấp tro bay thải của nhà máy nhiệt điện + Trong vùng mưa nhiều phải che phủ diện tích lớn trong quá trình thi công , nếu có nước thấm vào bê tông (với độ sụt yêu cầu gần bằng không), cường độ bê tông giảm đi rất nhiều

+ Công nghệ thi công có yêu cầu khắc khe về kỹ thuật

Trên cơ sở ưu, khuyết điểm của bê tông đầm lăn nêu trên, ta nhìn nhận khả năng thực tiễn để áp dụng công nghệ thi công bê tông đầm lăn

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông đầm lăn:

 Trên thế giới:

Bê tông đầm lăn dùng làm đường chính là hỗn hợp bê tông Porland xi măng với độ sụt bằng không Bê tông đầm lăn được thi công rải đổ bằng máy của bê tông nhựa asphalt và được đầm lèn bằng lu rung và bánh hơi Thành phần hỗn hợp cũng như những tính chất cơ bản của Bê tông đầm lăn dùng làm đường cũng giống như với bê tông dùng làm đường thông thường Một số nghiên cứu cho thấy cường độ chịu uốn của Bê tông đầm lăn lấy trực tiếp từ mặt đường đạt cường độ khoảng 45daN/cm2 Kết quả nghiên cứu tại Canada với điều kiện môi trường thông thường với lưu lượng xe tải nặng thì cho thấy Bê tông đầm lăn cho chất lượng tốt trên 10 năm tuổi tương đương với bê tông thông thường dùng làm đường Đồng thời kết quả nghiên cứu cũng cho độ bền của Bê tông đầm lăn cao hơn nhiều so với bê tông nhựa asphalt Hơn nữa có thể sử dụng phương pháp thiết kế dày cho lớp bê tông không cốt thép thông thường để sử dụng cho việc thiết kế Bê tông đầm lăn Chiều dày lớn nhất của lớp đổ Bê tông đầm lăn áp dụng tại Mỹ nằm trong khoảng 10 inchs, nếu chiều dày lớn hơn người ta có thể chia làm nhiều lớp đổ Đối với mặt trên cùng của Bê tông đầm lăn thì chiều dày của lớp mặt càng nhỏ càng tốt, bằng khoảng 1/3 tổng chiều dày đường nhưng không nên nhỏ hơn 4 inchs để bề mặt hoàn thiện được nhẵn

Tại Georgia, Bê tông đầm lăn được đẩy mạnh để xây dựng đường giao thông

có cường độ nén thiết kế là 27Mpa, chiều dày từ 15-20 cm, Dmax=19mm Trong những năm gần đây việc sử dụng RCC làm đường đã được phổ biến ở Canada,

Mỹ

Hình 1.2

Đường cao tốc ở Atlanta sử dụng Bê tông đầm lăn dài 60km, dày 6-8 inch

Ở Nhật Bản, đến năm 1999, tổng diện tích xây dựng theo phương pháp Bê tông đầm lăn đạt khoảng 2.1 triệu m2 (đường khoảng 1.4 triệu m2, và sân bãi khoảng 0.7 triệu m2) Gần đây người ta đã thử nghiệm bằng cách sử dụng Bê tông đầm lăn như nền kết dính với đường compozit Người ta khuyến cáo độ dày cực đại của 1 lớp đổ chiều dày không quá 25cm Nếu độ dày vượt quá 25cm, rất khó đạt được các thông số đầm lèn theo đúng yêu cầu kỹ thuật và như thế rất khó tạo được độ nhẵn mặt đường tốt

Ở Nhật Bản, trong vài trường hợp đã tiến hành thi công hai lớp Bê tông đầm lăn có độ dày 30cm, nhưng kết quả cho thấy rằng độ kết dính giữa lớp trên và lớp dưới không đạt được độ kết dính tốt Và như vậy về nguyên tắc nên thi công một lớp

Bảng 1.1: Thông số cơ bản đã được nghiên cứu trên thế giới của Bê tông đầm lăn sử dụng làm đường giao thông và làm đập

+ Kỹ thuật RCC làm đường được sử dụng ở Pháp từ đầu thập kỷ 70

+ Từ năm 1970 trở đi Hội các kỹ sư quân đội Mỹ đã sử dụng RCC trong xây dựng mặt đường Năm 1997 Cục đường bộ Bang Tennessee đã làm các đường vào cầu bằng Bê tông đầm lăn Sau dự án đầu tiên, hàng chục các dự án khác thuộc nhiều lĩnh vực khác đã được triển khai

+ Ở Canada từ giữa thập kỷ 1970, Bê tông đầm lăn đã được sử dụng làm đường lâm nghiệp và các loại mặt đường bền chắc, kinh tế

+ Từ những năm 80 của thế kỷ trước Trung Quốc đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu, thăm dò và qua thực tiễn xây dựng một cách toàn diện về kỹ thuật xây đập

