NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG CPĐD.GCXM TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Học viên: Nguyễn Thanh Sang Chuyên ngành:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN THANH SANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Đà Nẵng - Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN THANH SANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS HUỲNH PHƯƠNG NAM

2 GVC ThS NGUYỄN BIÊN CƯƠNG

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi được thực hiện dưới

sự hướng dẫn trực tiếp của TS Huỳnh Phương Nam và GVC.Ths Nguyễn Biên Cương

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 3

Mở đầu 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG 5

1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH, PHÁT TRIỂN LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG … 5

1.1.1 Quá trình phát triển và ứng dụng CPDD GCXM trên thế giới 5

1.1.2 Tình hình sử dụng CPDD.GCXM tại Việt Nam 10

1.2 TIÊU CHUẨN THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU VẬT LIỆU CPDD.GCXM LÀM LỚP MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO……… 16

1.3 THỜI GIAN THI CÔNG CHO PHÉP CỦA LỚP VẬT LIỆU CPDD.GCXM TRONG CÁC TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH 16

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 16

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG, BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG 17

2.1 QUÁ TRÌNH THỦY HÓA CỦA XI MĂNG 17

2.1.1 Phản ứng thuỷ hoá: 17

2.1.2.Tính chất và sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng 18

2.1.3 Giải thích quá trình rắn chắc của xi măng 19

2.2 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG 20

2.2.1 Thời gian đông kết của xi măng: 20

2.2.2 Thời gian bắt đầu đông kết: 20

2.2.3 Thời gian kết thúc đông kết: 20

2.2.4 Cách xác định thời gian đông kết 20

2.2.5 Ý nghĩa xác định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của xi măng 21

2.3 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG ……….21

2.3.1 Khái niệm thời gian đông kết của bê tông: 21

2.3.2 Thời gian bắt đầu đông kết của hỗn hợp bê tông: 22

2.3.3 Thời gian kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông: 22

2.3.4 Cách xác định thời gian đông kết của bê tông: 23

2.4 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA CPĐD.GCXM 23

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 24

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN THI CÔNG HỢP LÝ CỦA VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG 25

3.1 THÍ NGHIỆM CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU 25

3.1.1 Xi măng: 25

3.1.1.1 Nguồn xi măng: 25

3.1.1.2 Chỉ tiêu cơ lý của xi măng: 25

3.1.2 Cấp phối đá dăm 28

3.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP CPĐD.GCXM(4%) VÀ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 32

3.2.1 Phân tích thành phần hạt cấp phối đá dăm và thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất cho hỗn hợp CPĐD GCXM(4%) 32

3.2.1.1 Xác định thành phần hạt và vẽ đường cong cấp phối 32

3.2.1.2 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất 34

3 CHẾ TẠO VÀ BẢO DƯỠNG MẪU CPĐD.GCXM (4%) 37

3.4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN (Rn) VÀ CƯỜNG

ĐỘ ÉP CHẺ (Rec) CỦA HỖN HỢP CPĐD.GCXM (4%) 38

3.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén (Rn) 38

3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ (Rec) 43

3.5 Kết luận: 48

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 49

1 KẾT LUẬN 49

2 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

P : Tải trọng khi phá hoại mẫu

F : Tiết diện ngang trung bình của mẫu

D : Đường kính mẫu

h : Chiều cao mẫu

W : Độ ẩm của mẫu đất ở trạng thái khô

W0 : Độ ẩm của đất lúc lấy mẫu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 25

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu yêu cầu của cấp phối đá dăm 29

Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn chảy của CPĐD (WL) 31

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn dẻo của CPĐD (WD) 32

Bảng 3.5 Yêu cầu về thành phần hạt của CPĐD.GCXM [1] 32

Bảng 3.6: tổng hợp thành phần hạt của CPĐD Dmax=31,5 33

Bảng 3.7: Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ẩm của mẫu CPĐD.GCXM (4%) 35

Bảng 3.8: Thí nghiệm xác định độ ẩm tối ưu (W) của mẫu CPĐD.GCXM (4%) 35

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn 36

Bảng 3.10 Thời gian trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu CPĐD.GCXM (4%) 37 Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (Rn) ở các ngày tuổi khác nhau 39

Bảng 3.12 Kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ (Rec) 44

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Pháp 6

Hình 1.2 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Mỹ 6

Hình 1.3 Xây dựng đường ô tô băng BTĐL ở thành phố Atlanta (Hoa Kỳ), 2004 8

Hình 1.4 Thi công mặt đường BTĐL được rải bằng máy rải thông thường 9

Hình 1.5 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi 11

Hình 1.6 Đường Lê Văn Hiến 17

Hình 1.7 Đường Lê Trọng Tấn 12

Hình 1.8: Đường 2-9 12

Hình 1.9 CPĐD.GCXM được sử dụng dự án cải tạo đường 2-9, Đà Nẵng 13

Hình 1.10 Đường 2-9, TP Đà Nẵng sau khi đã được cải tạo 13

Hình 1.11 Hư hỏng đường trên Quốc lộ 1 14

Hình 1.12 Thi công CPĐD.GCXM trên Quốc lộ 1 mở rộng 15

Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo của dụng cụ thử xuyên 22

Hình 2.2 Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông 23

Hình 3.1 Xi măng Sông Gianh 25

Hình 3.2 Thí nghiệm khối lượng riêng của xi măng 26

Hình 3.3 Hình ảnh thí nghiệm thời gian ngưng kết và kết thúc ngưng kết 27

Hình 3.4 Uốn và nén mẫu vữa xi măng 27

Hình 3.5 Tập kết cấp phối đá dăm (mỏ đá Hố Chuồng) về phòng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng 28

Hình 3.6 Cấp phối đá dăm (mỏ đá Hố Chuồng) 28

Hình 3.7 Thí nghiệm độ hao mòn Los-Angeles 30

Hình 3.8 Thí nghiệm lượng hạt thoi dẹt của cấp phối đá dăm 30

Hình 3.9 Bộ dụng cụ thí nghiệm xác định WL và WD 31

Hình 3.10 Đường cong cấp phối của cấp phối đá dăm (Dmax = 31,5mm) 33

Hình 3.11 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn của CPĐD.GCXM (4%) 34

