BAI GIANG CONG NGHE GIA CO VAT LIEU ROI

bài giảng: công nghệ gia cố vật liệu hạt rời A- PHẦN MỞ ĐẦU A.1 Định nghĩa vật liệu rời: A.2 Định nghĩa gia cố vật liệu rời A.3 Phạm vi nghiên cứu môn học A.4 Tầm quan trọng gia cố vật liệu rời xây dựng giao thông A.5 – Các đặc trưng cường độ độ biến dạng đất vật liệu hạt gia cố 3 3 CHƯƠNG I: GIA CỐ ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG 13 1.1 CÁC ĐẶC TÍNH QUAN TRỌNG CỦA ĐẤT DÙNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1.1 Thành phần hạt cấp phối hạt đất 1.1.2 Giới hạn dẻo, giới hạn chảy số dẻo, số độ sệt đất 1.1.3 Độ chặt độ ẩm đất 1.1.4 Chỉ số CBR (California Bearing Ratio) 1.1.5 Độ trương nở đất 1.1.6 Phạm vi sử dụng loại đất đắp đường 13 13 13 14 16 17 18 1.2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ GIA CỐ ĐẤT 1.2.1 Khái niệm chung 1.2.2 Các phương pháp gia cố đất xây dựng đường ô tô 1.2.3 Đất gia cố xi măng 19 19 20 24 1.3 CÔNG NGHỆ GIA CỐ ĐẤT LÀM ĐƯỜNG Ơ TƠ 1.3.1 Cơng nghệ gia cố đất xi măng 1.3.2 Công nghệ gia cố đất vôi 28 28 33 1.4 ĐẤT GIA CỐ NHŨ TƯƠNG BI TUM 1.4.1 Lý thuyết đất gia cố chất liên kết hữu 1.4.2 Thi cơng mặt, móng đường đất gia cố nhũ tương bi tum 44 45 47 1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐẤT PHI TRUYỀN THỐNG 1.5.1 Phối hợp gia cố đất xi măng/ vôi với tro bay 1.5.2 Đất gia cố xi măng nhũ tương nhựa đường 1.5.3 Gia cố đất sử dụng phụ gia đặc biệt 48 48 49 49 CHƯƠNG 2: GIA CỐ CÁT HẠT NHỎ (CÁT DI ĐỘNG) 54 2.1 ĐẶC ĐIỂM GIA CỐ CÁT HẠT MỊN 54 2.2 GIA CỐ CÁT HẠT MỊN BẰNG CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ 56 2.3 GIA CỐ BẰNG KEO TỔNG HỢP 62 2.4 PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ BỀ MẶT CÁT VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CƠ BẢN 68 2.5 GIA CỐ CÁT SÔNG HỒNG 73 CHƯƠNG III: MẶT ĐƯỜNG LÀM BẰNG VẬT LIỆU ĐÁ GIA CỐ XI MĂNG 75 3.1 KHÁI NIỆM 75 3.2 ĐÁ DĂM VÀ CẤP PHI DM 76 Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cố vật liệu hạt rời 3.3 MẶT ĐƯỜNG ĐÁ DĂM KẸP VỮA XI MĂNG - CÁT 86 3.4 CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG 3.4.1 Nguyên lý gia cố 3.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ cấp phối đá gia cố xi măng 3.4.3 Yêu cầu hỗn hợp cấp phối đá gia cố xi măng dùng mặt đường 3.4.4 Yêu cầu vật liệu dùng để gia cố 3.4 Trình tự nội dung thi cơng lớp cấp phối đá gia cố xi măng 3.4 Kiểm tra, nghiệm thu lớp cấp phối đá gia cố xi măng 89 89 91 93 94 95 99 CHƯƠNG IV: MẶT ĐƯỜNG ĐÁ GIA CỐ NHỰA 101 4.1 ĐÁ DĂM GIA CỐ NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP THẤM NHẬP 4.1.1 Khái niệm chung 4.1.2 Thi công lớp thấm nhập nhựa dùng nhựa hình thức nhựa nóng 4.1.3 Thi cơng lớp thấm nhập nhựa dùng nhựa hình thức nhũ tương 101 101 102 107 4.2 MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA 4.2.1 Khái niệm 4.2.2 Phân loại 4.2.3 Yêu cầu vật liệu (áp dụng cho lớp láng mặt hình thức nhựa nóng) 111 111 112 