Nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng làm đường đô thị tại thành phố hồ chí minh,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LỜI CẢM ƠN ******* Sau thời gian chuẩn bị, luận văn tốt nghiệp em hoàn thành Qua em xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu trường Đại Học Giao Thông Vận Tải; - Bộ mơn Đường Bộ; - Cùng gia đình bạn bè tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Vũ Thế Sơn thời gian qua tận tình giúp đỡ em chun mơn nhiều ý kiến góp ý q báu Tuy nhiên thời gian có hạn hạn chế kiến thức nên luận văn tốt nghiệp khơng tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý q thầy để em có thêm kiến thức kinh nghiệm thời gian công tác sau Em xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, ngày 23 tháng 08 năm 2012 Vũ Thị Tuyết MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Ứng dụng vật liệu bê tông rỗng .2 Mục đích đề tài Ý nghĩa đề tài 5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết 6 Độ tin cậy số liệu thí nghiệm .6 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG RỖNG 1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu bê tơng rỗng .7 1.1.1.Tình hình nghiên cứu giới 1.1.1.1.Lịch sử bê tông rỗng 1.1.1.2 Những lợi ích bê tông rỗng 1.1.1.3 Một số ứng dụng thường gặp 1.1.1.4 Độ bền 1.1.1.5 Cường độ chịu nén 1.1.1.5.1 Độ rỗng 11 1.1.1.5.2 Trọng lượng thể tích 12 1.1.1.5.3 Tỉ lệ nước / xi măng 13 1.1.1.5.4 Cát 14 1.1.1.5.5 Kích thước cốt liệu 15 1.1.1.6 Khả thẩm thấu 15 1.1.1.7 Thành phần hỗn hợp 16 1.1.1.8 Vật liệu bê rông rỗng dùng xây dựng 16 1.1.1.9 Vật liệu bê tông rỗng dùng xây dựng đường 18 1.1.1.10 Bê tông rỗng ứng dụng làm bãi đậu xe 21 1.1.1.11 Ứng dụng bê tông rỗng làm lề hành 23 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 23 1.2 Mục đích nghiên cứu 25 1.3 Phương pháp nghiên cứu 25 1.4 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 26 2.1 Cơ sở khoa học bê tông rỗng 26 2.1.1 Cơ sở hóa học 26 2.1.2 Cơ sở vật lý 27 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất bê tơng rỗng 30 2.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng nước đến tính chất bê tơng rỗng 30 2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến tính chất bê tơng rỗng 31 2.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ hồ – cốt liệu đến tính chất bê tông rỗng 31 2.2.4 Ảnh hưởng khối lượng thể tích đến tính chất bê tông rỗng 31 2.2.5 Ảnh hưởng thành phần hạt đến tính chất bê tơng rỗng 31 2.3 Kết luận chương 32 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 33 3.1 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng kích thước thay đổi kích thước cốt liệu bê tông tông rỗng 33 3.1.1 Mục đích thí nghiệm 33 3.1.2 Quy trình thí nghiệm 33 3.1.3 Vật liệu: 33 3.1.4 Phương pháp thiết kế hỗn hợp 36 3.1.5 Phương pháp thành phần cấp phối 36 3.1.6 Phương pháp kỹ thuật trộn bảo dưỡng 37 3.1.7 Phương pháp thí nghiệm 37 3.1.8 Phân tích thống kê kết thí nghiệm 38 3.1.9 Kết thí nghiệm kết luận 40 3.1.9.1 Trọng lượng riêng bê tông rỗng 40 3.1.9.2 Cường độ bê tông rỗng 41 3.1.9.3 Độ rỗng có hiệu bê tơng rỗng 43 3.1.9.4 Tính thấm bê tơng rỗng 45 3.1.9.5 Xác định cấp phối hỗn hợp trường 45 3.2 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lượng nước đến tính chất lý bê tông rỗng 