Bài viết Nghiên cứu đánh giá quy trình và chất lượng thi công thí điểm mặt đường bê tông geopolyme tại Việt Nam trình bày kết quả nghiên cứu về quy trình thi công và đánh giá kiểm định chất lượng mặt đường bê tông geopoplyme sử dụng tro bay Vĩnh Tân trên một đoạn đường thí điểm tại tỉnh Bình Thuận, với cấp kỹ thuật là đường giao thông nông thôn cấp A (hai làn xe) thỏa mãn theo TCVN 10380-2014.
Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 154-167 Transport and Communications Science Journal INVESTIGATION IN PROCESS AND QUALITY CONTROL OF A TRIAL PAVEMENT PROJECT USING GEOPOLYME CONCRETE IN VIETNAM Dao Van Dong1*, Trinh Hoang Son2 Transport Development & Strategy Institute, 162 Tran Quang Khai, Hoan Kiem, Hanoi; University of Transport Technology, 54 Trieu Khuc, Thanh Xuan, Hanoi ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 21/11/2021 Revised: 13/12/2021 Accepted: 30/12/2022 Published online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.5 * Corresponding author Email: dongdv.tdsi@mt.gov.vn; Tel: +84942005154 Abtract Geopolymer concrete is a relative novel and environmentally friendly construction material that has been receiving much attentions With the technical-economic-environmental advantages, geopolymer concrete has been successfully applied in pavement structures in some countries around the world This paper presents a research on construction process and quality control of geopoplyme concrete pavement using Vinh Tan fly ash on a trial project in Binh Thuan province which is a class A- rural road with two lanes satisfying TCVN 103802014 The results show that the construction technique of geopolymer concrete pavement is similar to the traditional cement concrete pavement Comparing the mechanical characteristics and roughness achieved on the section with the technical requirements for rigid pavement by QD1951/2012 and QD3230/2012, it shows that the constructed geopolymer concrete pavement using fly ash completely meets requirements and ensures quality After months in servicing, the geopolymer concrete pavement structure still works well and ensures the service conditions The research result could be considered as a strong scientific basis to be able to use geopolymer material in civil construction in Vietnam in the near future Keywords: geopolymer concrete, rigid pavement, construction, mechanical properties, roughness 2022 University of Transport and Communications 154 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 154-167 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ QUY TRÌNH VÀ CHẤT LƯỢNG THI CƠNG THÍ ĐIỂM MẶT ĐƯỜNG BÊ TƠNG GEOPOLYME TẠI VIỆT NAM Đào Văn Đơng1*, Trịnh Hồng Sơn2 Viện Chiến lược phát triển Giao thông Vận tải, Số 162 Trần Quang Khải, Hoàn Kiếm, Hà Nội; Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, Số 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội THÔNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 21/11/2021 Ngày nhận sửa: 13/12/2021 Ngày chấp nhận đăng: 30/12/2022 Ngày xuất Online: 15/02/2022 https://doi.org/10.47869/tcsj.73.2.5 * Tác giả liên hệ Email: dongdv.tdsi@mt.gov.vn; Tel: +84942005154 Tóm tắt Bê tông geopolyme loại vật liệu xây dựng mới, thân thiện với môi trường nhận nhiều quan tâm nghiên cứu Với ưu điểm kỹ thuật- kinh tế- môi trường, bê tông geopolymer ứng dụng thành công kết cấu mặt đường số quốc gia giới Bài báo trình bày kết nghiên cứu quy trình thi công đánh giá kiểm định chất lượng mặt đường bê tông geopoplyme sử dụng tro bay Vĩnh Tân đoạn đường thí điểm tỉnh Bình Thuận, với cấp