Hình 3.12 Đường cong đầm nén tiêu chuẩn CPĐD.GCXM(4%) 36 Hình 3.13 Đầm nén tạo mẫu và chuẩn bị bảo dưỡng ngâm mẫu

CPĐD.GCXM(4%) 38 Hình 3.14 Thí nghiệm nén mẫu để xác định cường độ chịu nén 38 Hình 3.15 Biểu đồ tương quan giữa cường độ chịu nén với 39 Hình 3.16 Biểu đồ tương quan giữa cường độ chịu nén ở tuổi 07 ngày với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu 40 Hình 3.17 Biểu đồ tương quan giữa cường độ chịu nén ở tuổi 14 ngày với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu 41 Hình 3.18 Biểu đồ tương quan giữa cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày 41 Hình 3.19 Biểu đồ tương quan giữa cường độ chịu nén và thời gian nén mẫu ở các ngày tuổi khác nhau 42 Hình 3.20 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ (Rec) 43 Hình 3.21 Tương quan giữa cường độ ép chẻ với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu 44 Hình 3.22 Tương quan giữa cường độ ép chẻ ở tuổi 07 ngày với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu 45 Hình 3.23 Tương quan giữa cường độ ép chẻ ở tuổi 14 ngày với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu 46 Hình 3.24 Tương quan giữa cường độ ép chẻ ở tuổi 28 ngày với tổng thời gian trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu 46 Hình 3.25 Biểu đồ xác định cường độ ép chẻ theo thời gian nén mẫu ở các ngày tuổi khác nhau 47

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG (CPĐD.GCXM)

TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Học viên: Nguyễn Thanh Sang Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông

Mã số: 60.58.02.05 Khóa: 2016– 2018, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu, đánh giá thời gian thi công hợp lý của

lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPĐD.GCXM) trên cơ sở tiến hành thực nghiệm đối với vật liệu cấp phối đá dăm tại mỏ đá Hố Chuồng – TP Đà Nẵng được gia cố 4% xi măng để xác định cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ của các tổ mẫu CPĐD.GCXM được khảo sát ở các mốc thời gian thi công khác nhau là 90 phút, 120 phút,

150 phút, 180 phút và 210 phút (tiêu chuẩn TCVN 8858:2011 quy định thời gian thi công tối đa là 100 phút) Kết quả thí nghiệm cho thấy: cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ tăng dần từ 90 đến 120 phút (thời gian trộn + ủ mẫu + đầm nén) và giảm dần đến 210 phút; mặt khác cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ ở mốc thời gian từ 120 phút đến 210 phút

là đạt yêu cầu so với TCVN 8858:2011 Như vậy, có thể khẳng định rằng đối với khoảng thời gian từ 90 phút đến 210 phút đều có thể thi công lớp móng đường ô tô bằng CPĐD.GCXM và sẽ không còn bị khống chế tối đa 100 phút như tiêu chuẩn; đồng nghĩa với việc sắp xếp, bố trí trạm trộn dễ dàng hơn và có nhiều giải pháp hơn trong việc xây dựng dây chuyền thi công lớp móng đường bằng vật liệu CPĐD.GCXM

Từ khóa – cấp phối đá dăm; móng đường; móng gia cố xi măng; mặt đường

STUDY ON THE EFFECTS OF TIME PERFORMANCE ON THE QUALITY OF MATERIAL CEMENT TREATED BASE (CTB) IN THE CONSTRUCTION OF

HIGHWAYS Abstract - The thesis presents the results of research and evaluation of reasonable

construction time of cement treated base (CTB) On the basis of experimental work on gravel aggregate materials at Ho Chuong Quarry - TP Danang is reinforced with 4% cement To determine the compressive strength, the compressive strength of the sample of cement treated base investigated at various construction timelines There are 90 minutes,

120 minutes, 150 minutes, 180 minutes and 210 minutes (TCVN 8858: 2011 specifies a maximum construction time of 100 minutes) The results showed that: Compressive strength and compression strength increasing from 90 to 120 minutes (mixing time + composting + compaction) and decreasing to 210 minutes On the other hand, compressive strength and shear strength at the time of 120 minutes to 210 minutes are satisfactory compared with TCVN 8858: 2011 Thus, it can be asserted that for the period from 90 minutes to 210 minutes, it is possible to construct the road foundation by CTB and will no longer be controlled maximum 100 minutes as standard; This means that the arrangement and layout of the mixing plant are easier and more flexible in building the foundation line

by using CTB

Key words – Gravel aggregates; base layer; cement treated base; pavement

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Công nghệ xây dựng móng đường ô tô ở Việt Nam hiện nay chủ yếu dùng những vật liệu rời rạc truyền thống như đá dăm, cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên… Khi sử dụng vật liệu rời rạc, để đạt được cường độ cần thiết thì kết cấu

áo đường thường rất dày, khối lượng vật liệu cho công trình lớn, quá trình thi công gặp nhiều khó khăn Đối với những dự án đường ô tô cấp cao đòi hỏi phải

có giải pháp nâng cao cường độ, độ ổn định và tuổi thọ của công trình, một trong các giải pháp đem lại hiệu quả là sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố

xi măng làm lớp móng trên Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPĐD.GCXM) đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng trong thi công các công trình đường ô tô trong thời gian gần đây, đặc biệt là các tuyến đường cao tốc, đường trục ô tô có nhiều xe nặng chạy, đường trục chính đô thị như: Đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi và một số tuyến trục chính của thành phố Đà Nẵng

Khi đưa vào ứng dụng trong thi công làm lớp móng đường ô tô đã mang lại hiệu quả rõ rệt như: Làm tăng đáng kể mô đun đàn hồi chung của kết cấu áo đường, tận dụng được vật liệu địa phương sẵn có Tuy nhiên, trong thực tế thi công lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng hiện nay, các đơn vị thi công còn lúng túng trong việc xác định thời gian thi công hợp lý của vật liệu cấp phối

đá dăm gia cố xi măng Theo Khoản 5.2.1, TCVN 8858:2011 quy định “ năng suất và vị trí trạm trộn phải tương ứng với đoạn dây chuyền thi công sao cho đảm bảo được thời gian trộn, chuyên chở, rải và đầm nén kết thúc trước thời gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp gia cố xi măng thông thường là 100 phút” Như vậy, việc quy định toàn bộ thời gian thi công CPĐD.GCXM bao gồm thời gian chờ trộn, vận chuyển, san rải, đầm nén sơ bộ, đầm nén chặt gấp rút như trên bắt buộc các nhà thầu thi công phải bố trí rất nhiều phương tiện đầm nén; ngoài ra, phạm vi phục vụ của các trạm trộn CPĐD.GCXM cũng bị thu hẹp, do thời gian vận chuyển hỗn hợp CPĐD GCXM bị khống chế