46 3.2.1 Nguyên vật liệu 46 3.2.1.2 Xi măng 49 3.2.1.3 Nước 49 3.2.2 Môi trường dưỡng hộ 49 3.2.3 Thiết kế thành phần cấp phối: 49 3.2.4 Phương pháp thí nghiệm tạo mẫu 50 3.2.4.1 Phương pháp thí nghiệm 50 3.2.4.2 Phương pháp tạo mẫu 51 3.2.5 Phân tích kết thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lượng nước đến tính chất lý bê tông rỗng 56 3.3 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến tính chất lý bê tông rỗng 59 3.4 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ hồ đến tính chất lý bê tơng rỗng 61 3.5 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng khối lượng thể tích đến tính chất lý bê tơng rỗng 64 3.6 Kết luận chương 66 CHƯƠNG THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG DÙNG BÊ TÔNG RỖNG 68 4.1 Cấu tạo áo đường dùng bê tông xi măng rỗng 68 4.2 Tính tốn bề dày mặt đường bê tơng rỗng 68 4.2.1.Thiết kế kết cấu áo đường bê tông rỗng theo ASSHTO 68 4.2.2 Kết cấu áo đường dùng bê tông rỗng 70 4.3 Kết luận chương 74 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Hướng phát triển đề tài 77 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Mối quan hệ cường độ nén tỷ lệ nước / xi măng cốt liệu / xi măng (Malhotra,1976) 10 Bảng 1.2 Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông 17 Bảng 1.3 Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông cho bãi đậu xe 22 Bảng 3.1 Phân tích thành phần cốt liệu tỉ lệ trộn theo NMAS ứng với cỡ hạt lớn 9.5mm 34 Bảng 3.2 Phân tích thành phần cốt liệu tỉ lệ trộn theo NMAS ứng với cỡ hạt lớn 12.5mm 35 Bảng 3.3 Phân tích thành phần cốt liệu tỉ lệ trộn theo NMAS ứng với cỡ hạt lớn 19mm 36 Bảng 3.4 Thành phần hạt cấp phối đá dăm 20x30mm 47 Bảng 3.5 Thành phần hạt cấp phối đá dăm 10x20mm 47 Bảng 3.6 Thành phần hạt cấp phối đá dăm 5x10mm 48 Bảng 3.7 Thành phần cấp phối bê tông rỗng 50 Bảng 3.8 Cường độ chịu nén sau ngày 28 ngày bê tơng rỗng 56 Bảng 3.9 Tính chất lý bê tông rỗng với hàm lượng xi măng khác 59 Bảng 4.1 Tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng theo khối lượng thể tích cường độ chịu nén bê tông rỗng 70 Bảng 4.2 Tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng theo tỷ lệ hồ / cốt liệu cường độ chịu nén bê tông rỗng 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình a Tính thấm nước bê tông rỗng Hình b Bê tơng rỗng ảnh hưởng tích cực đến trình tăng trưởng xanh Hình c Ứng dụng bê tơng rỗng để tăng lượng nước ngầm đất Hình d Kết cấu đường dùng vật liệu bê tông rỗng Hình 1.1 Mối quan hệ cường độ nén tỷ lệ nước/xi măng cốt liệu/xi măng (Malhotra,1976) 10 Hình 1.2 Mối quan hệ cường độ nén sau ngày độ rỗng (Schaefer nnk 2006) 12 Hình 1.3 Mối quan hệ cường độ nén 28 ngày trọng lượng thể tích, (Malhotra,1976) 12 Hình 1.4 Mối quan hệ cường độ chịu nén sau 28 ngày trọng lượng thể tích (Meininger (1988) 13 Hình 1.5 Mối quan hệ cường độ chịu nén tỷ lệ N/XM, (lượng xi măng =239 kg/m3), Meininger (1988) 14 Hình 1.6 Mối quan hệ hàm lượng cát cường độ chịu nén bê tông rỗng, Meininger (1988) 14 Hình 1.7 Mối quan hệ kích cỡ cốt liệu thô cường độ chịu nén bê tông rỗng, Schaefer nnk, (2006) 15 Hình 1.8 Mối quan hệ độ rỗng mức độ thẩm thấu, Schaefer nnk (2006) 16 Hình 1.9 Sự nước bê tông rỗng 17 Hình 1.10 Mặt cắt ngang điển hình bê tông rỗng (Paine, 1990.) 