Bê tông đầm lăn, đã đạt được những thành quả bất ngờ ở lĩnh vực nghiên cứu

khoa học và xây dựng đập bê tông đầm lăn, hình thành một kỹ thuật xây đập bê tông đầm lăn mang đậm phong cách Trung Quốc với đặc điểm “vật liệu kết dính trung bình, tro bay nhiều, liên tục đổ lớp bê tông trên khoảnh đổ” tương đối thành thục Qua nhiều năm thực tiễn cùng với sự phát triển của kỹ thuật xây đập

bê tông đầm lăn giới xây dựng đập đã thống nhất đánh giá công nghệ bê tông đầm lăn của Trung Quốc có tính ưu việt cao

Ở Trung Quốc, từ năm 1985 Bê tông đầm lăn đã sử dụng, đa số là bê tông đầm lăn có lượng dùng vật liệu kết dính từ 140-170 kg/m3, lượng tro bay dùng

có xu thế dần ngày càng tăng lên Ví dụ như năm 1985, nhà máy thủy điện Sa Khê ở tỉnh Phúc Kiến, Bê tông đầm lăn tường chắn cửa dẫn nước, có lượng trộn bột tro bay là 57% Sau đó khi xây dựng tường vây của nhà máy thủy điện Nham-Nan và bê tông đập Thiên Sinh Cầu II ở Tỉnh Quảng Tây, lượng trộn bột tro bay được dùng là 61-70%

+ Hiện tại : Nhiều dự án nghiên cứu đang được tiến hành để nắm vững và sử dụng tốt hơn RCC, và trong tương lai RCC với nhiều ưu điểm là vật liệu hoàn toàn thích ứng để xây dựng cho tương lai trong nhiều phạm vi khác nhau: nông nghiệp, công nghiệp, đô thị Còn một tiềm năng rất lớn mà Hiệp hội xây dựng Canada (ACC) đang nghiên cứu

 Tại Việt Nam:

Tại Việt Nam, đã tiến hành thử nghiệm thi công mặt đường sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại kết hợp cùng với xi măng, như chất kết dính đối với mặt đường Bê tông đầm lăn Kết quả nghiên cứu cho thấy Bê tông đầm lăn có giá thành hạ hơn so với bê tông thông thường, có thể dễ áp dụng các phương tiện thi công có sẵn tại Việt Nam để sản xuất Bê tông đầm lăn

Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén đạt khoảng 30-40 Mpa, cường độ uốn đạt khoảng 45 daN/cm2 Đá dăm có kích thước từ 5-20 cm, tiến hành rải đổ Bê tông đầm lăn chiều dày khoảng 20cm, độ cứng vebe nằm trong khoảng 20-60 giây, tỷ lệ C/CL nằm trong khoảng 40-43%, lượng nước nhào

trộn N/CKD nằm trong khoảng 0.28-0.44 Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng của mặt đường Bê tông đầm lăn là rất lớn

Tuy nhiên công nghệ Bê tông đầm lăn còn nhiều mới mẻ, vào khoảng cuối năm 1995, lần đầu tiên Bê tông đầm lăn được nghiên cứu vào công trình thực tế

ở Việt Nam, đó là công trình thủy lợi Tân Giang (Ninh Thuận)

Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện Các dự án bê tông hoá đường nông thôn cần hàng ngàn km đường cần trải mặt Bên cạnh đó, để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện tăng cao trong giai đoạn 2005-2015, Tổng công ty điện lực Việt nam (EVN) đã lập các

dự án xây dựng mới 32 nhà máy điện trong đó có 20 nhà máy thuỷ điện Từ năm 2003, EVN đã khởi công nhiều công trình thuỷ điện như thủy điện Avương (xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam) công suất lắp máy 170MW khởi công 8/2003, Pleikrông (Kontum) công suất lắp máy 100MW (khởi công 11/22003), Bản Vẽ (Nghệ An) công suất lắp máy 300MW (khởi công 2004), thuỷ điện Sơn

La (Sơn La) với công suất lắp máy 2400MW (khởi công trong năm 2005) Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công lớn hơn nhiều so với trước đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã được đề nghị lựa chọn

Bảng 1.2 Một số công trình đập BTĐL đã được thiết kế và bắt đầu xây dựng ở

nước ta

Tên đập Năm

khởi công

Hồ chứa,

10 6 m 3

V RCC

m 3

H max

m

Tên đập Năm

khởi công

Hồ chứa,

10 6 m 3

V RCC

m 3

H max

m

Pleikrong 2003 1050 450 85 Đồng Nai 4 2004 340 1400 129 Bản Vẽ 2004 1800 1200 135 Sông Tranh 2006 730 - 96 AVương 2003 340 - 80 Định Bình 2005 - 432 80

Sê San 4 2004 265 - 74 Sơn La 2005 9260 3100 138

ĐNai 3 2004 1420 - 108 Bản Chát - 2137 130 + Bê tông đầm lăn được Viện KHCN Xây Dựng nghiên cứu đầu tiên ở nước ta

từ sau năm 2000 Công trình nghiên cứu này có sự hợp tác của công ty TEPCO của Nhật nhằm ứng dụng công nghệ RCC để làm mặt đường giao thông