Mặt khác, chúng ta đều biết, thời gian đông kết của xi măng và bê tông xi măng là hoàn toàn khác nhau do phản ứng thủy hóa của xi măng trong môi trường có tiếp xúc với cốt liệu khác biệt so với khi diễn ra thuần xi măng – nước Sự khác biệt này sẽ là đáng kể hơn khi quá trình xi măng thủy hóa diễn ra

trong môi trường cốt liệu hạt của cấp phối đá dăm có hàm lượng hạt mịn khá cao (tối đa đến 12%)

Như vậy, việc không xác định được thời gian đông kết của vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng một cách chính xác sẽ dẫn đến việc: tập trung quá nhiều máy móc thiết bị thi công, làm tăng chi phí xây dựng, thu hẹp phạm vi phục vụ của các trạm trộn

Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn quy định phương pháp thí nghiệm xác định

thời gian thi công của vật liệu CPĐD.GCXM; vì vậy,việc nghiên cứu ảnh

hưởng của thời gian thi công đến chất lượng của lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong thi công đường ô tô, để từ đó xác định khoảng thời gian

hợp lý cho toàn bộ quá trình thi công lớp vật liệu này nhằm đảm bảo chất lượng vật liệu, sử dụng hiệu quả thiết bị thi công là điều cần thiết

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

a Mục tiêu tổng quát:

Xác định thời gian thi công hợp lý lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng

b Mục tiêu cụ thể:

- Khảo sát sự biến thiên cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ của các

tổ mẫu CPĐD.GCXM có thời điểm đúc mẫu khác nhau

- Xây dựng mối quan hệ giữa thời gian thi công – cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ của CPĐD.GCXM trong phòng thí nghiệm

- Đề xuất thời gian thi công CPĐD.GCXM hợp lý cho loại vật liệu nghiên cứu

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng nghiên cứu: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng

b Phạm vi nghiên cứu: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng pooc-lăng

không sử dụng phụ gia làm lớp móng đường ô tô cấp cao sử dụng vật liệu khu

vực Đà Nẵng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích, đánh giá từ các tài liệu lý

thuyết, kinh nghiệm từ thực tiễn thi công lớp vật liệu CPĐD.GCXM

b Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm đánh giá chất lượng vật liệu và

thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu nghiên cứu; xử lý số liệu thí nghiệm,

xây dựng các mối tương quan, phân tích, đánh giá, kết luận thực nghiệm

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Cho phép xác định thời gian thi công CPĐD.GCXM trong các điều kiện

cụ thể về vật liệu thông qua thực nghiệm mà không lấy các giá trị cố định như trong tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu hiện hành

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Mở đầu

- Lý do chọn đề tài (sự cần thiết phải nghiên cứu)

- Đối tượng, phạm vi và mục đích nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu

+ Phạm vi nghiên cứu

+ Mục đích nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu

- Ý nghĩa khoa học của đề tài

Chương 1 Giới thiệu tổng quan về lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia

1.3 Thời gian thi công cho phép của lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố

xi măng trong các tiêu chuẩn hiện hành

1.4 Kết luận chương 1

Chương 2: Vấn đề về thời gian thi công cho phép của lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng

2.1 Quá trình thủy hóa của xi măng

2.2 Thời gian đông kết của xi măng

2.3 Thời gian đông kết của bê tông xi măng

2.4 Thời gian đông kết của cấp phối đá dăm gia cố xi măng

3.3 Chế tạo và bảo dưỡng mẫu

3.4 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ của các

tổ mẫu CPĐD.GCXM(4%), xây dựng tương quan, xác định thời gian thi công hợp lý

3.5 Kết luận chương 3

Kết luận và kiến nghị

1 Kết luận

2 Kiến nghị

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ

DĂM GIA CỐ XI MĂNG 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH, PHÁT TRIỂN LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG (CPĐD.GCXM)

1.1.1 Quá trình phát triển và ứng dụng CPDD.GCXM trên thế giới

Mặt đường cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPDD.GCXM) là loại mặt đường sử dụng vật liệu đá dăm có thành phần cấp phối nhất định trộn với xi măng rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất trước khi xi măng ninh kết Mặc dù mới được sử dụng trong những năm gần đây, nhưng kinh nghiệm cho thấy nó có hiệu quả kinh tế rất cao

Ở Pháp loại vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ (xi măng) được xem là loại vật liệu chủ yếu để làm các lớp móng chịu lực trong kết cấu đường ô tô ban hành trong “ Định hình mặt đường ô tô” năm 1977

Theo kỹ thuật của người Pháp, người ta gia cố một cấp phối đá dăm có tính chất cơ lý tốt với thành phần hạt liên tục, kích cỡ 0 ~ 20mm bằng một chất liên kết được chọn là xi măng Ở đây vật liệu này được dùng để tăng cường mặt đường cũ ngay trên những tuyến đường vừa thi công vừa đảm bảo giao thông Liên Xô cũ cũng đã từng dùng loại vật liệu đá gia cố xi măng để làm lớp móng của kết cấu mặt đường trên một số đường trục và đường thành phố Theo quy phạm thiết kế mặt đường mềm BCH 46-72, vật liệu đá gia cố xi măng được xem là một loại vật liệu chủ yếu để làm lớp móng

Ở Mỹ, kỹ thuật làm lớp móng bằng vật liệu đá gia cố xi măng ( gọi là “ cement treated base”, viết tắt là CTB) được sử dụng khá phổ biến, trong đó CTB được chia thành hai cấp: cấp A với tỷ lệ xi măng 3.5- 6%, cấp B với tỷ lệ

xi măng từ 2.5 - 4.9% so với khối lượng đá

Theo hướng dẫn xây dựng của Sở Giao thông vận tải California thì việc xác định tỷ lệ xi măng cho hỗn hợp CPĐD GCXM là rất quan trọng Trước tiên, lấy mẫu đại diện và tiến hành kiểm tra nén mẫu xác định cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ ở mức 5% xi măng, và các mốc khác nhau để so sánh, đánh giá và xác định tỷ lệ xi măng hợp lý nhất