19 Hình 1.11 Hiệu nước mặt đường bê tông rỗng so với mặt đường bê tông thông thường 20 Hình 1.12 Kết cấu đường dùng bê tông rỗng 20 Hình 1.13 Mối quan hệ cường độ, độ rỗng độ thấm bê tông rỗng 21 Hình 1.14 Mặt cắt ngang điển hình bãi đậu xe 21 Hình 1.15 Ứng dụng làm bãi đậu xe 22 Hình 1.16 Mặt cắt ngang điển hình cho lề hành, đường bộ, đường dành cho xe đạp 23 Hình 1.17 Một vài ứng dụng cho đường nội bộ, đường người 23 Hình 1.18 Mặt cắt ngang kết cấu áo đường hẻm, ngõ 24 Hình 1.19 Mặt cắt ngang kết cấu áo đường cơng viên 24 Hình 1.20 Mặt cắt ngang kết cấu áo đường vỉa hè 24 Hình 2.1 Mơ hình cấu trúc vật liệu bê tơng rỗng 28 Hình 2.2 Biện pháp nâng cao cấu trúc bê tông rỗng 29 Hình 2.3 Hàm lượng chất kết dính xi măng bê tơng rỗng 30 Hình 3.1 So sánh trọng lượng riêng mẫu bê tông rỗng theo biện pháp trộn 39 Hình 3.2 Cường độ nén mẫu bê tơng rỗng nhóm theo NMAS 39 Hình 3.3 Cường độ kéo mẫu bê tơng rỗng nhóm theo NMAS 40 Hình 3.4 Sự biến đổi cường độ mẫu bê tơng rỗng phân nhóm theo NMAS 42 Hình 3.5 Mối tương quan cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn bê tông rỗng 43 Hình 3.6 Chất lượng bê tơng rỗng phân nhóm theo NMAS 43 Hình 3.7 Độ thấm nước bê tơng rỗng phân nhóm theo NMAS 44 Hình 3.8 Mối quan hệ cường độ nén, độ thấm nước hệ số không đồng 44 Hình 3.9 Mối quan hệ cường độ nén, độ thấm nước khối lượng đơn vị 44 Hình 3.10 Các loại cấp phối đá dăm sử dụng 49 Hình 3.11 Mẫu đá hình trụ 51 Hình 3.12.Chuẩn bị dụng cụ vật liệu thí nghiệm 52 Hình 3.13 Trộn vữa xi măng với đá, cho hỗn hợp vào khuôn mẫu đầm lèn 52 Hình 3.14 Mẫu BTXM rỗng bảo dưỡng 53 Hình 3.15 Cân đo mẫu trước nén 53 Hình 3.16 Nén mẫu BTXM rỗng 54 Hình 3.17 Thí nghiệm kiểm tra độ thấm nước bê tông rỗng 54 Hình 3.18 Xác định hệ số thấm theo Darcy’s 56 Hình 3.19 Ảnh hưởng độ bẹt tỷ lệ nước – xi măng 57 Hình 3.20 Mối quan hệ tỷ lệ nước – xi măng cường độ chịu nén 57 Hình 3.21 Mối quan hệ tỷ lệ nước – xi măng đến cường độ chịu nén sau 28 ngày 60 Hình 3.22 Mối quan hệ tỷ lệ nước –xi măng tỷ lệ hồ – cốt liệu 61 Hình 3.23 Mối quan hệ tỷ lệ hồ – cốt liệu đến cường độ chịu nén với tỷ lệ cốt liệu – xi măng khác 62 Hình 3.24 Mối quan hệ tỷ lệ hồ - cốt liệu cường độ chịu nén 63 Hình 3.25 Mối quan hệ cường độ chịu nén khối lượng thể tích 64 Hình 3.26 Mối quan hệ khối lượng thể tích mơ đun đàn hồi 66 Hình 4.1: Mặt cắt ngang kết cấu áo đường bê tông rỗng 68 Hình 4.2 Kết cấu áo đường dùng cho vỉa hè 70 Hình 4.3 Kết cấu áo đường đại diện cho mặt đường bãi đậu xe 70 Hình 4.4 Chiều dày bê tơng rỗng theo khối lượng thể tích 71 Hình 4.5 Chiều dày bê tơng rỗng theo cường độ chịu nén 72 Hình 4.6 Chiều dày bê tơng rỗng theo tỷ lệ hồ / cốt liệu 73 Hình 4.7 Chiều dày bê tơng rỗng theo lưu lượng xe / năm 74 Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nằm vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, Thành phố Hồ Chí Mình có nhiệt độ cao năm hai mùa mưa – khô rõ rệt Mùa mưa tháng tới tháng 11, cịn mùa khơ từ tháng 12 tới tháng năm sau Trung bình, Thành phố Hồ Chí Minh có 160 tới 270 nắng tháng, nhiệt trung bình 27 °C, cao lên tới 40 °C, thấp xuống 13,8 °C Hàng năm, thành phố có 330 ngày nhiệt độ trung bình 25 tới 28 °C Lượng mưa trung bình thành phố đạt 1.949 mm/năm, năm 1908 đạt cao 2.718 mm, thấp xuống 1.392 mm vào