113 4.3 ĐÁ DĂM GIA CỐ NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN 4.3.1 Khái niệm chung 4.3.2 Phân loại 121 121 122 Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cố vật liệu hạt rời A- PHN MỞ ĐẦU A.1 Định nghĩa vật liệu rời: Vật liệu rời vật liệu dạng hạt khơng có tính dính tính dính nhỏ Tính dính bị tác động định ví dụ ngâm nước Vật liệu rời có tên chung đất (đất xây dựng) Tuỳ theo thành phần hạt chứa vật liệu rời mà chúng có tên khác nhau: đất cát, đất sét, đất cát, đất sét, đất lẫn đá (cấp phối đồi), cuội sỏi (cấp phối suối), đá dăm (vật liệu hạt nghiền từ đá thiên nhiên nhân tạo dạng khối), cấp phối đá dăm (hỗn hợp đá dăm theo tỷ lệ thành phần cỡ hạt định) A.2 Định nghĩa gia cố vật liệu rời Gia cố vật liệu rời sử dụng tác động định nhằm thay đổi giữ lâu dài tính chất định vật liệu rời phù hợp (có lợi) cho mục tiêu sử dụng Biện pháp tác động để gia cố vật liệu rời phong phú: − Các tác động vật lý: thay đổi thành phần hạt, cấp phối hạt; − Các tác động học: ví dụ đầm nén; − Các tác động nhiệt: biến đất thành gạch, thành gốm; − Các tác động hoá học: sử dụng chất liên kết vô (vôi, xi măng, xỉ lò cao…, sử dụng chất liên kết hữu cơ: loại nhựa đường, hợp chất chuyên dụng khác…); − Các tác động điện: dùng dòng điện phá vỡ liên kết phân tử nước với hạt sét để giải phóng nước làm tăng độ chặt đất; − Các tác động đồng thời nhiều nhân tố: -lý; - hoá; lý - hoá; điện – hoá… A.3 Phạm vi nghiên cứu môn học Các vật liệu bê tông asphalt hay bê tông xi măng, bê tông xi măng cường độ cao… xét chất tạo nên loạt trình gia cố vật liệu rời Tuy nhiên, sau tương tác chất vật liệu rời nên chúng không thuộc phạm vi nghiên cứu môn học tính đặc thù nó; Bé m«n đường giảng: công nghệ gia cố vật liệu h¹t rêi Vật liệu đất, cát, cuội sỏi vật liệu đá gia cố sử dụng làm lớp đường, móng móng cho mặt đường cấp cao hay dùng làm lớp móng, lớp mặt cho mặt đường cấp thấp đối tượng môn học đặc biệt quan tâm A.4 Tầm quan trọng gia cố vật liệu rời xây dựng giao thông A.4.1 Vật liệu rời vật liệu rời gia cố sử dụng rộng rãi xây dựng đường ô tô a) Sử dụng xây dựng đường: Nền đường ô tô, đường sắt định nghĩa cơng trình làm đất (theo khái niệm rộng rãi trên: vật liệu rời) Để đảm bảo cho đường mặt đường cơng trình xây dựng đường bền vững lâu dài tác động nhân tố môi trường tác động xe cộ lại đất làm đường phải thoả mãn yêu cầu định, ví dụ: khả chịu lực, thành phần hạt, độ chặt, độ ẩm, số dẻo, độ trương nở…khi yêu cầu không thoả mãn sử dụng biện pháp gia cố đất để làm đường b) Sử dụng xây dựng áo đường (mặt đường): − Làm lớp đáy áo đường cho áo đường cấp cao sử dụng đất chọn lọc (cấp phối đồi) có CBR>10 (12), mơ đun đàn hồi > 50Mpa đất (cát) gia cố vôi, xi măng, nhựa đường, xỉ lị cao… − Làm lớp móng : Mặt đường cấp cao sử dụng cấp phối đá dăm loại 1, loại 2, đất gia cố làm lớp móng Lớp móng mặt đờng cấp cao phải sử dụng vật liệu rời gia cố