Hình 1.1 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Pháp

Hình 1.2 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Mỹ

* Bê tông đầm lăn: Có dạng kết cấu tương tự với CPĐD.GCXM, bê tông

đầm lăn được sử dụng làm lớp mặt đường ô tô từ cuối thập kỷ 70 trong ngành công nghiệp gỗ ở Canađa do có ưu điểm là thi công dễ dàng và nhanh chóng,

có đủ độ bền cần thiết dưới tác dụng của tải trọng và các thiết bị nặng Sau đó,

bê tông đầm lăn còn được sử dụng trong các bãi đỗ xe, bến cảng, kho chứa

hang; bê tông đầm lăn cũng đã được áp dụng cho các đập nước ở những năm

80, và đến năm 2001 chúng đã được áp dụng để xây dựng mặt đường ô tô trong khu công nghiệp sản xuất ô tô ở Alabama (Mỹ) Cho đến năm 2004, khi xây dựng lại tuyến đường liên bang ở bang Georgia – Mỹ số hiệu I-285 xung quanh thành phố Atlanta, The Georgia Department of Transportation (GDOT) đã áp dụng công nghệ xây dựng mặt đường bằng bê tông đầm lăn cho phần lề gia cố (làn đỗ khẩn cấp) thay thế cho cách làm truyền thống và đã tạo được tiếng vang lớn – đó là huy chương bạc của The National Partnership for Highway Quality (NPHQ) vào năm 2006 Cũng trong năm 2004 The City of Columbus, Ohio cũng đã áp dụng công nghệ này cho các đường trong thành phố Cho đến nay,

bê tông đầm lăn được sử dụng rất nhiều cho các đường có tốc độ thấp, các bãi

đỗ xe, các nút giao thông trong đô thị, đường trong các khu công nghiệp, kho bãi, bến cảng hàng nặng … Tuy nhiên, vẫn chưa tìm thấy công trình đường ô tô cấp cao nào sử dụng công nghệ xây dựng mặt đường bằng bê tông đầm lăn Có

lẽ vì chúng được đầm chặt bằng phương pháp lu lèn nên độ bằng phẳng của mặt đường chưa đáp ứng được yêu cầu cho các phương tiện xe chạy với tốc độ cao Cũng vì lý do về độ bằng phẳng của mặt đường bê tông đầm lăn không được phẳng như mặt đường bê tông nhựa hay bê tông xi măng thông thường nên các nhà chuyên môn đã khuyến cáo rằng chỉ nên dùng mặt đường bê tông đầm lăn cho các đường có tốc độ thiết kế không quá 60 km/h

Hình 1.3 Xây dựng đường ô tô băng bê tông đầm lăn ở thành phố Atlanta

(Hoa Kỳ), 2004

Thành phần cơ bản của hỗn hợp bê tông đầm lăn: bê tông đầm lăn có thành phần cơ bản như bê tông truyền thống bao gồm xi măng, nước và cốt liệu (mịn và thô) … nhưng nó khác bê tông truyền thống ở chỗ hỗn hợp bê tông khô hơn, đủ độ dẻo cứng để đầm bằng lu rung Đặc biệt, lớp mặt đường sử dụng bê tông đầm lăn được xây dựng không cần các khe nối, không cần phải có ván khuôn, máy rải chuyên dụng và các loại thanh truyền lực Do có các tính năng

ưu việt như vậy nên việc xây dựng mặt đường bằng bê tông đầm lăn rất đơn giản, nhanh và kinh tế

Ưu điểm của bê tông đầm lăn: Việc thi công mặt đường bằng bê tông đầm lăn rất nhanh và đơn giản Bê tông đầm lăn được trộn ở trạm trộn trung tâm rồi dùng xe ô tô tự đổ vận chuyển tới các máy rải thông thường (máy rải bê tông nhựa thông thường), sau đó dùng lu rung để đầm chặt hỗn hợp và bảo dưỡng như mặt đường bê tông xi măng thông thường Nhiệt độ không khí khi rải bê tông đầm lăn không nên quá 90 độ F (32 độ C) Khi nhiệt độ môi trường không khí vượt quá 90 độ F (32 độ C), thời gian cho phép từ thời điểm trộn đến khi

hoàn thành quá trình đầm nén nên giảm cho phù hợp (ví dụ, từ 60 phút giảm đến

30 - 45 phút) Để bù đắp cho sự mất độ ẩm trong thời gian trộn, vận chuyển và rải, nước trộn có thể được cân nhắc tăng thêm tại trạm trộn

Hình 1.4 Thi công mặt đường bê tông đầm lăn được rải bằng máy rải thông

thường

Mặt đường bê tông đầm lăn không cần các khe nối, các loại thanh truyền lực nhưng yêu cầu về các lớp móng bên dưới hoàn toàn giống như các kết cấu mặt đường bê tông xi măng truyền thống Mặt đường bê tông đầm lăn có tất cả các chỉ tiêu độ bền vững như mặt đường bê tông xi măng tiêu chuẩn kể cả khả năng chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn, chịu đựng sự ăn mòn do chất lỏng và hóa chất độc hại khác Với những ưu điểm của mặt đường cứng, mặt đường bê tông đầm lăn dễ dàng chịu đựng các tải trọng lớn thường thấy trong các công trình đường giao thông, bãi container, bãi đỗ xe, bến cảng, và nút giao thông Mặt đường bê tông đầm lăn cũng không bị nứt do trục xe tải hạng nặng, và cũng không bị hiện tượng xô hoặc rách khi các phương tiện quay đầu hoặc hãm phanh

Kinh nghiệm xây dựng và khai thác CPĐD.GCXM ở nước ngoài cho thấy dùng chúng để làm lớp móng và lớp mặt (có thảm nhựa bên trên) vừa đảm bảo

độ bền và độ ổn đinh, đồng thời lại rất kinh tế vì tận dụng được các vật liệu tại chổ, các phụ phẩm và phế liệu công nghiệp và rất thích hợp để thi công theo phương pháp công nghiệp

 Vì vậy việc xây dựng loại mặt đường này ngày càng phát triển mạnh mẽ và có ý nghĩa rất quan trọng