năm 1958 Một năm, thành phố có trung bình 159 ngày mưa, tập trung nhiều vào tháng từ tới 11, chiếm khoảng 90%, đặc biệt hai tháng Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều, khuynh hướng tăng theo trục Tây Nam – Ðơng Bắc Các quận nội thành huyện phía Bắc có lượng mưa cao khu vực cịn lại Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng hai hướng gió gió mùa Tây – Tây Nam Bắc – Ðơng Bắc Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độ trung bình 3,6 m/s, vào mùa mưa Gió Gió Bắc – Ðơng Bắc từ biển Đơng, tốc độ trung bình 2,4 m/s, vào mùa khơ Ngồi cịn có gió tín phong theo hướng Nam – Đông Nam vào khoảng tháng tới tháng 5, trung bình 3,7 m/s Có thể nói Thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng khơng có gió bão Cũng lượng mưa, độ ẩm khơng khí thành phố lên cao vào mùa mưa, 80%, xuống thấp vào mùa khơ, 74,5% Trung bình, độ ẩm khơng khí đạt bình qn/năm 79,5% Khí hậu bình qn Thành phố Hồ Chí Minh Tháng Trung bình cao °C 10 11 12 32 33 34 34 33 32 31 32 31 31 30 31 (90) (91) (93) (93) (91) (90) (88) (90) (88) (88) (86) (88) Trang Trung bình thấp °C Lượng mưa mm 21 22 23 24 25 24 25 24 23 23 22 22 (70) (72) (73) (75) (77) (75) (77) (75) (73) (73) (72) (72) 14 12 42 220 331 313 267 334 268 115 56 (0.6) (0.2) (0.5) (1.7) (8.7) (13) (12.3) (10.5) (13.1) (10.6) (4.5) (2.2) (http://vi.wikipedia.org/wiki/Thành_phố_Chí_Minh) Về thủy văn, nằm vùng hạ lưu hệ thống sơng Ðồng Nai - Sài Gịn, Thành phố Hồ Chí Minh có mạng lưới sơng ngịi kênh rạch đa dạng.Sông Ðồng Nai bắt nguồn từ cao nguyên Lâm Viên, hợp lưu nhiều sơng khác, có lưu vực lớn, khoảng 45.000 km² Với lưu lượng bình quân 20–500 m³/s, hàng năm cung cấp 15 tỷ m³ nước, sơng Đồng Nai trở thành nguồn nước thành phố Sơng Sài Gịn bắt nguồn từ vùng Hớn Quản, chảy qua Thủ Dầu Một đến Thành phố Hồ Chí Minh, với chiều dài 200 km chảy dọc địa phận thành phố dài 80 km Sông Sài Gịn có lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m³/s, bề rộng thành phố khoảng 225 m đến 370 m, độ sâu tới 20 m Nhờ hệ thống kênh Rạch Chiếc, hai sơng Đồng Nai Sài Gịn nối thông phần nội thành mở rộng Một sơng Thành phố Hồ Chí Minh sơng Nhà Bè, hình thành nơi hợp lưu hai sơng Đồng Nai Sài Gịn, chảy biển Đơng hai ngả Sồi Rạp Gành Rái Trong đó, ngả Gành Rái đường thủy cho tàu vào bến cảng Sài Gịn Ngồi sơng chính, Thành phố Hồ Chí Minh cịn có hệ thống kênh rạch chằng chịt: Láng The, Bàu Nông, rạch Tra, Bến Cát, An Hạ, Tham Lương, Cầu Bông, Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Bến Nghé, Lò Gốm, Kênh Tẻ, Tàu Hũ, Kênh Ðôi Hệ thống sông, kênh rạch giúp Thành phố Hồ Chí Minh việc tưới tiêu, chịu ảnh hưởng dao động triều bán nhật biển Ðông, thủy triều thâm nhập sâu gây nên tác động xấu tới sản xuất nông nghiệp hạn chế việc tiêu thoát nước khu vực nội thành Ứng dụng vật liệu bê tông rỗng Bê tông rỗng bê tơng có độ rỗng cao từ 15-35%, có cấu trúc hở cho phép nước qua cách dễ dàng Nó có tỷ lệ nước / xi măng (W/C) thấp, hỗn hợp có độ sụt thấp Bao gồm xi măng , cấp phối chặt cốt liệu thơ, khơng cần Trang 65 Đường biễu diễn mối quan hệ cường độ chịu nén khối lượng thể tích bê tơng rỗng với hàm lượng xi măng thay đổi là: Y = 0.5156x – 862.99; với R2= 0,9742 Như vậy, mối quan hệ khối lượng thể tích cường độ chịu nén bê tông