Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông xi măng cốt sợi cho lớp mặt đường trên các tuyến tỉnh lộ tại tỉnh đồng nai luận văn thạc sỹ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI CHO LỚP MẶT ĐƯỜNG TRÊN CÁC TUYẾN TỈNH LỘ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI CHO LỚP MẶT ĐƯỜNG TRÊN CÁC TUYẾN TỈNH LỘ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 Chun sâu: Kỹ thuật xây dựng đường ô tô đường Thành phố LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN PHƯỚC MINH TP HỒ CHÍ MINH - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, xuất phát từ yêu cầu thực tế phát sinh trình học tập cơng tác cơng ty để hình thành hướng nghiên cứu Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng số tài liệu, thu thập thông tin có nguồn gốc rõ ràng trình bày nguyên tắc Kết trình bày luận văn trung thực, xây dựng trình nghiên cứu thân chưa công bố trước Tp.HCM, tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Quang ii LỜI CẢM ƠN Bằng luận văn này, xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy chương trình Cao học Kỹ thuật xây dựng đường ô tô đường Thành phố K23-2, người truyền đạt cho tơi kiến thức hữu ích chuyên môn sở cho thực tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Phước Minh, người tận tình hướng dẫn cho thời gian thực luận văn, bảo cho nhiều kinh nghiệm thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Bộ môn Đường Bộ thầy cô khác, tạo điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu suốt khóa học Do thời gian có hạn kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn khó tránh khỏi sai sót Kính mong thơng cảm quý thầy cô mong ý kiến đóng góp q báu để tơi tiếp tục hồn thiện luận văn Kính chúc thầy sức khỏe, thành cơng Kính chúc trường Đại học Giao thơng Vận tải, Bộ môn Đường ngày phát triển vững mạnh! Tp.HCM, tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Quang iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN İ LỜI CẢM ƠN İİ MỤC LỤC İİİ DANH MỤC HÌNH VẼ Vİİİ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG TỈNH LỘ TẠI TỈNH ĐỒNG NAI 1.1 Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội : 1.1.1 Vị trí địa lý: 1.1.2 Địa hình: 1.1.3 Thổ nhưỡng: 1.1.4 Khí hậu: 1.1.5 Tình hình kinh tế- xã hội: 1.2 Đặc điểm hệ thống giao thông Tỉnh lộ tỉnh Đồng Nai 1.2.1 Hệ thống mạng lưới giao thông đường bộ: 1.2.2 Hiện trạng mặt đường tuyến đường: 1.3 Kết luận chương 14 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI 16 2.1 Các vấn đề chung mặt đường bê tông xi măng: 16 2.1.1 Đặc điểm chung mặt đường bê tông xi măng: 16 2.1.2 Ưu điểm nhược điểm đường bê tông xi măng: 16 2.1.3 Phân loại mặt đường bê tông xi măng: 17 2.1.4 Phạm vi sử dụng 20 2.1.5 Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng: 21 2.2 Mặt đường Bê tông xi măng đổ chỗ : 38 2.2.1 Trình tự thiết kế mặt đường Bê tông xi măng đổ chỗ: 38 2.2.2.Trình tự thi cơng mặt đường bê tơng xi măng đổ chỗ 46 2.3 Giới thiệu bê tông xi măng cốt sợi: 52 iv 2.3.1 Tình hình ứng dụng Bê tông xi măng cốt sợi gıớı: 52 2.3.2 Nghıên cứu ứng dụng Bê tông xi măng cốt sợi nước 56 2.4 Giới thiệu bê tông cốt sợi thép: 66 2.4.1 Các tiêu chuẩn bê tông cốt sợi thép: 68 2.4.2 Ưu điểm bê tông cốt sợi thép: 69 2.4.3 Lợi ích sản xuất thi công: 70 2.5 Kết luận chương 2: 72 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG CỐT SỢI TRÊN CÁC TỈNH LỘ TỈNH ĐỒNG NAI 73 3.1 Trình tự thiết kế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép: 73 3.1.1 Yêu cầu vật liệu: 73 3.1.2 Thiết kế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi: 77 