1.1.2 Tình hình sử dụng CPDD.GCXM tại Việt Nam

Ở nước ta, trong những năm gần đây do sự tăng đột biến về lưu lượng phương tiện giao thông cả về quy mô lẫn tải trọng nên trên nhiều tuyến đường Quốc lộ xuất hiện nhiều vệt lún bánh xe làm mặt đường bị hư hỏng dẫn đến việc khai thác và đảm bảo an toàn giao thông gặp khó khăn Mặt đường bê tông xi măng theo quy trình 22TCN 223-95 khi thiết kế cho phép đặt trên lớp móng cấp phối đá dăm thông thường đã được thiết kế và thi công đại trà, tuy nhiên các đoạn đường thi công đưa vào khai thác xuất hiện nhiều hư hỏng không đảm bảo tuổi thọ theo thiết kế của công trình Để khắc phục các hiện tượng hư hỏng của mặt đường bê tông xi măng, Bộ Giao thông vận tải ban hành Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông Quy định này thay thế cho 22TCN 223-95 và yêu cầu cụ thể đối với móng áo đường cứng phải dùng lớp móng gia cố là lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng

Gần đây vật liệu cấp phối đá gia cố xi măng đã được sử dụng để làm lớp móng dưới lớp mặt bê tông nhựa dày từ 13 – 15 cm trên đường Bắc Thăng Long

- Nội Bài và trên quốc lộ 5 (đoạn từ km47- km62) rất tốt Trên dự án cải tạo quốc lộ 1A và các dự án quan trọng hiện nay như cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi CPĐD.GCXM đã được sử dụng rất nhiều

Với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, cường độ xe chạy ngày càng tăng, tải trọng xe lưu thông trên đường ngày càng lớn và bức xạ mặt trời ngày càng mạnh, nhiệt độ ngày càng cao, mưa lũ thất thường làm cho mặt đường trên

cả nước càng phát sinh nhiều hư hỏng nghiêm trọng ảnh hưởng đến quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu giao thông vận tải Việc cải tạo đường ngày càng tốn nhân lực và kinh tế vì thế việc áp dụng loại kết cấu áo đường chịu lực và chịu hư hỏng tốt trong quá trình thiết kế xây dựng mới có ý nghĩa đặc biệt quan trọng

Loại kết cấu áo đường này cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi đưa vào sử dụng để đảm bảo chóng chịu các hư hỏng xảy ra như trên và tránh được các tác động phụ do kết cấu mang lại

Hình 1.5 Cấp phối đá dăm gia cố xi măng cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi

Nhận xét: Tuyến cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi sử dựng CPĐD.GCXM (4%) dày 15 cm làm lớp móng đường, bên trên thảm các lớp bê tông nhựa hạt trung (AC19) dày 8cm, lớp bê tông nhựa hạt mịn (AC12,5) dày 5cm; lớp chống trượt dày 3cm Qúa trình triển khai thi công luôn tuân thủ theo Tiêu chuẩn TCVN 8858:2011 và Quyết định 858/QĐ-BGTVT của Bộ Giao thông vận tải, trong đó chú trọng các quy định: Thành phần cấp phối đá dăm dùng để gia cố xi măng nên chọn tỉ lệ lượng hạt mịn <0,075mm càng nhỏ càng tốt, tối đa chỉ nên

từ 5~7% Hàm lượng xi măng càng thấp thì càng ít phát sinh nứt, do vậy phải thử nghiệm lượng xi măng chi vừa đủ để đạt yêu cầu cường độ (bảng 3 TCVN 8858:2011) mà không cần đạt yêu cầu cao hơn Dự án sử dụng hàm lượng xi măng bằng 4% khối lượng hỗn hợp cốt liệu khô Trong quá trình triển khai thi công, khống chế chặt độ ẩm khi lu lèn, không được lớn hơn độ ẩm tốt nhất và phải dùng lu nặng để giảm độ ẩm khi lu lèn (nhỏ hơn độ ẩm tốt nhất) Để tránh

độ ẩm thay đổi bất thường tại trạm trộn, vật liệu hạt các cỡ nên được bảo quản

riêng rẽ dưới mái che Tiến hành bảo dưỡng kịp thời theo yêu cầu ở 6.2.8 TCVN 8858:2011 nhằm hạn chế tối đa hiện tượng hỗn hợp gia cố bị mất nước, bị phơi nắng Để hạn chế nứt phản ảnh có thể bố trí lưới địa kỹ thuật đặt trên mặt móng CPĐD.GCXM đã tưới thấm bám Trong trường hợp này, nên hợp tác với các hãng cung cấp lưới địa kỹ thuật tiến hành thiết kế, làm thử nghiệm và đưa ra chỉ dẫn kỹ thuật cho mỗi dự án để trình chủ đầu tư xem xét phê duyệt

Hình 1.6, 1.7, 1.8: Hư hỏng do lớp móng đường không đảm bảo dẫn đến hằn lún vệt bánh xe tại đường Lê trọng Tấn, Lê Văn Hiến, Đường 2-9

Hình 1.6 Đường Lê Văn Hiến Hình 1.7 Đường Lê Trọng Tấn

Hình 1.8: Đường 2-9

Hình 1.9 CPĐD.GCXM được sử dụng dự án cải tạo đường 2-9, Đà Nẵng

Hình 1.10 Đường 2-9, TP Đà Nẵng sau khi đã được cải tạo

Tuyến đường 2-9 được đầu tư xây dựng và đưa vào khai thác từ năm

1998, trải qua thời gian dài phục vụ cộng với lượng phương tiện tham gia giao thông trên tuyến tăng rất nhanh cả về mặt lưu lượng lẫn tải trọng trục đường nên đến nay, đoạn đường này đã xuất hiện khá nhiều điểm hư hỏng làm giảm chất lượng khai thác, ảnh hưởng đến an toàn giao thông

Giải pháp sửa chữa: Với các đoạn đường bị hư hỏng nặng (nhiều vị trí nứt mai rùa, nứt dọc ngang trên diện rộng): tiến hành xử lý gia cố tại chỗ bằng cách dùng máy phay chuyên dụng Sakai xáo xới lớp cấp phối đá dăm hiện hữu đến chiều sâu 20cm, trộn xi măng gia cố với hàm lượng 5% lu lèn chặt ở độ ẩm tính toán Sau đó các diện tích này đã được thảm lại 2 lớp bê-tông nhựa