+ Tại Việt Nam, áp dụng Bê tông đầm lăn hiện nay chủ yếu trong ngành thủy lợi để xây dựng một số đạp trọng lực như A Vương, Định Bình, Tân Giang Việc áp dụng RCC vào xây dựng đường giao thông đã thực hiện một số đoạn trên Quốc lộ 1A Tuy đã có nhiều nghiên cứu về Bê tông đầm lăn nhưng nhìn chung chưa có hệ thống, nhất là trong xây dựng đường Hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm áp dụng hoàn toàn chưa có, kinh nghiệm xây dựng, các yêu cầu chất lượng vật liệu, phương pháp kiểm tra chất lượng còn hạn chế

1.3 Mục đích nghiên cứu:

Hiện nay theo xu thế chung của thế giới, người ta đã đặt ra yêu cầu mặt đường, sân bãi phải có thời gian phục vụ dài và đảm bảo môi trường xung quanh Đồng thời, do ảnh hưởng của nền kinh tế hiện nay của xã hội, như thay đổi cấu trúc công nghiệp, tiến triển của quá trình toàn cầu hóa và sức ép của các vấn đề môi trường, cần phải có những thay đổi áp dụng công nghệ mới trong thi công đường Các loại đường ở nước ta luôn gặp khó khăn khi nhiệt độ thay đổi Mặt đường thường bị dồn đống và biến dạng lớn hoặc vào mùa mưa lũ kết cấu

áo đường bị phá hoại không chịu được tình trạng ngập nước lâu dài

Đồng thời chúng ta cũng có thể áp dụng những vật liệu địa phương sẵn có ở các miền đồng bằng sông Cửu Long, chủ yếu là Cát và Đá Dăm trong việc thi công đường giao thông, biện pháp thi công đơn giản, nhanh chóng

Qua phân tích tình hình nghiên cứu ứng dụng Bê tông đầm lăn vào xây dựng mặt đường ô tô có thể kết luận rằng việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Bê tông đầm lăn còn mới mẻ, chưa nhiều do đó hướng nghiên cứu của đề tài luận văn là

“Nghiên cứu ứng dụng của Bê tông đầm lăn để xây dựng mặt đường giao thông” phù hợp với yêu cầu thực tiễn đặt ra

Cần nghiên cứu các đặc tính của Bê tông đầm lăn, khả năng áp dụng sao cho đảm bảo tính kinh tế, và hiệu quả

Tính toán thiết kế và nghiên cứu quy trình thi công mặt đường Bê tông đầm lăn

1.4 Nội dung nghiên cứu:

Dựa trên ưu điểm của loại bê tông đầm lăn dùng cho đường giao thông, việc nghiên cứu sử dụng Bê tông đầm lăn trong thi công đường giao thông là rất có triển vọng, chúng khắc phục nhược điểm của bê tông nhựa asphalt đồng thời còn có khả năng phân bố đều giảm ứng suất tác dụng lên nền đất yếu

Nghiên cứu RCC xây dựng mặt đường giao thông bao gồm các nội dung như sau:

+ Nghiên cứu lý thuyết về Bê tông đầm lăn:

 Khái niệm Bê tông đầm lăn

 Tính chất của Bê tông đầm lăn

 Khảo sát hàm lượng xi măng và hàm lượng tro bay sử dụng

 Nguyên vật liệu sử dụng trong Bê tông đầm lăn

 Lập quy trình thiết kế mặt đường Bê tông đầm lăn

 Xây dựng phương pháp thi công mặt đường Bê tông đầm lăn

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

+ Tiến hành làm RCC trong khuôn hình trụ sử dụng bàn rung

+ Xác định độ đậm đặc và tỷ trọng của RCC sử dụng bàn rung theo tiêu chuẩn ASTM-C1170-91

+ Thiết kế cấp phối RCC

+ Xác định cường độ chịu nén của RCC theo tiêu chuẩn ASTM C39/C39-99 + Xác định cường độ chịu bửa của RCC theo tiêu chuẩn ASTM C496

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG

CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

2.1 Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của bê tông:

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 395:2007 "Phụ gia khoáng cho bê tông đầm lăn"

được Bộ Xây dựng ban hành theo Quyết định số 23/2007/QĐ-BXD ngày 04 tháng 6

năm 2007

Phụ gia khoáng:

Là vật liệu vô cơ thiên nhiên hoặc nhân tạo pha vào bê tông đầm lăn ở dạng

nghiền mịn để đạt được chỉ tiêu chất lượng yêu cầu và không gây ảnh hưởng xấu

đến tính chất của bê tông đầm lăn Phụ gia khoáng được phân thành 2 loại: Phụ gia

khoáng hoạt tính và phụ gia đầy

Phụ gia khoáng hoạt tính:

Là phụ gia khoáng pha vào bê tông đầm lăn ở dạng nghiền mịn có hoạt tính

Puzơlaníc

Phụ gia đầy:

Là phụ gia khoáng pha vào bê tông đầm lăn ở dạng nghiền mịn, chủ yếu để cải

thiện thành phần cỡ hạt và cấu trúc đá xi măng

Yêu cầu kỹ thuật:

Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng được quy định tại Bảng 2.1

Bảng 2.1 - Các chỉ tiêu chất lượng của phụ gia khoáng

Mức Phụ gia hoạt tính Tên chỉ tiêu

Tự nhiên

Nhân tạo

3 Hàm lượng kiềm có hại của phụ gia, %,

4 Tổng hàm lượng các ô xít

SiO2+Al2O3+Fe2O3, %, không nhỏ hơn 70 70 -

5 Độ ẩm, %, không lớn hơn 3,0 3,0 3,0

6 Hàm lượng mất khi nung, %, không lớn

7 Lượng sót sàng 45m, %, không lớn hơn 34 34 -

8 Lượng sót sàng 80m, %, không lớn hơn - - 15,0

9 Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng,

10 Độ nở trong thùng chưng áp (Autoclave),

Ghi chú:

- Với mẫu phụ gia khoáng nhân tạo cho phép sử dụng lượng mất khi nung đến

12% nhưng phải thí nghiệm để xác định không gây ảnh hưởng đến các tính chất của

bê tông đầm lăn

- Ngoài các chỉ tiêu được qui định tại bảng 2.1, nếu có yêu cầu thì cần phải

kiểm tra thêm: Khả năng ngăn cản phản ứng Kiềm - Silic; Độ bền trong môi trường

sunphát,…của phụ gia khoáng

Trên thế giới, các công nghệ chế biến tro bay nhà máy nhiệt điện thành tro bay

sử dụng làm phụ gia bê tông bao gồm:

 Công nghệ tuyển nổi:

Nguyên lý của công nghệ tuyển nổi tro bay là dùng chất tạo váng có chuỗi

cácbon cao hơn ốctan (thường dùng dầu hoả) để bao bọc lấy các hạt cácbon làm các

hạt này trở nên kỵ nước (không thấm nước) Khi được khuấy trộn mạnh trong một

bể nước sục không khí, các hạt cácbon kỵ nước bám vào các bọt khí tạo ra, nhờ đó

nổi lên trên bề mặt bể thành một lớp váng Váng được vớt đi, còn tro ít cácbon được

tách ra khỏi nước thành sản phẩm

 Công nghệ tách tĩnh điện:

Công nghệ tách tĩnh điện sử dụng sự khác biệt về đặc điểm điện học giữa tro

bay nghèo cácbon và tro bay giàu cácbon Trong máy tách, tro nguyên liệu được

cấp vào khe hẹp giữa hai bản cực phẳng đặt song song Các hạt tro bị nhiễm điện do

sự cọ sát mạnh giữa chúng với nhau, các hạt giàu cácbon nhiễm điện “dương”, các

hạt nghèo cácbon nhiễm điện “âm” Dưới điện trường mạnh giữa hai bản cực, các

hạt tro đã bị nhiễm điện bị hút về các bản cực trái dấu Các hạt tro sau đó được một

băng tải chuyển động liên tục “quét” về hai đầu đối diện của máy tách Chuyển động ngược chiều của các hạt tro và sự nhiễm điện liên tục do ma sát giữa hạt tro giàu cácbon và hạt tro nghèo cácbon tạo ra sự phân ly nhiều cấp dẫn đến hiệu quả tách cao

 Công nghệ phân ly bằng ly tâm:

Dòng hỗn hợp khí hạt tro bay được đưa vào thiết bị tách ly tâm hình trụ theo chiều tiếp tuyến sẽ chuyển động xoắn ốc từ trên xuống dưới Hạt chuyển động xoắn

ốc sẽ chịu lực ly tâm văng đến vách thiết bị, bị mất tốc độ do ma sát và rơi xuống phễu gôm đặt phía dưới thiết bị ly tâm Tro nguyên liệu được vận chuyển bằng không khí đến thiết bị ly tâm Tại đây, những hạt tro thô (nhiều cácbon) tách ra rơi xuống silô thứ phẩm Hỗn hợp tro - không khí còn lại tiếp tục đi tới xyclon ở đây, tro mịn (ít cácbon) được tách ra và rơi xuống sillo sản phẩm

 Công nghệ đốt cácbon:

Bản chất của công nghệ đốt cácbon là giảm hàm lượng cácbon chưa cháy hết trong tro bay bằng cách đốt tro Quá trình cháy có thể tự duy trì khi hàm lượng cácbon không cháy hết trong tro bay đủ lớn hoặc được hỗ trợ bởi nhiên liệu phụ trợ khi hàm lượng cácbon không cháy hết trong tro bay quá nhỏ