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá số tiêu kĩ thuật bê tông xi măng cốt sợi: 84 3.2.1 Công tác chuẩn bị: 84 3.2.2 Thí nghiệm kiểm tra số tiêu kĩ thuật hỗn hợp bê tông xi măng cốt sợi bê tông xi măng cốt sợi: 91 3.3 Một số phần mềm thiết kế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép: 97 3.3.1 Phần mềm ARMID2017 (CHLB Đức): 97 3.3.2 Công cụ trực tuyến công ty TNHH Auber: 98 3.4 Giới thiệu kiểm toán kết cấu mặt đường bê tông xi măng cốt sợi cho tuyến tỉnh lộ tỉnh Đồng Nai: 102 3.5 Trình tự công nghệ thi công, nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép: 109 3.5.1 Công nghệ sản xuất vật liệu thi công bê tông xi măng cốt sợi: 109 3.5.2 Thi công mặt đường Bê tông xi măng cốt sợi thép: 109 3.6 Đánh giá hiệu kinh tế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép: 114 3.7 Kết luận chương 3: 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC 123 v Phụ lục 01: Kết thí nghiệm cát chế tạo cấp phối thí nghiệm 124 Phụ lục 02: Kết thí nghiệm đá chế tạo cấp phối thí nghiệm 126 Phụ lục 03: Kết thí nghiệm xi măng chế tạo cấp phối thí nghiệm 128 Phụ lục 04: Kết xác định cường độ nén tổ mẫu ngày tuổi 129 Phụ lục 05: Kết xác định cường độ nén tổ mẫu 28 ngày tuổi 130 Phụ lục 06: Kết xác định cường độ kéo uốn tổ mẫu 28 ngày tuổi 131 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng hợp chiều dài đường (đơn vị tính: km) Bảng 1.2: Tổng hợp toàn tỉnh theo loại mặt đường năm 2011 Bảng 2.1: Quy định chiều dày tối thiểu Bê tông xi măng ứng với cấp đường .22 Bảng 2.2: Modun đàn hồi tối thiểu lớp móng cấp đường 27 Bảng 2.3 Yêu cầu kỹ thuật đá gốc sản xuất cốt liệu lớn làm mặt đường bê tông xi măng 29 Bảng 2.4: Yêu cầu hỗn hợp bê tông làm mặt đường bê tông xi măng 30 Bảng 2.5: Yêu cầu tối thiểu cường độ kéo uốn thiết kế vật liệu móng 44 Bảng 2.6: Chọn độ tin cậy hệ số độ tin cậy thiết kế γr 45 Bảng 2.7: Ảnh hưởng hàm lượng sợi tổng hợp tính chất hỗn hợp bêtơng 53 Bảng 2.8 Kết nghiên cứu sử dụng BTCS cho cơng trình giao thơng Mỹ .54 Bảng 2.9: Các tính chất lý sợi sử dụng 56 Bảng 2.10 Cấp phối thành phần hỗn hợp bêtông cốt sợi tổng hợp (PFRC) .57 Bảng 2.11: Cấp phối thành phần hỗn hợp bêtông cốt sợi thép (SFRC): 58 Bảng 2.12: Cấp phối thành phần hỗn hợp bêtông cốt sợi Bazan (BFRC) 59 Bảng 2.13: Tính chất bêtơng cốt sợi Polypropylene 60 Bảng 2.14 : Tính chất bêtông cốt sợi Bazan .61 Bảng 2.15: Một số loại sợi thép sử dụng giới .67 Bảng 2.16: So sánh tiêu kĩ thuật, thi công BTCS BTXM 69 Bảng 3.1 Yêu cầu kỹ thuật đá gốc sản xuất cốt liệu lớn làm mặt đường bê tông xi măng cốt sợi 75 Bảng 3.2 Hệ số giãn nở chiều BTXM tham khảo cho BTXM cốt sợi 83 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm xi măng để chế tạo mẫu .85 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm cát chế tạo hỗn hợp Bê tông xi măng cốt sợi thép 85 vii Bảng 3.5 Kết thí nghiệm thành phần hạt cát chế tạo hỗn hợp Bê tông xi măng cốt sợi thép 86 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm đá chế tạo hỗn hợp Bê tông xi măng cốt sợi thép 88 Bảng 3.7 Kết thí nghiệm thành phần hạt đá chế tạo hỗn hợp Bê tông xi măng cốt sợi thép 88 Bảng 3.8.Thành phần hỗn hợp (kg/m3) .89 Bảng 3.9 Khối lượng sợi thép sử dụng thí nghiệm chế tạo mẫu 90 Bảng 3.10 Độ sụt mẫu thí nghiệm kiểm tra 92 Bảng 3.11 Cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm kiểm tra .94 Bảng 3.12 Cường độ kéo uốn mẫu thí nghiệm kiểm tra 96 Bảng 3.13: So sánh chi phí thi cơng tâm bê tơng cốt sợi thép với BTCT 114 Bảng 3.14: So sánh chiều dày bê tông cốt sợi thép BTCT thỏa mãn yêu cầu thiết kế 116 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ vị trí địa lý tỉnh Đồng Nai .5 Hình 1.2: ĐT769 phà Cát Lái đến ngã Dầu Giây 12 Hình 1.3: Đường DT 768 ngã ba Gạc Nai bị xuống cấp nghiêm trọng (VOV.vn) 13 Hình 1.4: Đường ĐT319 từ KCN Nhơn Trạch đến ĐT769 14 Hình 2.1: Mặt đường BTXM thơng thường .18 Hình 2.2: Mặt đường BTXM cốt thép mối nối tăng cường 19 Hình 2.3: Mặt đường BTXM cốt thép liên tục 20 Hình 2.4 Mặt đường bê tông xi măng cốt thép làm 20 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí khe co, giãn, khe dọc 23 Hình 2.6 Tác dụng truyền lực để truyền lực .24 Hình 2.7 Bố trí truyền lực để truyền lực 25 Hình 2.8: Bộ Abrams đo độ sụt hỗn hợp bê tông xi măng 31 Hình 2.9: Bộ nhớt Vebe đo độ cứng hỗn hợp bê tông xi măng 33 Hình 2.10: Máy nén bê tơng 2000kN Model C055D 35 Hình 2.11: Bộ máy thử cường độ kéo uốn bê tông 37 Hình 2.12 Ván khn thép 47 Hình 2.13 Cơng tác lắp đặt cốt thép 48 Hình 2.14 Xe cấp bê tông 49 Hình 2.15 Máy rải đầm bê tông trục GT4500 .49 Hình 2.16 Tạo nhám cho mặt đường bê tông 50 Hình 2.17: Hình ảnh sợi Polypropylene sản xuất làm cốt sợi bê tơng xi măng .56 Hình 2.18: Hình ảnh sợi thép sản xuất làm cốt sợi bê tơng xi măng 57 Hình 2.19: Hình ảnh sợi bazan sản xuất làm cốt sợi bê tông xi măng 59 Hình 2.20: Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến tính cơng tác SFRC 61 Hình 2.21: Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ chịu nén SFRC 63 Hình 2.22: Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ chịu kéo SFRC 64 Hình 2.23: Ảnh hưởng hàm lượng sợi bazan cường độ chịu kéo Bê tông cốt sợi bazan 64 Hình 2.24 : Ảnh hưởng hàm lượng sợi thép đến cường độ chịu uốn SFRC 65 117 thi công,nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép - Đồng thời, luận văn nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép giới thiệu số phần mềm thiết kế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép để tiện ứng dụng thực tế 118 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn “Nghıên Cứu, Ứng Dụng Mặt Đường Bê Tông Xı Măng Cốt Sợı Cho Lớp Mặt Đường Trên Các Tuyến Tỉnh Lộ, Tỉnh Đồng Naı” hoàn thành mục tiêu đề mặt khoa học thực tiễn, cụ thể:  Ý nghĩa khoa học: - Giới thiệu tổng quan đıều kıện tự nhıên, kınh tế xã hộı tình hình mặt đường tạı tỉnh Đồng Naı để nghiên cứu phù hợp loại vật liệu làm đường với địa phương - Đánh giá vấn đề chung đường bê tông xi măng + Ưu điểm nhược điểm đường bê tông xi măng + Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng + Yêu cầu vật liệu chế tạo + Trình bày mơ hình tính tốn, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn tính tốn, kiểm tốn + Nêu trình tự thi công mặt đường bê tông xi măng đổ chỗ - Phân tích tình hình ứng dụng Bê tông xi măng cốt sợi gıớı - Nghıên cứu ứng dụng Bê tông xi măng cốt sợi nước - Đánh giá tính chất Bê tơng xi măng cốt sợi qua thành phần cấp phối hỗn hợp Bê tông xi măng cốt sợi loại sợi: bazan, polypropylene, sợi thép tính chất hỗn hợp, cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn từ khẳng định loại sợi gia cường sử dụng chế tạo hỗn hợp bê tông xi măng cốt sợi thép - Giới thiệu tiêu chuẩn bê tông cốt sợi thép phục vụ thiết kế, thi công, nghiệm thu - Mô bê tông xi măng khai thác để đánh giá khả khắc phục bê tông cốt sợi thép - Phân tích kiểm chứng tính chất bê tơng cốt sợi thép thí nghiệm 119 - Đánh giá ưu điểm bê tông cốt sợi thép, lợi ích sản xuất thi công bê tông cốt sợi thép  Ý nghĩa thực tiễn đề tài: - Phân tích trình tự thiết kế, kiểm tốn mặt đường Bê tông cốt sợi thép - Giới thiệu số phần mềm thiết kế - Đưa yêu cầu vật liệu chế tạo bê tông cốt sợi thép - Công nghệ sản xuất vật liệu