để đảm bảo tuổi thọ cao mặt đường Có thể cấp phối đá dăm gia cố nhựa, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá dăm đồng kích cỡ gia cố nhựa, gia cố xi măng, cát hạt to, cuội sỏi gia cố xi măng Mặt đường cấp thấp, vật liệu rời vật liệu rời gia cố sử dụng làm lớp móng lớp mặt A.4.2 Sử dụng vật liệu rời vật liệu rời gia cố xây dựng đường tơ có hiệu nhiều mặt a) Hiệu kỹ thuật Nền đường móng đường vật liệu rời vật liệu rời gia cố có ảnh hưởng định đến cường độ tuổi thọ áo đường tồn cơng trình đường Quan điểm chi phối tiêu chuẩn thiết kế xây dựng đường đại Bé môn đường giảng: công nghệ gia cố vật liƯu h¹t rêi Trong tiêu chuẩn TCN 211-06 : thiết kế áo đường mềm, đặt yêu cầu cao đất đắp đường nhằm mục đích nói Đồng thời mong muốn sử dụng vật liệu rời gia cố làm lớp móng áo đường cấp cao b) Hiệu kinh tế Xét tổng thể, áo đường cấp cao, nhiều xe chạy việc nâng cao yêu cầu đường sử dụng vật liệu rời gia cố có lợi kinh tế tăng thời gian sử dụng áo đường (có thể gấp đơi: loại mặt đường, nước dùng 10-12 năm, nước ta 5-6 năm) Để đạt hiệu kinh tế tốt cần đặc biệt lưu ý sử dụng vật liệu địa phương khơng đạt chuẩn gia cố để có vật liệu thích hợp Ví dụ dùng cát hạt nhỏ có khắp sơng đồng Bắc bộ, Nam gia cố xi măng làm lớp đáy áo đường thay cho đất cấp phối đồi phải vận chuyển từ xa đến Chi phí vận chuyển đất trường hợp lớn tiền phải bỏ mua xi măng c) Bảo vệ mạng đường có Khối lượng vật liệu phải chuyên chở để xây dựng đường áo đường lớn Đối với cơng trình lớn lượng vận chuyển lên đến hàng trăm triệu Nhu cầu sử dụng xe trọng tải lớn để vận chuyển cao Mạng lưới đường địa phương bị phá hoại nhanh Khôi phục lại đường sau thi cơng tốn Vì giảm lượng vật liệu từ xa đến, mạng lưới đường có bảo vệ d) Hiệu giảm thiểu tác động đến môi trường Đây yêu cầu cấp bách Cần phải mở rộng phạm vi sử dụng vật liệu địa phương để tránh cho nguồn tài nguyên bị khai thác cạn kiệt, tránh cho ruộng vườn thành ao, hồ, đồi núi bị san hay đào bới nham nhở Ví dụ dùng cát nạo vét kênh mương khu vực Hải Phòng, Hưng Yên, Hải Dương, Hà Nội để đắp đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng (cần hàng chục triệu mét khối) có lợi A.5 – Các đặc trưng cường độ độ biến dạng đất vật liệu hạt gia cố A.5.1 Các đặc trưng cường độ Vì đất vật liệu hạt sau gia cố với chất liên kết trở thành vật liệu gia cố làm lớp kết cấu áo đường có phù hợp với yêu cầu chịu tải bánh xe truyền xung khụng, Bộ môn đường giảng: công nghƯ gia cè vËt liƯu h¹t rêi thơng thường người ta sử dụng đặc trưng cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo trực tiếp (hoặc gián tiếp) hay chịu kéo uốn mẫu vật liệu gia cố đem thử nghiệm trạng thái khô bão hồ nước tuổi mẫu (7, 28, 90 ngày…) Riêng với loại đất cố nhựa lỏng có cấu trúc keo tụ, cịn sử dụng đặc trưng cường độ chống cắt để đánh giá khả ổn định chúng làm việc nhiệt độ cao a) Cường độ chịu nén Để đánh giá cường độ chịu