Bê tông đầm lăn được sử dụng trong việc xây dựng mặt đường Loại bê tông này thô ráp, ít nước và sử dụng cốt liệu to cùng với tro bay để giảm nhiệt hydrat hóa của xi măng Lượng tro sử dụng là xấp xỉ 50kg/m3

Tổng công ty điện lực Việt Nam đang đầu tư dây chuyền xử lý tro của nhà máy Phả Lại 2 với kinh phí đầu tư lên đến 8 triệu Đô la Mỹ Cần một lượng tro 20.000 tấn/tháng để phục vụ việc xây dựng thủy điện Sơn La bằng công nghệ bê tông đầm lăn Với tổng thể tích bê tông cho đập chính là 5 triệu mét khối cần 270.000 tấn tro bay Bảng 2.2 giới thiệu các cấp phối bê tông có sử dụng tro bay với hàm lượng lên đến 180kg trên một mét khối bê tông

Bảng 2.2: Một vài ví dụ sử dụng tro trong bê tông

W(kg) C(kg) Tro(kg) S(kg) G(kg) SP(%C)

Bê tông tự lèn 163 418 180 712 783 1.4

Bê tông đầm lăn 95 217 54 923 1242 2.7

Bê tông khối lớn 180 280 120 800 1200 2.7

Bê tông thường 200 400 0 787 1100 3.9

Ghi chú: Trong bảng trên, W, C, S, G, SP thay thế cho hàm lượng của nước, xi măng, cốt liệu mịn, cốt liệu thô và phụ gia dẽo trên một mét khối bê tông

Ngoài ra, với các bê tông khối lớn, để tránh nứt nẻ và tăng cường độ, người ta thường thay thế từ 15% đến 30% xi măng trong cấp phối bằng tro bay

(a) Tro thô đáy lò (b) Tro bay

Hình 2.1 Tro xỉ than dưới kính hiển vi

2.2 Phân loại xi măng dùng cho bê tông:

Về nguyên tắc các loại xi măng đều được sử dụng trong bê tông, nhưng ứng dụng với mỗi loại bê tông ta nên chọn những loại xi măng thích hợp để đạt được những yêu cầu tối ưu cho loại bê tông đó

“Xi măng Portland loại II thường được sử dụng với RCC vì các tính chất sinh nhiệt thấp ở giai đoạn đầu và thời gian ninh kết của bê tông lâu hơn Việc sử dụng

xi măng Portland loại III là không thể thực hiện hầu hết các công trình RCC vì nó làm ngắn thời gian để lu lèn và tăng mức phát nhiệt ở các giai đoạn đầu.”

Bảng 2.3: Giá trị các thành phần khoáng của các loại xi măng

Thành phần khoáng của các loại xi măng (%) Loại xi

măng C3S C2S C3A C4AF CASO4 CaOtự do MgO MKN

Loại IV (35max) 30 (40min)46 (7max) 5 13 2,9 0,3 2,7 1

Những con số trong ngoặc có giá trị max hay min được quy định bải ASTM C150-84

2.2.1 Xi măng Portland loại I :

Là loại xi măng gốc (Ordinary Portland cement) Đây là loại xi măng thường được sử dụng phổ biến trong thi công bê tông khi không có mặt của sulphat trong đất hay trong nước ngầm Trong BS 12:1987, hệ số bão hòa vôi được giới hạn trong khoảng 0.66 đến 1.02

Hệ số này được xác định:

3

1.0( ) 0.7( )2.8( i ) 1.2( i ) 0.65( e )

Yêu cầu hơn nữa của tiêu chuẩn là làm theo như sau:

BS 12:1978 ASTM C150-84 Hàm lượng Mg <4% <6%

Lượng không hòa tan <1,5% <0,75%

Mất khi nung <3% <3%

Hàm lượng thạch cao Khi hàm lượng CA3 là:

có cường độ 28 ngày cao hơn so với trước, nhưng sự phát triển cường độ lúc sau lại nhỏ hơn Đây là điểm quan trọng để nhớ khi xây dựng những tiêu chuẩn kỹ thuật thường có liên quan đến cường độ 28 ngày của bê tông

Ngoài ra, sử dụng xi măng có cường độ phát triển sớm cao được quy định cường độ 28 ngày của bê tông, nó có thể được sử dụng để pha trộn với hỗn hợp với

tỷ lệ N/X cao Một vài hỗn hợp trộn này không đủ bền

2.2.2 Xi măng loại II:

Là loại xi măng Portland cải tiến (Modified cement) Trong 1 vài ứng dụng cường độ phát triển sớm thấp có thể không có lợi, và chính nguyên nhân này ximăng loại II được phát triển ở US Xi măng này có tốc độ phát nhiệt cao hơn loại

xi măng loại IV, và tốc độ phát triển cường độ đạt được tương tự như ximăng loại I Ximăng loại II được giới thiệu trong các kết cấu, nơi mà có thể xảy ra phát nhiệt ở mức độ vừa phải là được mong muốn hoặc nơi mà sự tấn công của sunphat là thấp