rỗng tương tự bê tông truyền thống Đo đó, việc thiết kế cấp phối thành phần nguyên vật liệu kiểm tra tính chất bê tơng rỗng khối lượng thể tích, việc thiết kế tối ưu cường độ chịu nén vật liệu kiểm chứng thông qua giá trị khối lượng thể tích Đồng thời, việc thiết kế thay đổi giá trị cường độ chịu nén thông qua biện pháp học, vật lý để làm thay đổi giá trị khối lượng thể tích với hàm lượng xi măng thích hợp Trong việc thiết kế cơng trình giao thơng có sử dụng vật liệu bê tơng, giá trị u cầu cường độ chịu nén mô đun đàn hồi vật liệu Trong nghiên cứu bê tông rỗng, tác giả Huang (2003, pavement Analysis and design, P.580) nghiên cứu, so sánh đưa mối quan hệ mô đun đàn hồi cường độ chịu nén bê tông rỗng theo công thức: E = 57000(Fc)1/2 -Trong đó: E: mơ đun đàn hồi bê tông rỗng (psi) Fc: cường độ chịu nén bê tông rỗng (psi) Trang 66 200 Modun đàn hồi *10^3 (kg/cm2) 180 160 140 120 y = -0.0019x2 + 7.3416x - 7060.8 100 80 60 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Khới lượng thể tích (kg/m3) Hình 3.26 Mối quan hệ khối lượng thể tích mơ đun đàn hồi Mối quan hệ mô đun đàn hồi khối lượng thể tích biễu diễn hình 3.26 [16] Qua đó, mơ đun đàn hồi bê tông rỗng tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích theo cơng thức : Y = -0,0019x2 +7,3416x – 7060,8 Trong đó: Y: mơ đun đàn hồi bê tơng rỗng x: khối lượng thể tích bê tông rỗng 3.6 Kết luận chương - Tiến hành thực nghiệm với mẫu bê tông rỗng tỉ lệ thành phần cốt liệu thay đổi tương ứng với cấp phối đá 5-10mm, 10-20mm 20-30mm - Vật liệu bê tơng rỗng có thành phần cấp phối với xi măng thay đổi từ 1903 300kg/m Tỷ lệ nước/xi măng 0.27-0.43, tỷ lệ cốt liệu/xi măng từ 5-8 nghiên cứu đạt kết sau: + Độ bẹt vữa từ 169-250mm tạo bê tơng rỗng có cường độ sau 28 ngày từ 22-150 kg/cm ,khối lượng thể tích từ 1760-1950 kg/m Trang 67 + Mối quan hệ khối lượng thể tích cường độ chịu nén tuyến tính theo cơng thức: Y = 0,4929x-846.8; với R = 0,6879 + Mối quan hệ cường độ chịu nén tỷ lệ nước/xi măng đường cong bậc Giá trị cường độ nén lớn phù hợp với cấp phối A C + Mối quan hệ tỷ lệ hồ/cốt liệu cường độ chịu nén Y = 2 425,41x + 395,89x – 77,348 với R = 0,9367 + Mô đun đàn hồi bê tông rỗng tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích theo công thức: Y = -0,0019x +7,3416x – 7060,8 Trang 68 CHƯƠNG THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG DÙNG BÊ TƠNG RỖNG 4.1 Cấu tạo áo đường dùng bê tơng xi măng rỗng Kết cấu áo đường dùng bê tông rỗng giống kết cấu áo đường dùng bê tông thông thường gồm lớp: Lớp mặt 1(tấm bê tơng), lớp tạo phẳng 2, lớp móng 3, đất Hình 4.1: Mặt cắt ngang kết cấu áo đường bê tơng rỗng 4.2 Tính tốn bề dày mặt đường bê tơng rỗng - Qui trình tính tốn bê tơng rỗng áp dụng theo bước tính tốn kết cấu áo đường cứng theo tiêu chuẩn ASSHTO 4.2.1 Thiết kế kết cấu áo đường bê tông rỗng theo ASSHTO Thiết kế chiều dày lớp bê tơng rỗng sử dụng theo cơng thức giải tích sau: PSI ) 4.2  1.5  Log10 (W18 )  Z R So  7.35 Log10 ( D  1)  0.06  1.624.107 1 ( D  1)8.46 log10 (     ' 0.75 Sc Cd  D  1.1321    log ( M )  8.07 (4.22  0.32 pt ) log 10 R   0.75 18.42    215.63J  D   ( Ec / k )0.25     Trong đó: W18=DD DL W18 Trang 69 DD: hệ số phân bố theo chiều xe chạy thường lấy =0.5 DL: Hệ số phân bố cho W18 : tổng số tải trọng trục tương đương 18 kíp tích lũy suốt thời kỳ tính tốn mà mặt đường phải chịu cho chiều xe chạy W18  365 N i [(1  g )t  1] g Ni: số trục quy đổi 18 kíp (8.2T) trung bình ngày đêm thơng qua năm đưa đường vào sử dụng g: tỷ lệ tăng trưởng xe hàng năm t: thời gian tính tốn (năm) ZR: hệ số biểu thị độ an toàn cho phép, độ lệch cho phép phụ thuộc vào mức độ tin cậy R(tra bảng) So: sai số tiêu chuẩn D: chiều dày BTXM(inche) S c' : Mô đun phá hoại(psi) EC: Mô đun đàn hồi bê tông xi măng (psi), tính theo cơng thức viện bê tơng Mỹ đề nghị: -Trong đó: E = 57000(Fc)1/2 E: mô đun đàn hồi bê tông rỗng (psi) Fc: cường độ chịu nén bê tông rỗng (psi) Cd:Hệ số xét đến chất lượng nước lớp móng bê tông xi măng mặt đường J: hệ số xét đến liên kết truyền lực xung quanh BTXM k: mô đun phản lực nền(hệ số nền) i ki=f( M Ri , ESB ,DSB) M Ri : Mô đun đàn hồi đất theo trạng thái ẩm thời kỳ i DSB: Bề dày lớp móng i ESB : Mơ đun đàn hồi lớp móng Trang 70 4.2.2 Kết cấu áo đường dùng bê tông rỗng Kết cấu áo đường cho vỉa hè: vỉa hè thiết kế cho người nên việc tính tốn thiết kế gồm lớp sau: Hình 4.2 Kết cấu áo đường dùng cho vỉa hè Kết cấu áo đường dùng cho mặt đường bãi đậu xe: Hình 4.3 Kết cấu áo đường đại diện cho mặt đường bãi đậu xe -Tính tốn so sánh lựa chọn, thiết kế chiều dày lớp bê tông rỗng với lưu lượng xe thiết kế 500.000 đến 5.000.000 xe/ năm Bảng 4.1 Tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng theo khối lượng thể tích cường độ chịu nén bê tông rỗng Cường độ chịu Khối lượng thể Lưu lượng xe Chiều dày nén (kG/cm2) tích (kg/m3) thiết kế (xe/năm) (cm) 65.09 1800 5.000.000 37 90.87 1850 5.000.000 34 116.65 1900 5.000.000 32.25 142.43 1950 5.000.000 30.75 142.43 1950 4.000.000 29.75 STT Trang 71 142.43 1950 3.000.000 28.5 142.43 1950 2.000.000 26.75 142.43 1950 1.000.000 24.25 142.43 1950 500.000 21.5 Bảng 4.2 Tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng theo tỷ lệ hồ / cốt liệu cường độ chịu nén bê tông rỗng Cường độ chịu Tỷ lệ hồ / Lưu lượng xe Chiều dày nén (kG/cm2) cốt liệu thiết kế (xe/năm) (cm) 149.07 0.4 5.000.000 30.5 186.95 0.45 5.000.000 28.75 226.95 0.5 5.000.000 27.5 269.08 0.55 5.000.000 26.5 STT 38 37 Chiề u dà y betong rỗ ng (cm) 36 Lưu lượng thiết kế 5.000.000 xe/năm 35 34 33 y = -0.041x + 110.38 R = 0.9717 32 31 30 1700 1750 1800 1850 1900 1950 Khối lượng thể tí ch (kg/m3) Hình 4.4 Chiều dày bê tơng rỗng theo khối lượng thể tích 2000 Trang 72 38 37 36 Lưu lượng thiết kế 5.000.000 xe/năm Chiề u dà y betong rỗ ng (cm) 35 34 33 32 31 30 y = -0.0487x + 38.497 R2 = 0.9293 29 28 27 26 25 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Cường độ chị u nén (kG/m2) Hình 4.5 Chiều dày bê tơng rỗng theo cường độ chịu nén Kết tính tốn cho thấy, lưu lượng xe thiết kế 5.000.000 xe /năm với bê tơng rỗng có chiều dày cần thiết 21,5 cm đến 37 cm Hình 4.4, sở mối quan hệ khối lượng thể tích cường độ chịu nén xác định theo công thức Y = 0,5156x+862.99, chiều dày lớp bê tông rỗng quan hệ với khối lượng thể tích vật liệu theo công thức: Y = -0,041x + 110.38 với R2 = 0.9717 Hình 4.5 cho thấy cường độ chịu nén chiều dày lớp bê tông rỗng quan hệ tuyến tính theo cơng thức: Y = -0,0487x + 38,497 với R2 = 0,9293 Trang 73 31 Chiều dày betong rỗng (cm) 30 Lưu lượng thiết kế 