Ưu điểm của giải pháp đưa ra so với các phương pháp sửa chữa truyền thống:

- Đảm bảo tăng cường được cường độ chung của nền cũ do sử dụng lớp

đá dăm gia cố xi măng Với tính chất làm việc toàn khối, lớp vật liệu này phát huy hiệu quả phân tán tải trọng xe cộ truyền qua kết cấu áo đường lên nền đất không đồng nhất do có xử lý cát cục bộ trước đó

- Lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng có tác dụng ngăn sự thẩm thấu của nước ngầm hoạt động lên trên kết cấu áo đường

- Thời gian thi công nhanh do chỉ làm một lớp móng với thiết bị hiện đại

- Giảm thiểu được tác động tiêu cực khi thi công lên nền đất hoặc cát xử

lý đã cố kết trong thời gian dài

- Tránh được việc phải xử lý nước ngầm khi đào sâu xuống dưới

- Kinh phí thấp nhất, phù hợp với chủ trương nâng cấp đường theo thời gian phục vụ

Nhận xét: Sau khi được cải tạo bằng cách thay thế lớp móng dưới cấp phối đá dăm bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng sau 3 năm khai thác thì đường vẫn giữ được tính ổn định, việc khai thác vẫn rất tốt và hư hỏng xảy ra hầu như không có Điều này chứng tỏ cấp phối đá dăm gia cố xi măng có ứng dụng rất lớn trong việc cải tạo và xây dựng đường

Hình 1.11 Hư hỏng đường trên Quốc lộ 1

Hình 1.12 Thi công CPĐD.GCXM trên Quốc lộ 1 mở rộng

Hầu hết các dự án cải tạo và xây dựng mới các quốc lộ quan trọng, các Công ty tư vấn cả trong và ngoài nước hầu hết đều áp dụng một loại kết cấu mặt đường tương tự nhau: lớp mặt gồm 2 lớp bê tông nhựa với tổng chiều dày từ 12-15cm, lớp móng trên cấp phối đá dăm loại 1 dày 20-30cm, lớp móng dưới cấp phối đá dăm loại 2 dày 25-30cm, dưới cùng là lớp đất đắp chọn lọc độ chặt yêu cầu 98% với chiều dày 30-50cm, có thể liệt kê như: Quốc lộ 1A từ Lạng Sơn đến Cà Mau, Quốc lộ 14B, Quốc lộ 24, Quốc lộ 51 (Thành phố Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu), Đường cao tốc Láng - Hòa Lạc, các Dự án đường cao tốc ở phía Bắc, phía Nam và ở miền Trung hiện nay là các Dự án mở rộng Quốc lộ 1A, Dự

án hầm Đèo Cả

Tuy nhiên, hầu hết các dự án trên đều xảy ra tình trạng lún vệt bánh xe trên mặt đường, các công trình giao thông trong thời gian gần đây đã trở nên rất phổ biến với mức hư hỏng hết sức nghiêm trọng Vì lý do trên, các dự án nâng cấp, mở rộng quốc lộ 1 đã bổ sung lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng từ 4-5%

1.2 TIÊU CHUẨN THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG LÀM LỚP MÓNG ĐƯỜNG Ô

TÔ CẤP CAO

- Quy trình móng đường cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố

xi măng trong kết cấu áo đường ô tô – Thi công và nghiệm thu TCVN

8858:2011

- Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô 22TCN 245-98

1.3 THỜI GIAN THI CÔNG CHO PHÉP CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG CÁC TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH

Theo Điểm 3.2, Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô 22TCN 245-98 quy định:

“năng suất và vị trí trạm trộn phải tương ứng với đoạn dây chuyền thi công sao cho đảm bảo được thời gian trộn, chuyên chở, rải và đầm nén chỉ trong vòng

120 phút (tức là không vượt quá thời gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp gia cố

xi măng)”

Theo Điểm 5.2.1, Quy trình móng đường cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô – Thi công và nghiệm

thu TCVN 8858:2011 TCVN 8858:2011 quy định “năng suất và vị trí trạm trộn

phải tương ứng với đoạn dây chuyền thi công sao cho đảm bảo được thời gian trộn, chuyên chở, rải và đầm nén kết thúc trước thời gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp gia cố xi măng (xi măng không dùng phụ gia thông thường là 100 phút)

* Như vậy, theo 22TCN 245-98 thì thời gian thi công từ khi trộn nước vào trộn đến khi lu lèn, hoàn thiện xong bề mặt lớp gia cố xi măng không vượt 120 phút (100 phút đối với tiêu chuẩn TCVN 8858:2011)

và chưa có quy định rõ khoảng thời gian thi công hợp lý của CPĐD.GCXM mà khống chế thời gian đông kết của xi măng là 100 phút, điều này dẫn đến việc bố trí dây chuyền thi công, bố trí trạm trộn gặp nhiều khó khăn

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG, BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI

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

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

2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

Hyđrosilicat canxi hình thành khi thuỷ hoá hoàn toàn đơn khoáng silicat tricanxi ở trạng thái cân bằng với dung dịch bão hoà hyđroxit canxi Tỷ lệ CaO/SiO2 trong các hyđrosilicat trong hồ xi măng có thể thay đổi phụ thuộc vào thành phần vật liệu, điều kiện rắn chắc và các yếu tố khác Pha chứa alumô chủ yếu trong xi măng là aluminat tricanxi 3CaO.Al2O3, đây là pha hoạt động nhất Ngay sau khi trộn với nước, trên bề mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, không bền có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác của 4CaO.Al2O3.9H2O và 2.CaO.Al2O3.8H2O Cấu trúc dạng tơi xốp này làm giảm độ bền nước của xi măng Dạng ổn định của nó là hyđroaluminat 6 nước có tinh thể hình lập phương được tạo thành từ phản ứng:

3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

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

thể tích lớn gấp 2 lần so với thể tích các chất tham gia phản ứng, có tác dụng chèn lấp lỗ rỗng của đá xi măng, làm cường độ và độ ổn định của đá xi măng tăng lên Cấu trúc của đá xi măng cũng sẽ tốt hơn do hạn chế được những chỗ yếu của hyđroaluminat canxi Sau đó etringit còn tác dụng với 3CaO.Al2O3 còn lại sau khi đã tác dụng với đá thạch cao để tạo ra muối kép của sunfat :

hyđro-2.1.2.Tính chất và sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng

Hồ xi măng tạo thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là loại huyền phù đặc của nước, có tính chất của cấu trúc phân tán xét về mặt cường độ cấu trúc, độ nhớt cấu trúc, độ dẻo cấu trúc và tính xúc tiến

Trước khi tạo hình hỗn hợp bê tông và bắt đầu đông kết, hồ xi măng có cấu trúc ngưng tụ Trong đó những hạt rắn hút nhau bằng lực Vanđecvan và liên kết với nhau bằng lớp vỏ hyđrat Cấu trúc này sẽ bị phá huỷ khi có lực cơ học tác dụng (nhào, trộn, rung…) nó trở thành chất lỏng nhớt, dễ tạo hình Việc chuyển hồ sang trạng thái chảy mang đặc trưng xúc biến, có nghĩa là khi loại bỏ tác dụng của lực cơ học thì liên kết cấu trúc trong hệ lại được phục hồi

Tính chất cơ học - cấu trúc của hồ xi măng tăng theo mức độ thuỷ hoá xi măng Thí dụ ứng suất trượt của hồ đo được sau khi nhào trộn là 0,1kG/cm2, khi bắt đầu đông kết tăng lên 15 lần (1,5 kG/cm2), còn khi kết thúc đông kết lên 50 lần (5kG/cm2) Như vậy, hồ xi măng có khả năng thay đổi nhanh tính lưu biến trong khoảng 1 ÷ 2 giờ

Sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó xảy ra như sau : Những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là etringit, hyđroxit canxi và các sợi gen CSH Etringit dạng lăng trụ lục giác được tạo thành sau 2 phút, còn mầm tinh thể Ca(OH)2 xuất hiện sau vài

giờ Phần gen của hyđrosilicat canxi đầu tiên ở dạng „bó” Những lớp gen mỏng tạo thành xen giữa các tinh thể Ca(OH)2 làn đặc chắc thêm hồ xi măng

Cấu trúc ban đầu của hồ xi măng là khung không gian kém bền, tạo ra từ các hạt phân tán của sản phẩm thuỷ hoá liên kết với nhau bằng lực Vanđecvan

và màng nước hấp phụ của các hạt đó Đến cuối giai đoạn đông kết cấu trúc cơ bản của hồ xi măng được hình thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng

2.1.3 Giải thích quá trình rắn chắc của xi măng

Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hoá lý phức tạp đi kèm theo các phản ứng hoá học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đổi tổng hợp, khiến cho xi măng khi nhào trộn với nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau biến thành đá cứng có cường độ Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hưởng lẫn nhau Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương hỗ với nhau và với các khoáng khác của clinke để hình thành những liên kết mới Do đó hồ xi măng là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc thành phần cũng như sự biến đổi Để giải thích quá trình rắn chắc người ta thường dùng thuyết của Baikov – Rebinder Theo thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn hoà tan: Khi nhào trộn xi măng với nước các thành phần khoáng của clinke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt hạt xi măng Những sản phẩm mới tan được [Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O] sẽ tan ra Nhưng vì độ tan của nó không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hoà

* Giai đoạn hoá keo: Trong dung dịch quá bão hoà, các sản phẩm Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo Còn các sản phẩm etringit, CSH vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo

* Giai đoạn kết tinh : Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi , các sản phẩm mới ngày càng nhiều Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hoá cứng và cường độ tăng

2.2 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG

2.2.1 Thời gian đông kết của xi măng:

2.2.1.1 Khái niệm [3]:

Là khoảng thời gian tính từ lúc trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất dẻo và bắt đầu có khả năng chịu lực

2.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đông kết [3]:

Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của xi măng, độ mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian lưu giữ trong kho và điều kiện bảo quản xi măng Các loại xi măng khác nhau có thời gian đông kết khác nhau

* Thành phần khoáng của xi măng: nếu hàm lượng các khoáng C3A, C3S nhiều thì thời gian đông kết giảm vì tốc độ thuỷ hoá của xi măng tăng nhanh, nếu hàm lượng khoáng C2S nhiều thì thời gian đông kết giảm vì tốc độ thuỷ hoá của C2S chậm

* Độ mịn: độ mịn tăng thì thời gian đông kết giảm vì khi đó mức độ thuỷ hoá của xi măng cao và tốc độ thuỷ hoá nhanh

* Phụ gia: Thời gian đông kết của xi măng sẽ tăng hoặc giảm nếu ta thêm vào xi măng phụ gia kéo dài hoặc rút ngắn thời gian đông kết

* Bảo quản xi măng: Xi măng pooclăng rất dễ hút ẩm trong không khí, đóng vón thành cục, trở nên kém chất lượng, cường độ giảm xuống và thời gian đông kết rắn chắc kéo dài Vì vậy, vấn để chủ yếu trong vận chuyển và bảo quản trong kho là phải chống ẩm cho xi măng

2.2.2 Thời gian bắt đầu đông kết [3]:

Là khoảng thời gian (phút, giờ) tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất tính dẻo, ứng với lúc kim vika nhỏ có Φ1,13 lần đầu tiên cắm cách đáy 3-5 mm

2.2.3 Thời gian kết thúc đông kết [3]:

Là khoảng thời gian (phút, giờ) tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng với nước cho đến khi trong hồ xi măng hình thành các tinh thể, hồ cứng lại và bắt đầu có

cường độ; ứng với lúc kim vika có Φ5 không để lại dấu vết trên bề mặt hồ xi măng

2.2.4 Cách xác định thời gian đông kết (TCVN 6017-1995)

Trộn xi măng với lượng nước tiêu chuẩn, trộn đều trong 5 phút rồi tạo mẫu như khi xác định nước tiêu chuẩn Thay kim Vicat Φ10 bằng kim Vicat

Φ1,13 và lắp thêm một đối trọng Để xác định thời gian bắt đầu đông kết cứ sau

5 phút ta thả kim một lần trong 30 giây cho đến khi độ cắm sâu của kim cách đáy từ 3-5mm Sau thời gian bắt đầu đông kết, thay kim Vicat Φ1,13 bằng kim Φ5; cứ 15 phút ta thả kim một lần trong 30 giây cho đến khi đầu kim Vicat Φ5 không để lại vết trên bề mặt hồ xi măng, xác định thời gian kết thúc đông kết Yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm thả kim không nhỏ hơn 10mm