2.2.3 Ximăng loại III:

Là loại ximăng Portland rắn nhanh (Rapid hardening Portland cement)

Ximăng này tương tự như ximăng loại 1 và bao gồm nhưng tiêu chuẩn tương

tự Tên loại ximăng này ngụ ý rằng đây là loại ximăng có cường độ phát triển nhanh bởi vì hàm lượng C3S cao (trên 70%) và độ mịn cao) ít nhất 325m3/kg) Ngày nay

độ mịn có thể làm chỉ số phân biệt ximăng Portland gốc và ximăng rắn nhanh và nói chung ít có sự khác nhau trong thành phần hóa học

Nguyên nhân chính để sử dụng ximăng loại III là khi ván khuôn cần được tháo

dỡ sớm để sử dụng lại hoặc ở những nơi mà công trình đòi hỏi đạt cường độ nhanh chóng Ximăng Portland rắn nhanh không được sử dụng trong kết cấu bêtông toàn khối hoặc kết cấu có tiết diện rộng, bởi vì tốc độ phát triển nhiệt cao Trong một vài trường hợp khác, kết cấu ở nhiệt độ thấp, sử dụng ximăng này có thể đưa ra được sự bảo vệ thích hợp cho sự hư hại về quá trình đóng rắn nhanh Thời gian đông kết của ximăng loại I và ximăng loại II là như nhau

2.2.4 Ximăng loại IV:

Là ximăng tỏa nhiệt thấp (Low-heat Portland cement)

Được phát triển ở US, sử dụng trong đập trọng lực, ximăng này có nhiệt hydrat hóa thấp, tiêu chuẩn ASTM C150-84 và BS 1370:1979 giới hạn nhiệt hydrat hóa đến 250J/g(60cal/g) ở 7 ngày tuổi và 290J/g(70cal/g) ở 28 ngày tuổi

Theo BS 1370:1979 giới hạn của hệ số bảo hòa vôi là 0.66-1.08 và bởi vì hàm lượng C3S và C3A thấp, có sự phát triển cường độ chậm hơn so với xi măng portland gốc, nhưng cường độ sau cùng là không bị ảnh hưởng, độ mịn phải không được ít hơn 320 m2/kg để đảm bảo được khả năng phát triển cường độ

2.2.5 Ximăng loại V:

Đây là loại ximăng bền sunphát (sulphat resisting cement)

Đây là loại ximăng có hàm lượng C3A thấp vì để tránh sự xâm thực sulphát từ bên ngoài bê tông,ngoài ra tạo sự hình thành CSH và thạch cao là nguyên nhân gây nên sự nứt nẻ bêtông bởi vì tạo nên hợp chất gây trương nở thể tích Các loại muối hoạt động đặc biệt như MgSO4, NaSO4 và sự xâm thực sulphát sẽ được gia tăng cao nếu được bổ sung điều kiện ẩm và khô xen kẻ nhau như những công trình gần biển

bị tác động thủy triều hoặc va đập của sóng

Để đạt được tính bền sulphát, hàm lượng C3A trong ximăng bền sulphát được giới hạn đến 3.5% (BS: 4027:1980) với độ mịn nhỏ nhất là 250m2/kg, ngoài ra ximăng này phải phù hợp với quy trình kỹ thuật của ximăng Portland gốc Theo tiêu chuẩn Mỹ, khi giới hạn sự giản nở sulphát không được quy định, hàm lượng C3A được giới hạn đến 5%(ASTM C150-84), và tổng hai lần hàm lượng C4AF thêm vào hàm lượng C3A lớn nhất là 8% hoặc ít hơn

Trong tiêu chuẩn Mỹ, có tồn tại hàm lượng ximăng với tính bền sulphát ở mức vừa phải Có nhiều loại ximăng được tạo ra bởi ximăng portland hỗn hợp với xỉ hoặc puzzoland Chúng có hàm lượng C3A được giới hạn 8% và được bao gồm bởi ASTM C595-83a

Sự chuẩn bị để làm ximăng bền sulphát có kiềm thấp trong BS 4027:1980 Tốc độ phát triển nhiệt của ximăng bền sulphát là không cao hơn ximăng tỏa nhiệt thấp, tuy có vài thuận lợi, nhưng giá cao vì những thành phần riêng biệt của vật liệu thô

2.3 Tro bay:

Tro bay bao gồm những khoáng khó chảy nhất trong các thành phần của than (than Anthracite) Khi than được đốt trong buồng đốt của nhà máy nhiệt điện sẽ để lại những phần tử nóng chảy giàu silicat, calcium và alumium Sau đó các phần tử

đó cô đặc lại thành những hạt cầu rất nhỏ và được thu lại từ khí thải của buồng đốt trước khi nó bay mất Quá trình thu hồi tro bay cũng như thu hồi bụi trong công đoạn nghiền ximăng, tro bay được thu hồi có độ mịn rất cao

Hầu như tất cả các hạt tro bay có dạng hình cầu đặc, một ít là dạng hình cầu rỗng và cũng có dạng hình cầu lớn bao bọc hình cầu nhỏ Tro bay có kính thước 1-