thi công bê tơng xi măng cốt sợi - Tính hiệu kinh tế bê tông cốt sợi thép - Giúp tiếp cận vật liệu đáp ứng phát triển hạ tầng giao thông - Đưa gợi ý thiết kế, chế tạo, thi công phục vụ cho việc áp dụng vào thực tế  Những hạn chế phương hướng phát triển luận văn: + Những hạn chế luận: Nghıên Cứu, Ứng Dụng Mặt Đường Bê Tông Xı Măng Cốt Sợı Cho Lớp Mặt Đường Trên Các Tuyến Tỉnh Lộ, Tỉnh Đồng Naı toán tương đối rộng, hạn chế thời gian trình độ người viết luận văn nhiều phần cịn thiếu sót như: - Mới thực phịng thí nghiệm, chửa thể triển khai thi cơng đoạn thử trường - Số lượng mẫu với nhiều hàm lượng sợi thép khác chưa nhiều - Phịng thí nghiệm nhiều hạn chế +Hướng phát triển luận văn - Tiếp túc thực thí nghiệm nghiên cứu tìm hàm lượng thép thích hợp để tiến hành lập bảng cấp phối quy chuẩn - Nghiên cứu sử dụng công cụ phần mềm thiết kế mặt đường bê tông xi măng cốt sợi thép 120 Kiến nghị: Từ kết nghiên cứu đề tài tác giả có số kiến nghị sau: + Đề tài mang tính thực tiễn phục vụ công tác làm đường cho tỉnh Đồng Nai Qua đây, kiến nghị nhà quản lý, Bộ, Sở chuyên ngành nên có biện pháp khuyến khích áp dụng, đưa vào khai thác đầu tư để có số lượng mẫu đưa nhiều để đối chứng 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Văn Chánh (2003), “Bê Tông Cốt Sợi Phân Tán”, Hồ sơ nghiên cứu, Trung Tâm Vật Liệu Mài Cao Cấp, Đại Học Bách Khoa TP.HCM Nguyễn Văn Chánh, Trần Văn Miền (2003), Ứng Dụng Bê Tông Cường Độ Cao Cốt Sợi Bazan Cho Các Cơng Trình Chịu Tải Trọng Động, Thơng Tin Phát Triển Khoa Học Công Nghệ Bê Tông Ở Việt Nam (IDC 2003), Đà Nẵng Nguyễn Văn Chánh, Trần Văn Miền (2004), Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi vật liệu Xây dựng địa phương, Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Trần Biên Cương (2008), Bài giảng Xây dựng mặt đường, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Phạm Quang Khởi, Hồ Anh Cương (2016), Một số tính chất lý bê tông xi măng cát cốt sợi thép khả áp dụng kết cấu vỏ cơng trình ngầm,Tạp chí GTVT Sở GTVT Đồng Nai (2007), Quy hoạch tổng thể giao thông vận tải tỉnh đồng nai Đến năm 2010 định hướng phát triển đến năm 2020 Sở Xây dựng Đồng Nai (2014), Báo cáo chương trình phát triển thị tỉnh đồng nai giai đoạn đến năm 2020 giai đoạn 2021-2030 Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Ngọc Long (2010), Bê tông cốt sợi thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội Tiếng Anh American Concrete Institute (1988), ACI 544.4R-88: Design Considerations for Steel Fiber Reinforced Concrete 10 American Concrete Institute (1989), ACI 544.2R-89: Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete 11 American Society for Testing and Materials (2003), ASTM C1116 – 03: Standard Specification for Fiber-Reinforced Concrete and Shotcrete 122 12 American Society for Testing and Materials (2010), ASTM C1116/C1116M − 10a: Standard Specification for Fiber-Reinforced Concrete 13 American Society for Testing and Materials (2012), ASTM C1609 / C1609M – 12: Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading) 14 American Society for Testing and Materials (2016), ASTM A820 / A820M – 16: Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete 123 PHẦN PHỤ LỤC 124 Phụ lục 01: Kết thí nghiệm cát chế tạo cấp phối thí nghiệm 125 126 Phụ lục 02: Kết thí nghiệm đá chế tạo cấp phối thí nghiệm 127 128 Phụ lục 03: Kết thí nghiệm xi măng chế tạo cấp phối thí nghiệm 129 Phụ lục 04: Kết xác định cường độ nén tổ mẫu ngày tuổi 130 Phụ lục 05: Kết xác định cường độ nén tổ mẫu 28 ngày tuổi 131 Phụ lục 06: Kết xác định cường độ kéo uốn tổ mẫu 28 ngày tuổi