nén vật liệu gia cố chất liên kết người ta thường dùng thử nghiệm nén trục nở hông tự với tiết diện truyền tải tiết diện ngang mẫu Các tiêu chuẩn ngành nước ta quy định sử dụng loại hình mẫu đất vật liệu hạt gia cố chế bị độ ẩm tốt dung trọng khô lớn dung trọng khô yêu cầu tương ứng với công đầm nén tiêu chuẩn cải tiến chế bị áp lực tĩnh 100150 daN/cm2 thời gian phút đất gia cố chất liên kết vô 300daN/cm2 với đất gia cố nhựa lỏng với kích thước mẫu sau: - Mẫu hình trụ trịn có đường kính 152 mm, cao 117mm cho vật liệu hạt có kích cỡ hạt lớn cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng; với loại đất vật liệu có kích cỡ hạt lớn 5mm dùng mẫu hình trụ có đường kính 5cm chiều cao 5cm (cả cho loại đất gia cố liên kết vô hữu cơ) - Theo tiêu chuẩn Anh thi mẫu chuẩn có hình dạng lập phương với kích thước cạnh 150mm dùng cho đất vật liệu hạt gia cố chất liên kết vô cơ; cịn đất gia cố nhựa lỏng lại dùng mẫu hình trụ đánh giá thử nghiệm Mácsan với bê tông nhựa Trong trường hợp không tiện chế bị mẫu lập phương, tiêu chuẩn Anh cho phép sử dụng mẫu hình trụ trịn kết nén phải thay đổi mẫu chuẩn lập phương với hệ số quy đổi thuỳ thuộc kích thước mẫu trụ trịn bảng A1-1 Bảng A1-1: Hệ số quy đổi kết nén mẫu hình trụ trịn mẫu chuẩn hình lập phương Anh Kích thước mẫu trụ trịn Chiều cao x đường kính (mm) Hệ số quy đổi 200x100 115,5x105 127x152 1,25 1,04 0,96 - Ở CHLB Nga sử dụng mẫu trụ trịn có đường kính chiều cao 50 x 50mm cho vật liệu cỡ hạt lớn D = 5mm, 100x100mm cho trường hợp D = 25mm 150 x 150mm cho trường hợp D = 40mm Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cè vËt liƯu h¹t rêi Đối với vật liệu liên kết vô cơ, trước nén mẫu phải bảo dưỡng ẩm (ủ mạt cưa vào gần đến tuổi nén mẫu) phải ngẫm mẫu nước tĩnh 2-3 ngày đêm (mẫu lớn ngày đêm), ngày đầu cho ngập nước 1/3 chiều cao mẫu Mẫu nén tuổi mẫu quy định (7, 14 28 ngày) với tốc độ piston nén 3mm/phút (6±1) daN/cm2.sec Đối với vật liệu gia cố nhựa lỏng, quy định thử nghiệm mẫu thực với bê tông nhựa Kết thử nghiệm nén mẫu tính theo cơng thức: Rnén = P F (A1-1) Trong đó: P tải trọng nén mẫu bị phá hoại (N) F diện tích ban đầu mặt mẫu (cm2) b) Cường độ chịu kéo Đặc trưng cường độ chịu kéo vật liệu tồn khối nói chung đánh giá thơng qua thí nghiệm kéo trực tiếp sơ đồ hình A1-1 thơng qua thí nghiệm ép chẻ sơ đồ A1-2 Hình A1-1: Thí nghiệm kéo trực tiếp Hình A1-2: Thí nghiệm ép chẻ d - đường kính mẫu; t - chiều dài mẫu; p - tải trọng nén mẫu theo đường sinh; σz; σz – phân bố ứng suất theo phương z (thẳng góc với trục y) theo phương y (thẳng góc với trục z) Với thí nghiệm kéo trực tiếp, vật liệu gia cố chế bị thành mẫu trụ trịn có chiều cao 2,5 ÷ 3,0 lần đường kính (Chế bị bảo dưỡng mẫu theo điều kiện vi mu Bộ môn đường giảng: công nghƯ gia cè vËt liƯu h¹t rêi nén); hai đầu biến dạng tương đương với cấp tải trọng kéo (daN/cm2) thông qua đát-sit đo biến dạng Trị số