5.000.000 xe/năm 29 y = -26.5x + 40.9 R = 0.9839 28 27 26 25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 Tỷ lệ hờ / cớt liệu Hình 4.6 Chiều dày bê tông rỗng theo tỷ lệ hồ / cốt liệu Kết nghiên cứu mối quan hệ cường độ chịu nén tỷ lệ hồ / cốt liệu trình bày qua công thức Y = 425,41 x2 + 395,89x – 77,348 Qua tính tốn chiều dày bê tơng rỗng tỷ lệ hồ / cốt liệu quan hệ tuyến tính với chiều dày lớp bê tơng rỗng qua cơng thức : Y = -26.5x + 40.9 với R2 = 0,9839 Trang 74 34 Chiều dày betong rỗng (cm) 32 30 28 y = 2E-06x + 21.899 R = 0.9299 26 24 22 20 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 Lưu lượng xe (xe / năm) Hình 4.7 Chiều dày bê tông rỗng theo lưu lượng xe / năm Trong đó, tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng với khối lượng thể tích cường độ chịu nén vật liệu không thay đổi thay đổi lưu lượng xe tính tốn kết trình bày hình 4.7 Mối quan hệ chiều dày bê tông rỗng lưu lượng xe quan hệ tuyến tính theo cơng thức [16]: Y = 0,000002x + 21,899 với R2 = 0,9299 4.3 Kết luận chương - Khi lưu lượng xe thiết kế 5.000.000 xe /năm với bê tơng rỗng có chiều dày cần thiết 21,5 cm đến 37cm Chiều dày lớp bê tơng rỗng quan hệ với khối lượng thể tích vật liệu theo công thức: Y = -0,041x + 110.38 với R = 0.9717 Và cường độ chịu nén chiều dày lớp bê tông rỗng quan hệ tuyến tính theo cơng thức: Y = -0,0487x + 38,497 với R = 0,9293 - Tỷ lệ hồ / cốt liệu quan hệ tuyến tính với chiều dày lớp bê tông rỗng qua công thức: Trang 75 Y = -26.5x + 40.9 với R = 0,9839 - Khi tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng với khối lượng thể tích cường độ chịu nén vật liệu không thay đổi thay đổi lưu lượng xe tính tốn mối quan hệ chiều dày bê tơng rỗng lưu lượng xe quan hệ tuyến tính theo công thức: Y = 0,000002x + 21,899 với R = 0,9299 Trang 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận - Vật liệu bê tơng rỗng có thành phần cấp phối với xi măng thay đổi từ 1903 300kg/m Tỷ lệ nước/xi măng 0.27-0.43, tỷ lệ cốt liệu/xi măng từ 5-8 nghiên cứu đạt kết sau: + Độ bẹt vữa từ 169-250mm tạo bê tơng rỗng có cường độ sau 28 ngày từ 22-150 kg/cm ,khối lượng thể tích từ 1760-1950 kg/m + Mối quan hệ khối lượng thể tích cường độ chịu nén tuyến tính theo cơng thức: Y = 0,4929x-846.8; với R = 0,6879 + Mối quan hệ cường độ chịu nén tỷ lệ nước/xi măng đường cong bậc Giá trị cường độ nén lớn phù hợp với cấp phối A C + Mối quan hệ tỷ lệ hồ/cốt liệu cường độ chịu nén Y = 2 425,41x + 395,89x – 77,348 với R = 0,9367 + Mô đun đàn hồi bê tông rỗng tỷ lệ thuận với khối lượng thể tích theo công thức: Y = -0,0019x +7,3416x – 7060,8 + Khi lưu lượng xe thiết kế 5.000.000 xe /năm với bê tơng rỗng có chiều dày cần thiết 21,5 cm đến 37cm Chiều dày lớp bê tơng rỗng quan hệ với khối lượng thể tích vật liệu theo công thức: Y = -0,041x + 110.38 với R = 0.9717 Và cường độ chịu nén chiều dày lớp bê tông rỗng quan hệ tuyến tính theo cơng thức: Y = -0,0487x + 38,497 với R = 0,9293 Trang 77 + Tỷ lệ hồ / cốt liệu quan hệ tuyến tính với chiều dày lớp bê tông rỗng qua công thức: Y = -26.5x + 40.9 với R = 0,9839 + Khi tính tốn chiều dày lớp bê tơng rỗng với khối lượng thể tích cường độ chịu nén vật liệu khơng thay đổi thay đổi lưu lượng xe tính tốn mối quan hệ chiều dày bê tơng rỗng lưu lượng xe quan