2.2.5 Ý nghĩa xác định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của xi măng [3]

Khi thi công bê tông và vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và

thời gian kết thúc đông kết của xi măng để định ra kế hoạch thi công hợp lý Khi

xi măng bắt đầu đông kết nó mất tính dẻo nên tất cả các khâu vận chuyển, đổ khuôn và đầm chặt bê tông phải tiến hành xong trước khi xi măng bắt đầu đông

kết, do đó thời gian bắt đầu đông kết phải đủ dài để kịp thi công Khi xi măng

kết thúc đông kết là lúc xi măng đạt được cường độ nhất định, do đó thời gian kết thúc đông kết không nên quá dài vì xi măng cứng chậm, ảnh hưởng đến tiến

độ thi công Do đó, thời gian bắt đầu đông kết của xi măng Pooclăng không sớm quá 45 phút và thời gian kết thúc đông kết không chậm quá 375 phút

2.3 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG [TCVN 9338:2012]

2.3.1 Khái niệm thời gian đông kết của bê tông:

Là khoảng thời gian, kể từ khi cho nước nhào trộn với xi măng tới khi hỗn hợp đạt được cường độ kháng xuyên quy ước

* Cường độ kháng xuyên: Khả năng của hỗn hợp bê tông chống lại sự xuyên của các kim tiêu chuẩn và được xác định bằng cách chia trị số lực xuyên ghi nhận được cho diện tích đầu mũi kim

Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo của dụng cụ thử xuyên

2.3.2 Thời gian bắt đầu đông kết của hỗn hợp bê tông:

Là khoảng thời gian kể từ khi xi măng bắt đầu trộn với nước đến khi hỗn hợp vữa (được sàng tách ra từ hỗn hợp bê tông) đạt được cường độ kháng xuyên tương ứng 3,5Mpa

2.3.3 Thời gian kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông:

Là khoảng thời gian kể từ khi xi măng bắt đầu trộn với nước đến khi hỗn hợp vữa (được sàng tách ra từ hỗn hợp bê tông) đạt được cường độ kháng xuyên tương ứng 27,6 Mpa

2.3.4 Cách xác định thời gian đông kết của bê tông:

Hình 2.2 Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông

* Xác định thời gian bắt đầu đông kết

Từ điểm ứng với cường độ kháng xuyên bằng 3,5 MPa trên trục tung kẻ 1 đường thẳng song song với trục hoành cho giao nhau với 3 đường cong đã vẽ theo 2.2 Từ các điểm giao nhau này dóng các đường kẻ song song với trục tung, cắt trục hoành tại các điểm tương ứng 3 kết quả thời gian bắt đầu đông kết của 3 mẫu thử song song, tính chính xác đến 5 phút

* Xác định thời gian kết thúc đông kết

Từ điểm ứng với cường độ kháng xuyên bằng 27,6 MPa kẻ 1 đường thẳng song song với trục hoành cho cắt với 3 đường cong đã vẽ theo 2.2 Từ các điểm giao nhau này dóng các đường kẻ song song với trục tung, cắt trục hoành tại các điểm tương ứng 3 kết quả thời gian kết thúc đông kết của 3 mẫu thử song song, tính chính xác đến 5 phút

Thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông là giá trị trung bình của 3 mẫu thử song song, làm tròn đến 5 phút

2.4 THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG

Cấp phối đá dăm gia cố xi măng là hỗn hợp vật liệu được hình thành từ sự kết hợp giữa cấp phối đá dăm với xi măng và nước, khác hẳn so với bê tông xi măng (từ đá dăm với xi măng và nước) và xi măng (hồ xi măng với nước), cho nên thời gian đông kết của CPĐD.GCXM sẽ khác biệt hoàn toàn với thời gian đông kết của xi măng và bê tông xi măng Mặt khác, hiện nay chưa có tiêu

chuẩn xác định thời gian đông kết của cấp phối đá dăm gia cố xi măng, điều này dẫn đến chưa có cơ sở để xác định thời gian thi công hợp lý của CPĐD.GCXM mà còn phụ thuộc vào thời gian đông kết của xi măng như vậy

sẽ ảnh hưởng đến công tác tổ chức thi công như việc bố trí nhân lực, trạm trộn, máy móc thiết bị thi công gặp nhiều khó khăn dẫn đến chất lượng và tiến độ thi công lớp móng CPĐD.GCXM trong xây dựng đường ô tô không đảm bảo

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Qua Chương 2, ta thấy thời gian đông kết của xi măng và bê tông xi măng

đã được xác định trên cơ sở các thực nghiệm (đối với xi măng là phương pháp kim vicat cải tiến còn đối với bê tông là phương pháp kim xuyên để xác định cường độ kháng xuyên), trong khi thời gian đông kết của cấp phối đá dăm gia cố

xi măng thì đến nay vẫn chưa có phương pháp thực nghiệm xác định; như vậy việc tiến hành thực nghiệm để xác định thời gian thi công hợp lý của vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng là hợp lý, làm cơ sở để thuận lợi trong quá trình thi công lớp móng CPĐD.GCXM mà cụ thể là việc sắp xếp, bố trí máy móc, thiết

bị thi công, bố trí vị trí trạm trộn, kéo dài thời gian lu lèn…

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN THI CÔNG HỢP LÝ CỦA VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG

Hình 3.1 Xi măng Sông Gianh

3.1.1.2 Chỉ tiêu cơ lý của xi măng:

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng

TT Chỉ tiêu cơ lý Quy trình

thí nghiệm

Đơn

vị

Kết quả thí nghiệm

Yêu cầu kỹ

thuật [2]

Đánh giá

* Khối lƣợng riêng (P): đơn vị g/cm3 (TCVN 4030:2003)

Hình 3.2 Thí nghiệm khối lượng riêng của xi măng

Kết quả thí nghiệm: khối lƣợng riêng của xi măng là 3,1 (g/cm3)

* Độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng (TCVN 6017 -2015)

Kết quả thí nghiệm độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng: 31%

* Thời gian ngƣng kết và thời gian kết thúc ngƣng kết (TCVN 6017 -

1995)