100m và thường là nhỏ hơn 20m Chỉ có 10 - 30% hạt có kích thước lớn hơn

45m

Tỷ diện tích bề mặt điển hình là 300-500 m2/Kg, tức là còn mịn hơn ximăng Khối lượng thể tích bao gồm cả không khí giữa các hạt tro bay (không lèn chặt) từ 540-860 Kg/m3 Khối lượng thể tích có lèn chặt từ 1120-1500 Kg/m3 Khối lượng riêng thay đổi trong khoảng 1.9-2.8T/m3

Thành phần của tro bay chủ yếu ở dạng vô định hình : SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, và một số thành phần phụ như SO3, R2O, MgO, than chưa cháy

Theo tiêu chuẩn ASTM 618, tro bay loại F(low time fly ash) và loại C (high time fly ash) được sử dụng rộng rãi như là phụ gia tro bay cho nhiều mục đích xây dựng khác nhau Tro bay loại F có hàm lượng calcium thấp (CaO < 10%) với lượng than chưa cháy thấp hơn 5% Tro bay loại C thường có hàm lượng Cao cao (10-30% CaO) với than chưa cháy chiếm ít hơn 2% Nhiều tro loại C tiếp xúc với nước sẽ hydrat và rắn chắc trong thời gian sớm hơn 45 phút Cũng giống như các loại pozzulan khác, ưu điểm chính của tro bay là không làm giảm lượng khoáng không bền Ca(OH)2 mà chuyển nó thành thành phần khoáng bền và có cường độ cao nhất trong bêtông Tro bay còn có thể cải thiện tính công tác, bền trong môi trường xâm thực của bêtông và cả vấn đề môi trường Nói chung tính chất của tro bay tùy thuộc vào thành phần hóa lý, cỡ hạt, đặc tính bề mặt hạt

2.3.1 Ảnh hưởng của tro bay đến hỗn hợp bêtông:

2.3.1.1 Lượng nước yêu cầu:

Hỗn hợp bêtông có chứa tro bay nói chung yêu cầu hàm lượng nước tối thiểu (ít nhất khoảng 1%-10% liều lượng thông thường ) để đưa đến độ sụt nhiều hơn bêtông chỉ chứa ximăng Portland Liều lượng lớn có thể đưa đến giảm lượng nước lớn Tuy nhiên một vài loại tro bay có thể gia tăng lượng nước yêu cầu đến 5% (Gebler and Klieger 1986) Tro bay làm giảm lượng nước yêu cầu theo cách tương

tự như chất lỏng hóa học khử nước Dùng 12 loại tro bay khác nhau, Whiting đã thực nghiệm sự thay đổi lượng nước yêu cầu của hỗn hợp tro bay với hàn lượng tro bay thay thế ximăng là 25%

Bảng 2.4- Ảnh hưởng của tro bay đến lượng nước yêu cầu của hỗn hợp bêtông

Loại Tro bay

Hàm lượng tro bay

so với tổng khối lượng chất kết dính

(%)

Sự thay đổi lượng nước yêu cầu hỗn hợp bêtông đối chứng

2.3.1.2 Thời gian ninh kết:

Thời gian ninh kết hầu hết hỗn hợp tro bay tăng so với không có tro bay

Gebler và Klieger đã dùng những cấp phối bêtông mà hàm lượng chất kết dính là

307Kg/m3, trong đó tro bay chiếm 25% khối lượng và tỉ lệ nước trên chất kết dính

từ 0.4 đến 0.45 để xét ảnh hưởng của tro bay đến thời gian ninh kết của bêtông Bảng 2.5- Ảnh hưởng của tro bay đến thời gian ninh kết của bêtông

Thời gian ninh kết Loại Tro

2.3.1.3 Nhiệt hydrat hóa:

Hầu hết các loại tro bay, trong đó có các loại tro bay có nhiệt hydrat hóa nhỏ hơn Ximăng Portland do đó ximăng sử dụng chất kết dính có tro bay sẽ có nhiệt hydrat hóa hơn so với bêtông sử dụng Ximăng Portland Sự giảm nhiệt hydrat hóa rất có ích cho thi công bêtông khối lớn

Tổng lượng nhiệt hydrat hóa mà ximăng hỗn hợp (clinke + thạch cao + tro bay) trong hai ngày tuổi luôn thấp hơn Ximăng Portland (clinke + thạch cao) nhưng tổng lượng nhiệt hydrat hóa trong thời gian dài của ximăng hỗn hợp cao hơn Ximăng Portland

2.3.1.4.Tính công tác:

Thường thì tro bay tự nhiên ít nhiều làm giảm khả năng thi công của vữa nhưng tro bay với hàm lượng cacbon thấp thì cải thiện tính công tác của bêtông Tro bay giúp tăng độ linh động của hỗn hợp bêtông, dễ dàng thi công, đổ khuôn