hệ tuyến tính theo công thức: Y = 0,000002x + 21,899 với R = 0,9299 5.2 Hướng phát triển đề tài - Bê tơng rỗng sử dụng điều kiện khí hậu khu vực TP Hồ Chí Minh để giải vấn đề nước mặt cải thiện mơi trường - Nghiên cứu ăn mịn bê tơng rỗng - Làm thực nghiệm số đoạn đường, bãi đậu xe, vỉa hè bê tông rỗng Trang 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS.Nguyễn Văn Chánh, « Nghiên cứu công nghệ sản xuất bê tông nhẹ sử dụng cơng trình xây dựng”, Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 2005 [2] GS.TSKH Phùng Văn Lự; GS.TS Phạm Duy Hữu; TS Phan Khắc Trí “Sách vật liệu xây dựng”, Nhà xuất giáo dục, 2009 [3] Lâm Ngọc Trà My, « Nghiên cứu ứng dụng bê tơng rỗng để xây dựng đường nội khu dân cư đô thị ”, 2009 [4] “Ứng dụng mặt đường bê tơng nhựa rỗng nước thị”, Tạp chí Cầu đường Việt Nam, số 6/2007 [5] Bruce K Ferguson Boise, Idaho “Porous Pavements for Idaho I Getting Porous Pavements Built”, May 2007 [6] Rita Moura Forces “Laboratory Studies on Performance of Porous Concrete”, Department of Civil Engineering , Mackenzie Presbyterian University, Brazil, February, 25th, 2006 [7] Grace Construction Products “Pervious Concrete Mix Proportioning”, Technical bulletin TB-0111, 2006 [8] M.T Suleiman , K Wang , J.T Kevern and P Wiegand,“ An Overview of Pervious Concrete Applications in Stormwater Management and Pavement Systems ” Construction and Environmental Engineering, Iowa State University, Ames, IA, 50011, 2006 [9] YOUNG MIN JOUNG , “Evaluation and optimization of pervious concrete with respect to permeability and clogging”, Submitted to the Office of Graduate Studies of Texas A&M University in partial fulfillment of the requirements for the degree of MASTER OF SCIENCE, december, 2008 [10] JingYang,GuoliangJiang,“Experimental study on properties of pervious concrete pavement materials”,Department of Civil Engineering,Tsinghua Trang 79 University,Beijing 100084, People’s Republic of China Received 30 August 2001; accepted 13 August 2002 [11] Paul D.Tennis Michael Leming David J Akers, “Pervious Concrete Pavements, 2004 [12] J Weiss , and J Olek N Neithalath, «Predicting the Permeability of Pervious Concrete (Enhanced Porosity Concrete) from Non-Destructive Electrical Measurements ”, Clarkson University, Department of Civil and Environmental Engineering, Box 5710, Potsdam, NY 13699, 2006 [13] Kevern, J , Wang, K , Suleiman, M.T , and Schaefer, V.R, « Pervious Concrete Construction: Methods and Quality Control”, Civil, Construction, and Environmental Engineering, Iowa State University, Ames, IA,2006 [14] P.Chindaprasirt, S.Hatanaka, T.Chareerat, N.Mishima, Y.Yuasa Trí “Cement paste characteristics and porous concrete properties”, 2007 [15] Ann marie mulligan, “Attainable compressive strength of pervious concrete paving systems”, University of Central Florida Orlando, Florida, 2005 [16] Nguyễn Thị Phương Linh, « Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông rỗng dùng làm lề hành bãi đậu xe điều kiện khí hậu khu vực tỉnh Bình Thuận ”, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2010 [17] Andrew I Neptune and Bradley J Putman, “Effect of Aggregate Size and Gradation on Pervious Concrete Mixtures”, Clemson University, Department of Civil Engineering, 2010