tải trọng kéo lớn triên biểu đồ ứng suất kéo… biến dạng cường độ kháng kéo giới hạn (ứng suất kéo tính theo cơng thức dạng cơng thức A1-1 thay P lực kéo) Mẫu thí nghiệp ép chẻ có đường kính d, chiều cao (dài) t với t nhỏ (thường t≤d) Nén mẫu theo đường sinh mẫu hình trụ cường độ chịu kéo giới hạn R kéoép chẻ épche Rkéo = P  daN  ,  πdt  cm  (A1-2) Trong đó: p- Lực nén lớn đạt đựơc mẫu bị phá hoại (mẫu bị tách vỡ đôi theo mẫu phá hoại d x t); π = 3,1416; Theo tiêu chuẩn ngành 22TCN246-98 cát gia cố xi măng 22TCN245-98 cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng, cường độ chịu kéo ép chẻ xác định với mẫu có d = 152mm, t = 117mm tuổi 28 ngày (có ngâm nước ngày với cát gia cố ngày với cấp phối đá gia cố) với tốc độ nén thí nghiệm nén trục nở hơng tự c) Cường độ chịu kéo uốn Ngoài cách thử nghiệm xác định Tru (cường độ chịu kéo uốn giới hạn) theo 22TCN 22193 với việc sử dụng mẫu dầm 4x4x16cm theo sơ đồ gia tải dầm có 1=14cm Kích thước mẫu dầm thường nước sử dụng là:  5cm x 5cm x24cm (với = 30cm, h = 5cm) dùng cho mẫu đất gia cố xi măng, vôi cát gia cố nhựa lỏng;  10cm x 10cm x 40cm (với 1= 30cm, h = 5cm) dùng cho vật liệu hạt gia cố có cỡ hạt lớn D = 2,5  15cm x 15cm x 55cm (với = 45cm, h = 15cm) dùng cho hỗn hợp gia cố có cỡ hạt lớn D = 3,5 Trong trường hợp gia tải theo sơ đồ hình 1-3 cường độ kéo uốn giới hạn Rku xác định theo công thức Rku = Pl Bh (A1-3) Trong b bề rộng mẫu (b = h) P tải trọng mẫu dầm bị phá hoại Bé m«n đường giảng: công nghệ gia cố vật liệu h¹t rêi Có thể kết hợp biến dạng (độ võng mẫu dầm) để từ xác định mơđun đàn hồi kéo uốn vật liệu gia cố Hình A1 – 3: Sơ đồ gia tải mẫu uốn kiểu dầm (l - khoảng cách gối kê mẫu dầm; h - chiều cao mẫu dầm d) Cường độ chịu cắt Cường độ chịu cắt vật liệu gia cố xác định thí nghiệm nén trục với mãu trụ trịn có đường kính lớn 10cm tuỳ cỡ hạt chiều cao mẫu lớn lần đường kính Ngồi ra, xác định lực dính c vào góc nội ma sát ϕ vật liệu gia cố theo cường độ chịu nén Rnén cường độ chịu kéo trực tiếp R ép chẻ kéo Theo quan hệ sau suy từ vòng Morh biểu thị trạng thái ứng suất cắt kéo (hoặc nén) ϕ Rnén = 2ctg (45 + ) (A1-4) 2c TT Rkéo = (A1-5) ϕ tg (45 + ) c= TT R nén − Rkéo sin ϕ = (A1-6) TT Rnén − Rkéo TT Rnén + Rkéo (A1-7) RnénTT : Cường độ chịu kéo trực tiếp A.5.2 Đặc trưng mỏi vật liệu gia cố Khi vật liệu chịu tác dụng tải trọng trùng phục cường độ giới hạn giảm so với chịu tác dụng tải trọng tĩnh tác lần Hiện tượng gọi hin Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cè vËt liƯu h¹t rêi tượng mỏi (vật liệu bị mỏi) Nguyên nhân gây mỏi cấu tạo lớp vật liệu đồng nhất, có chỗ xấu cục (trộn đất với chất liên kết không đầm nén bị lỏi ) khiến cho phát sinh ứng suất cục bộ, sau nhiều lần tải trọng tải dụng tạo vết nứt nhỏ phát triển liên tục làm giảm diện tích chịu tải hữu hiệu, cuối dẫn đến vật liệu bị phá hỏng sau số lần tác dụng định a) Đối với vật liệu