kỹ thuật đường giao thông nông thôn cấp A (hai xe) thỏa mãn theo TCVN 10380-2014 Kết cho thấy, thi cơng mặt đường bê tông geopolyme tương tự mặt đường bê tông xi măng truyền thống Đồng thời, đối chiếu đặc tính học độ phẳng đạt đoạn đường thí điểm với yêu cầu kỹ thuật mặt đường cứng theo Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT 3230/QĐBGTVT cho thấy mặt đường bê tông geopolyme đáp ứng yêu cầu đảm bảo chất lượng Qua thời gian khai thác tháng, mặt đường bê tông geopolyme đảm bảo chất lượng khai thác Kết nghiên cứu sở để sử dụng loại vật liệu xây dựng cơng trình giao thông Việt Nam thời gian tới Từ khóa: bê tơng geopolyme, mặt đường cứng, thi cơng, đặc tính học, độ phẳng 2022 Trường Đại học Giao thơng vận tải 155 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 154-167 ĐẶT VẤN ĐỀ Đến nay, bê tông geopolyme ứng dụng để xây dựng kết cấu mặt đường cho đường ô tô, sân bay bến cảng giới Công nghệ thi công chủ yếu bao gồm mặt đường bê tông geopolyme dạng cấu kiện đúc sẵn mặt đường sử dụng bê tông geopolyme thi công chỗ Tấm bê tông geopolyme đúc sẵn gạch lát geopolyme chế tạo nhà máy vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường Các sản phẩm đặt trực tiếp đất, cát móng cấp phối đá dăm phục vụ cho cơng trình đường tơ, đường băng bến cảng, qua đáp ứng tiến độ thi công Đối với mặt đường bê tông geopolyme thi công chỗ, giai đoạn thi công tương tự bê tông xi măng truyền thống, bao gồm: Sản xuất hỗn hợp bê tông geopolyme trạm trộn trộn chỗ; kiểm tra chất lượng chế tạo hỗn hợp bê tông trình thi cơng; vận chuyển hỗn hợp bê tơng geopolyme; đặt ván khn; thi cơng lớp ngăn cách; bố trí phụ kiện khe nối; đổ bê tông; tạo nhám; cắt khe; bảo dưỡng; tháo ván khuôn; chèn khe; kiểm tra nghiệm thu [1, 2] Úc quốc gia đầu phát triển thương mại hóa bê tơng geopolyme Hiệp hội đường Úc ban hành tiêu chuẩn ATS 5330 – 2020 bê tông geopolyme [3] Đây tiêu chuẩn giới ban hành liên quan đến yêu cầu kỹ thuật bê tông geopolyme phục vụ cho thi công kết cấu Căn sở đó, báo trình bày kết nghiên cứu thu từ việc thi cơng thí điểm mặt đường bê tơng geopolyme theo quy trình thi cơng nghiệm thu mặt đường cứng hành Việt Nam Kết đánh giá chất lượng khai thác khả ứng dụng bê tông geopolyme để xây dựng mặt đường cứng công nghệ thi công đổ chỗ đúc kết làm sở để nhân rộng tương lai LỰA CHỌN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG GEOPOLYME Với mục tiêu triển khai dự án thi cơng thí điểm kết cấu mặt đường sử dụng hỗn hợp bê tông geopolyme để đánh giá rút kinh nghiệm quy trình thi cơng quản lý chất lượng mặt đường sử dụng bê tông geopolyme, nghiên cứu tiến hành khảo sát lựa chọn thông số đầu vào theo quy định tai Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT [4] để phục vụ thiết kế thi công, sau: Lựa chọn địa điểm thi công: địa điểm thi công lựa chọn phù hợp với khả cung cấp nguyên vật liệu, đặc biệt trọng nguồn cung cấp tro bay, thành phần để chế tạo chất kết dính geopolyme Một tuyến đường thuộc huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận lựa chọn nhằm mục tiêu tận dụng nguồn tro bay nhiệt điện từ Nhà máy nhiệt điện chạy than Vĩnh Tân, Bình Thuận Hiện trạng đoạn đường liên xã tuyến chạy vào khu vực đầm nuôi tôm ven biển địa phương quản lý, mặt đường có kết cấu trạng đường đất cát nhẹ đến cát thể Hình Hình Hiện trạng tuyến đường điều kiện tải trọng 156 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 154-167 Lựa chọn thông số thiết kế mặt đường: Qua điều tra, dự báo đường có trục xe nặng Pmax = 100kN thông qua Số lần tác dụng quy đổi trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn phục vụ thiết kế 10 năm thuộc quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nhẹ có Ne< 3.104 (trục xe/làn) Tải trọng trục tiêu chuẩn Ps = 60 kN (để tính mỏi) theo TCVN 103802014 áp dụng cho giao thông nông thôn Cấp kỹ thuật đường giao thông nông thôn cấp A với hai xe lề đất; Trị số gradien nhiệt độ lớn Tg = 92°C/m Lựa chọn kết cấu mặt đường: Dựa theo quy định 3230/QĐ-BGTVT, đặc tính vật liệu liệu khảo sát, đề xuất kết cấu mặt đường cho đoạn đường thi cơng thí điểm kiểm toán Cụ thể, kết cấu đoạn đường có lớp mặt sử dụng bê tơng geopolyme có cường độ chịu nén đặc trưng fc’ 25 MPa (GPCS 25) dày 20 cm; Lớp phân cách 1-3 cm vải địa kỹ thuật chống thấm; Cấp phối đá dăm dày 18 cm; cát nhẹ đến cát lu lèn đạt K95 Chiều dài đoạn thí điểm dài 23,5 m rộng 3,5 m Các thông số chủ yếu thể Bảng Hình Kết kiểm toán cho thấy ứng suất đáy theo kết cấu lựa chọn đảm bảo trạng thái ứng suất theo quy định 3230/QĐ-BGTVT [4] Bảng Các thông số kĩ thuật kết cấu mặt đường bê tông geopolyme [5] Thông số Kết cấu Lớp vật liệu Chiều dày, cm GPCS 25 20 Lớp phân cách Cấp phối đá dăm Á cát nhẹ Á cát 1-3 18 Đặc điểm Cấp quy mô giao thông Rku= 4,08 (MPa); Eđh= 28,49 (GPa); μc=0,197; αc=9,53με/oC Nhẹ < 3.104 Tấm kích thước 3,5x4,7 m (trục xe/làn); Đường cấp A Vải địa kỹ thuật chống thấm (GTNT); Ps=60KN; E = 250 (MPa) Pmax=100KN; Tg=92oC/m E0= 45 (MPa) Hình Mặt cắt ngang điển hình đoạn tuyến thí điểm THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG GEOPOLYME Trước thi công phần mặt đường sử dụng bê tông geopolyme, hạng mục móng đường phải bảo đảm ổn định hết lún Lớp móng kết cấu mặt đường đoạn thí điểm thi cơng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho kết cấu đường giao thông nông thôn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10380-2014 “Đường giao thông nông thôn - Yêu cầu thiết kế” [6] quy định tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tơng xi măng xây dựng cơng trình giao thơng theo Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT năm 2012 [7] 157 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 154-167 Hình Cơng tác lên khn đường Hình Hồn thiện lớp vải địa kỹ thuật tạo phẳng Trình tự thi cơng mặt đường bê tơng geopolyme áp dụng theo công nghệ thi công đơn giản Sử dụng ván khuôn cố định dùng nhân công rải hỗn hợp bê tông geopolyme, dùng đầm dùi, đầm chấn động hoàn thiện bề mặt bê tông geopolyme phù hợp với dẫn kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng xây dựng cơng trình giao thơng [7] Q trình bước thi cơng đảm bảo u cầu sau: Bê tông geopolyme cần phải đổ cho giữ tính đồng nhất, đầy hết khn, đảm bảo tính tồn khối, khơng xuất vết nứt; Cần ý đổ bê tông geopolyme cho không làm dịch ván khn khỏi vị trí; Chiều cao đổ tự hỗn hợp không cao mức quy định (nhỏ m); Chiều dày lớp đổ bê tông geopolyme không cao mức quy định, từ 20-40 cm bê tông xi măng truyền thống Khi đầm nén hỗn hợp bê tông geopolyme cần đảm bảo độ chặt tính đồng bê tông geopolyme, không làm chảy vữa geopolyme khỏi ván khn, thời gian đầm thích hợp, thời gian đầm ngắn làm cho bê tông không đủ chặt, dài gây phân tầng bê tông geopolyme Thời gian đầm vị trí phải đảm bảo cho bê tông geopolyme đầm kỹ Thời gian đầm hỗn hợp bê tông geopolyme tương tự bê tông xi măng truyền thống Dấu để nhận biết bê tông đầm kỹ vữa lên bề mặt khơng xuất bọt khí Bước di chuyển đầm rùi khơng vượt q 1,5 bán kính tác dụng đầm phải cắm sâu vào lớp bê tơng đổ trước 10 cm Trong q trình đầm đảm bảo khơng làm sai lệch vị trí hỏng ván khn Hình Cơng tác đầm bê tơng geopolyme Hình Cơng tác đổ bê tơng geopolyme 158 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 154-167 Việc hoàn thiện bề mặt phải đảm bảo tạo bề mặt đẹp bền lâu, đảm bảo tính liên tục mạch ngừng thi cơng Việc hồn thiện bề mặt bê tông geopolyme phải đảm bảo không gây vết nứt mặt đường bê tông geopolyme, không tạo lớp hồ geopolyme bề mặt làm giảm khả chịu mài mịn, khơng tạo bề mặt xốp, có bọt rỗ tổ ong, khơng gây hiệu ứng khơng có lợi cho kết cấu mặt đường Hình Cơng tác tạo phẳng mặt đường sử dụng hỗn hợp bê tơng gepolyme (b) (a) Hình Mặt đường bê tông geopolyme trước (a) sau cắt khe (b) Sau hoàn thiện bề mặt, mặt đường bê tông geopolyme cần tiến hành bảo dưỡng Công tác bảo dưỡng phải bắt đầu sau đổ bê tông geopolyme xong Nên sử dụng phụ gia bảo dưỡng phun tạo màng lên mặt bê tông gepolyme để tránh bay nước đột ngột nhằm hạn chế vết nứt co ngót khơng cần tưới nước tạo ẩm để bảo dưỡng bê tông xi măng thông thường Phun tạo màng mặt bê tông geopolyme vừa mặt phun để tạo thành màng kín mặt đường bê tơng geopolyme, khơng có khác biệt màu sắc Đảm bảo vòi phun giữ chiều cao 0,5-1,0 m mặt bê tông geopolyme Không dùng chất tạo màng dễ bị nước xói trơi chất tạo màng có ảnh hưởng xấu đến sức chịu mài mịn cường độ bê tông geopolyme Trong thời gian đầu bảo dưỡng, người phương tiện không lên mặt đường bê tông geopolyme đặc biệt trọng ngày Việc cắt chèn khe mặt đường bê tông geopolyme áp dụng tương tự mặt đường bê tông xi măng truyền thống theo dẫn quy định Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT năm 2012 [7] 159 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 73, Số (02/2022), 154-167 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG GEOPOLYME 4.1 Các tính chất học Bê tơng geopolyme trộn trạm trộn bê tông thương phẩm theo tỉ lệ 17% chất kết dính (bao gồm tro bay xỉ lị cao nghiền mịn); 8,4% chất hoạt hóa; 74,6% cốt liệu (xỉ thép hồ quang điện Thái Nguyên) tính theo khối lượng cho m3 hỗn hợp bê tông tươi [1, 8] Các vật liệu đầu vào sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông geopolyme thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo ATS 5330 – 2020 Hỗn hợp bê tông geopolyme vận chuyển xe bồn từ trạm trộn cơng trình thí điểm xả trực tiếp từ xe bồn thông qua máng dẫn đến kết cấu phần mặt đường Trong trình thi công mặt đường, bê tông geopolyme lấy mẫu đánh giá chất lượng theo tần suất để kiểm tra đặc tính học vật liệu Tiến hành lấy 1-3 tổ mẫu ca (mỗi tổ bao gồm mẫu thí nghiệm nén, uốn dầm mẫu ép chẻ) Chiều dài thi công ngày 100 kN thông qua Như vậy, mặt đường đảm bảo yêu cầu khả chịu uốn 4.2 Độ phẳng đoạn đường thử nghiệm Độ phẳng mặt đường bê tông geopolyme đánh giá thước mét theo TCVN 8864:2011 [15] Tại vị trí thử nghiệm, đặt thước thẳng dài m mặt đường theo hướng song song vng góc với trục đường xe chạy Q trình đo kết thí nghiệm đo độ phẳng mặt đường sử dụng bê tông geopolyme thể Hình 15 Bảng Tiêu chí đánh giá, kiểm tra nghiệm thu độ phẳng phân thành ba mức: tốt, tốt trung bình, tùy thuộc vào vị trí lớp kết cấu vật liệu làm lớp kết cấu Khi kiểm tra nghiệm thu cơng trình mặt đường làm vừa làm xong, đường cao tốc, đường cấp I, cấp II phải đạt mức độ phẳng tốt Đối với đường ô tô cấp khác phải đạt mức độ phẳng tốt Dựa kết đo độ phẳng Bảng kết luận mức độ phẳng phần mặt đường bê tông geopolyme đạt mức tốt 164 Transport and Communications Science Journal, Vol 73, Issue (02/2022), 154-167 Hình 15 Đo độ phẳng mặt đường bê tông geopolyme thước mét Bảng Kết thí nghiệm độ phẳng mặt đường bê tơng geopolyme Vị trí đo Số khe hở mặt đường thước dài 3m, x (mm) So với trục đường TT 3