2.3.1.5 Tính phân tầng tách nước:

Bêtông có tro bay giúp khả năng chống phân tầng tách nước Sự giảm khả năng tách nước căn bản là do sự giảm nước dùng tron hỗn hợp bêtông tro bay Theo

Gebler và Klieger (1986), có sự tương quan giữa việc giảm nước trong vữa tro bay

so với giảm khả năng tách nước

Bảng 2.6 Ảnh hưởng của tro bay đến độ tách nước của hỗn hợp bêtông

(ASTM C232, AASHTO 158)

Hỗn hợp bêtông có fly ash Lượng nước

tách

Kí hiệu hỗn hợp Loại tro bay % ml/cm2

2.3.1.6 Sự dưỡng hộ:

Bêtông có hoặc không có mặt tro bay đều phát triển cường độ nhanh trong môi trường có độ ẩm cao Phản ứng giữa hút vôi của tro bay xảy ra nhanh và hiệu suất cao trong môi trường bão hòa nước Do đó dưỡng hộ ẩm bêtông tro bay sẽ làm cường độ bê tông phát triển nhanh hơn dưỡng hộ không khí

2.3.2 Ảnh hưởng của tro bay đến bêtông rắn chắc:

2.3.2.1 Cường độ:

Sự phát triển cường độ của bêtông có tro bay tương tự nhưng không giống hoàn toàn như khi quan sát đối với vữa và hồ ximăng có tro bay Như một quy luật, tro bay làm giảm cường độ trong thời gain đầu và tăng dần cường độ ở tuổi muộn Tùy thuộc vào tính chất và hàm lượng tro bay thay thế ximăng mà cường độ được cải thiện ngắn hay dài 15% tro bay thay thế ximăng Portland có thể bắt đầu cải thiện cường độ của bêtông ở 3 ngày tuổi và vẫn tiếp tục tăng cường độ ở 91 ngày Tốc độ tăng cường độ của bêtông ximăng tro bay cao ở tuổi muộn Hàm lượng tro bay càng nhiều thì tốc độ phát triển cường độ càng cao

Bảng 2.7-Những cấp phối bêtông với nhiều tỷ lệ XM/Tro bay khác nhau

STT Nước Ximăng Tro bay Cát Đá dăm

Bảng 2.8-Cường độ nén theo thời gian dưỡng hộ trong nước ở 20oC

Cường độ chịu nén (Mpa) STT

2 tuần 4 tuần 16 tuần 181 tuần 362 tuần R326/R4

2.3.2.4 Phản ứng cốt liệu kiềm:

Phản ứng kiềm – Oxit silic có thể kiểm soát bới việc dùng tro bay, Tro bay loại F làm giảm mức độ phản ứng tới 70% hay là nhiều hơn trong một số trường hợp

2.4 Bê tông đầm lăn

2.4.1 Khái niệm bê tông đầm lăn:

Công nghệ bê tông đầm lăn (RCC) là loại công nghệ sử dụng bê tông không

có độ sụt, được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn, không cốt thép và hình dáng không phức tạp như lõi đập, mặt đường Việc sử dụng hỗn hợp bê tông khô hơn (không có độ sụt) và đầm lèn bê tông bằng lu rung giúp cho thi công nhanh hơn, rẻ hơn so với dùng công nghệ thi công bê tông truyền thống

Bê tông đầm lăn (RCC) là hỗn hợp bê tông cứng, không có độ sụt, bao gồm hỗn hợp cốt liệu có cỡ hạt liên tục và cát, chất kết dính và nước Do sử dụng lượng nước tương đối ít nên không thể thi công RCC bằng phương pháp giống bê tông thông thường RCC sử dụng cho mặt đường giao thông thường được đổ bằng máy rải đổ bê tông astphalt và được lèn chặt bằng máy đầm lăn kiểu rung

2.4.2 Tính chất của bê tông đầm lăn:

Công nghệ RCC nếu áp dụng cho xây dựng mặt đường so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm sau:

- Lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số phế thải hoặc sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp khác giúp hạ giá thành vật liệu;

- Ðạt cường độ cao ở thời gian đầu, sớm cho phép lưu thông đường;

- Phương pháp thi công không phức tạp, tương tự như thi công bê tông asphalt;

- Tốc độ thi công nhanh giúp rút ngắn thời gian thi công và giảm tổng chi phí

Các tính chất của RCC đã đông cứng thì cũng tương tự như của bê tông thông thường, chỉ khác nhau cơ bản là RCC có lượng dùng nước thấp hơn, hàm lượng chất kết dính thấp hơn, khác nhau về hàm lượng lỗ rỗng, và có sử dụng thêm bột khoáng

Các tính chất của RCC bao gồm cường độ, tính đàn hồi, sự biến đổi thể tích, tính thấm, khối lượng thể tích và tính bền vững

+ Cường độ: Cường độ của RCC được xác định bằng phương pháp tương tự

như bê tông thông thường, chỉ khác nhau về phương pháp gia cố thử mẫu