gia cố chất liệu kết vô cơ: Thử nghiệm mỏi thường tiến hành với mẫu dầm thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn nói Kết thí nghiệm cho thấy, đa số vật liệu gia cố vô cơ, quy luật mỏi xác định theo phương trình sau: σ kéo−n Rkéo−n đó: = α − β log N (A1-8) σkéo uốn: Ứng suất kéo – uốn giới hạn tải trọng trùng phục gây ra; R kéo – uốn : Cường độ giới hạn chịu kéo – uốn tác dụng tải trọng tĩnh; N- số lần tác dụng tải trọng trùng phục xác định, σ R thay đổi thuỳ theo loại vật liệu gia cố, tỷ lệ chất liên kết độ chặt đầm nén mẫu Với hỗn hợp bê tông xi măng, theo thực nghiệm Kesler σ = 0.954 R = 0.049, cịn theo Tepfer cho σ = 1.0 R = 0.0685 Ngoài ra, thực nghiệm cho thấy, với N = 107 lần thường σkéo uốn = 0,55 R kéo – uốn σkéo uốn CBR1 phải làm lại thí nghiệm; kết thí nghiệm tương tự chọn CBR2 làm CBR mẫu thí nghiệm g) Xác định số CBR vật liệu Vẽ đồ thị quan hệ CBR- độ chặt K: kết xác định CBR mẫu hệ số đầm nén K tương ứng (trên sở khối lượng thể tích khơ mẫu CBR khối lượng thể tích khơ lớn nhất), vẽ đường cong quan hệ CBR - độ chặt K h) Từ đồ thị này, giá trị độ chặt đầm nén quy định K để xác định CBR Đó giá trị CBR vật liệu (được đầm độ ẩm tốt ứng với độ chặt đầm nén quy định K) 1.1.5 Độ trương nở đất Độ trương nở đất xác định cách ngâm mẫu thí nghiệm CBR a) Ngâm mẫu: tất mẫu sau đầm cối CBR ngâm nước trước thí nghiệm CBR Việc ngâm mẫu tiến hành theo trình tự sau: - Lấy đo trương nở đặt lên mặt mẫu đặt gia tải lên Tổng khối lượng gia tải quy định 4,54 kg - Đặt giá đỡ thiên phân kế có gắn đồng hồ thiên phân kế để đo trương nở lên miệng cối Điều chỉnh để chân đồng đo trương nở tiếp xúc ổn định với đỉnh trục đo trương nở Ghi lại số đọc đồng hồ, ký hiệu số đọc đầu, S1 (mm) - Cho mẫu vào bể nước để ngâm mẫu Duy trì mực nước bể ln cao mặt mẫu 25mm Thời gian ngâm mẫu thường quy định 96 (4 ngày đêm) Sau thời gian ngâm mẫu, ghi lại số đọc đồng hồ đo trương nở, ký hiệu số đọc cuối, S2 (mm) b) Xác định độ trương nở: độ trương nở, tính theo đơn vị %, xác định sau: 17 Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cè vËt liƯu h¹t rêi Độ trương nở (%) = S1 - S2 x 100 (1-5) H đó: S1 số đọc đồng hồ thiên phân kế trước ngâm mẫu, mm; S2 số đọc đồng hồ thiên phân kế sau ngâm mẫu, mm; H chiều cao mẫu trước ngâm, 116,43 mm c) Vật liệu có độ trương nở ≥ % khơng thích hợp để xây dựng đường, sử dụng phải chấp thuận cấp có thẩm quyền Khơng sử dụng vật liệu có độ trương nở lớn % 1.1.6 Phạm vi sử dụng loại đất đắp đường a) Tùy theo cấp đường loại áo đường vị trí lớp đất đắp thân đường người ta quy định loại đất đắp cần có đặc tính Ví dụ đất đắp khu vực hoạt động đường áo đường cấp cao, đường cấp cao cần đạt số CBR>5%, độ trương nở nhỏ 3, hệ số độ chặt theo thí nghiệm đầm nén cải tiến K=>98% Đối với lớp đáy áo đường trường hợp CBR>=10%, K>=1 b) Những đặc tính nói cao cường độ ổn định mặt đường tốt Tuy nhiên loại đất đạt Người thiết kế thường thiên an toàn đưa trị số sử dụng cao yêu cầu tối thiểu tiêu chuẩn, làm hội sử dụng vật liệu địa phương dễ kiếm đẩy giá cơng trình lên cao đồng thời gây khó khăn cho khâu quản lý kỹ thuật xây dựng c) Khi tiêu đất khơng đạt cần nghĩ đến biện pháp gia cố để làm cho loại đất không dùng trở thành dùng có lợi nhiều mặt nói phần mở đầu 18 Bé m«n đường giảng: công nghệ gia cố vật liệu h¹t rêi 1.2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ GIA CỐ ĐẤT 1.2.1 Khái niệm chung Một nguyên tắc quan trọng xây dựng đường tận dụng nguyên vật liệu địa phương Gia cố đất chỗ để làm lớp móng, mặt đường giảm khối lượng đá, sỏi lớn đặc biệt giảm công vận chuyển nên giá thành xây dựng giảm đi, đặc biệt vùng khan đá Đất gia cố chất liên liết vô (xi măng, vôi, ), chất liên kết hữu (nhựa đường, hợp chất cao phân tử ) Chất lượng lớp đất gia cố sánh với lớp đá dăm, cấp phối cấp phối đá dăm Đối với vùng khí hậu ẩm ướt, chế độ ẩm đất bất lợi việc gia cố đất chất liên kết vô hay hữu để làm lớp cịn có tác dụng quan trọng ngăn chặn nước ngầm thấm lên làm yếu lớp kết cấu mặt đường, tránh tình trạng bùn đất phùn lên kẽ đá Trong năm gần đây, nhiều nước sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố đất chất liên kết vô cơ, hữu xây dựng đường ô tô, sân bay đem lại hiệu kinh tế - kỹ thuật cao Ở nước ta, điều kiện khí hậu, điều kiện đất đai, vật liệu chỗ phù hợp với phương pháp sử dụng vật liệu đất gia cố Do kỹ thuật sử dụng đất gia cố nên áp dụng xây dựng đường ôtô Kỹ thuật gia cố đất giới trọng vào vấn đề sau: − Tìm cách nâng cao lực dính bám chất liên kết vùng tiếp xúc với hạt đất, với kết - thể lớn vi - kết - thể hạt đất − Tìm cách cải thiện tính chất cấu đất gia cố: nâng cao độ ổn định nước, nâng cao giảm bớt khả biến dạng tuỳ theo loại cấu trúc, nâng cao cường độ, nâng cao tính chịu bào mịn − Nghiên cứu tìm tác dụng có hiệu lớn chất phụ gia: phụ gia hoạt tính bề mặt hố chất hoạt tính khác, dùng việc gia cố loại đất sét thuộc nguồn gốc khác có thành phần hố - khống khác − Nghiên cứu tìm cách sử dụng có hiệu phương pháp gia cố tổng hợp đất (tổng hợp chất gia cố) 19 Bộ môn đường giảng: công nghệ gia cố vËt liƯu h¹t rêi 1.2.2 Các phương pháp gia cố đất xây dựng đường ô tô Đất, đặc biệt đất dính, hệ thống đa - khống phức tạp, phân tán Bản chất hoá keo hạt mịn phân tán đất có nhiều vẻ khác Trong đất, hạt sét - keo có vai trị quan trọng việc nâng cao cường độ tính ổn định Các hạt sét - keo có tác dụng liên kết cốt liệu lớn đất lại với nhau, mặt khác lại thành phần thường bị thay đổi tính chất đất bị ẩm ướt khô hanh, nên lại tác nhân làm giảm cường độ đất xuống nhiều Dùng chất liên kết, chất phụ gia phương pháp hoá lý khác để gia cố đất mục đích để thay đổi cách tính chất học cấu tạo đất, mà trước hết tác động lên thành phần hạt sét - keo, làm cho tính chất lý tốt hơn, ổn định, thay đổi ẩm ướt Riêng loại đất khơng dính cát nhiệm vụ chủ yếu việc gia cố làm tăng lực dính kết, đặc biệt khơ hanh Đặc tính quan đất dính hệ thống phân tán có tỷ diện lớn, có lượng bề mặt lớn Tuỳ thuộc vào trị số tỷ diện lượng bề mặt mà đất có khả hấp phụ mạnh hay yếu Các tính chất thành phần đất chất gia cố yếu tố có tác dụng định, ảnh hưởng trực tiếp đến kết gia cố đất Còn tác dụng học, lý học thực q trình cơng nghệ thi cơng gia cố đất yếu tố động, có tác dụng tạm thời Nó đẩy mạnh trình cấu trúc hố đất gia cố tn thủ qui định làm yếu, làm chậm khơng tn thủ theo điều kiện Các trình xảy gia cố đất khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất đất, chất gia cố chất phụ gia Các trình là: a) Q trình hố học: hiđrát hoá hạt xi măng, hoá cứng sản phẩm hiđrát hoá, hoá cứng chất tạo tương tác hoá học với phần hạt mịn phân tán đất; trùng hợp chất tổng hợp; tương tác hố học với chất hoạt tính khác b) Q trình hố lý: hấp thụ trao đổi sản phẩm thuỷ phân hiđrát hoá xi măng thành phần hạt mịn phân tán đất hay chất hoạt tính cation hoạt tính anion Sự hấp thụ phân tử chất từ dung dịch bề mặt phân cỏch cỏc 20 Bộ môn đường giảng: công nghƯ gia cè vËt liƯu h¹t rêi pha, đơng tụ không hồi phục chất sét keo, vi - kết - tụ xi măng hố vững bền chất c)Q trình lý hố học: việc làm tơi nhỏ kết thể đất trộn lẫn với xi măng, nhựa, vôi hay chất liên kết phụ gia khác Việc tạo nên độ ẩm tốt độ đầm lèn lớn hỗn hợp đất gia cố, việc bảo dưỡng lớp đất gia cố đầm nèn điều kiện độ ẩm, nhiệt độ, thích hợp cho việc hố cứng Các q trình phức tạp khác liên quan chặt chẽ với Các trình thường nối tiếp nhau, kết hợp nới tạo điều kiện cho Biết kết hợp trình cách đắn tạo điều kiện cho đất gia cố trở thành vật liệu có tính tồn khối, có cường độ cao, ổn định với nước, với nhiệt Có nhiều phương pháp để gia cố đất, tuỳ theo loại chất liên kết nguyên tắc tác dụng chất với đất xem bảng 1-2: − Gia cố đất chất liên kết vơ cơ; − Gia cố đất chất liên kết hữu cơ; − Gia cố đất chất keo trùng hợp cao phân tử; − Gia cố đất phương pháp tổng hợp; − Gia cố đất phương pháp nhiệt; − Gia cố đất phương pháp điện hoá; − Gia cố đất loại muối (để giữ cho thành phần sét - keo đất ln có độ ẩm tốt nhất, để làm với hạt keo thành hợp cht khụng ho tan) 21 Bộ môn đường ... liệu rời gia cố để đảm bảo tuổi thọ cao mặt đường Có thể cấp phối đá dăm gia cố nhựa, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá dăm đồng kích cỡ gia cố nhựa, gia cố xi măng, cát hạt to, cuội sỏi gia cố... 1-2: − Gia cố đất chất liên kết vơ cơ; − Gia cố đất chất liên kết hữu cơ; − Gia cố đất chất keo trùng hợp cao phân tử; − Gia cố đất phương pháp tổng hợp; − Gia cố đất phương pháp nhiệt; − Gia cố... nghệ gia cố vật liệu hạt rời 3.3 MẶT ĐƯỜNG ĐÁ DĂM KẸP VỮA XI MĂNG - CÁT 86 3.4 CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG 3.4.1 Nguyên lý gia cố 3.4.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ cấp phối đá gia cố