Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu chất lượng của mặt đường bám mềm sử dụng vữa có silica fume với nhiều hàm lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN MẠNH TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS ĐỖ THÀNH CHUNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS PHAN TÔ ANH VŨ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 27 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 – Chủ tịch hội đồng: TS Lê Bá Khánh

2 – Thư ký: TS Nguyễn Xuân Long

3 – Ủy viên phản biện 1: TS Đỗ Thành Chung 4 – Ủy viên phản biện 2: TS Phan Tô Anh Vũ 5 – Ủy viên: PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày tháng năm sinh: 12/11/1997 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 8580205

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu chất lượng của mặt đường bán mềm sử dụng vữa có silica fume với nhiều hàm lượng (Study on flexible pavement in which grout using silica fume with many contents)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Đưa ra các ứng dụng, các nghiên cứu, thử nghiệm của mặt đường bán mềm ở trên thế giới và ở nước ta, đặc biệt về silica fume trên thế giới

- Thu thập, so sánh và đánh giá các mẫu bê tông nhựa bán mềm sử dụng vữa có hàm lượng silica fume dựa trên các thí nghiệm

- Đưa ra hàm lượng silica fume tối ưu sử dụng trong bê tông nhựa bán mềm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 11 tháng 02 năm 2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 24 tháng 12 năm 2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN MẠNH TUẤN

TP HCM, ngày 11 tháng 02 năm 2023

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Lê Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Thời gian làm luận văn đối với em đó là một kỷ niệm khó quên Trong quá trình làm luận văn em nhận được sự hỗ trợ, chỉ bảo, quan tâm từ các thầy cô, đơn vị giúp em hoàn thành luận văn

Lời nói đầu tiên em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PTS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn - Chủ nhiệm Bộ môn Cầu Đường, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Đại học Bách Khoa TPHCM đã đồng hành, chỉ bảo, hỗ trợ em trong xuyên suốt thời gian làm luận văn

Em xin cảm ơn tập thể trường Cao đẳng Giao thông vận tải đã hỗ trợ và chỉ bảo em sử dụng thiết bị và thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Cầu Đường của trường

Em xin cảm ơn tập thể trường Sư phạm kỹ thuật đã hỗ trợ và hướng dẫn em thực hiện thí nghiệm tại phòng lab của trường

Em xin cảm ơn Công Ty TNHH TM DV TC XD Cầu Đường Hồng An đã hỗ trợ những vật liệu như cốt liệu, đá dăm, nhựa đường trong nghiên cứu này

Cuối cùng em muốn bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh, quan tâm và giúp đỡ em trong việc hoàn thành luận văn

Trong quá trình làm việc, em đã học được nhiều kiến thức mới cũng như nắm được những phương pháp thí nghiệm Tuy vậy vì thời gian, điều kiện làm luận văn có thời hạn nên vẫn còn sai sót trong luận văn này, em rất hy vọng nhận được ý kiến đóng góp từ mọi người để bài luận của em trở nên hoàn thiện hơn

Một lần nữa, em xin chúc thầy cô và các đơn vị luôn khỏe mạnh, thành công trong mọi công việc

TP HCM, ngày 24 tháng 12 năm 2023

Đặng Thành Hoàng

Qua nhiều năm nghiên cứu, hiện nay mặt đường bán mềm đã được sử dụng ở nhiều nước kể cả Việt Nam Ứng dụng của mặt đường bán mềm rộng rãi tại những tuyến đường với lượng xe tải trọng lớn và cả những khu vực tĩnh tãi lớn như trạm thu phí, sân bay Với sự kết hợp những đặc tính vượt trội của mặt đường bê tông nhựa cùng mặt đường bê tông xi măng thì mặt đường bán mềm là một trong những giải pháp phù hợp điều kiện kinh tế, hạ tầng nước ta cùng với xu hướng phát triển hạ tầng giao thông trên thế giới

Với việc thực hiện thí nghiệm độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun phức động thì luận văn đã đưa ra các đánh giá về vật liệu bê tông nhựa vữa xi măng có hàm lượng silica fume kết hợp khung bê tông nhựa cấp phối hở sử dụng nhựa đường

Through many years of research, currently semi-flexible pavement has been used in many countries including Vietnam The application of semi-flexible pavement is widespread on roads with large vehicle loads and large static areas such as toll stations, airports With the combination of outstanding properties of concrete pavement Asphalt concrete and cement concrete pavement, semi-flexible pavement is one of the solutions suitable to our country's economic and infrastructure conditions along with the trend of traffic infrastructure development in the world

By performing tests on Marshall stability, indirect tensile strength, static elastic modulus and complex dynamic modulus, the thesis has made assessments on cement mortar asphalt concrete materials with silica content fume combines an open-graded asphalt concrete frame using asphalt

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam kết luận văn “Nghiên cứu chất lượng của mặt đường bán mềm sử

dụng vữa có silica fume với nhiều hàm lượng” là bản thân em tự thực hiện dưới sự

chỉ bảo, hỗ trợ từ PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn Việc tiến hành nghiên cứu và kết quả đạt được hoàn toàn phụ thuộc vào sự trung thực và khách quan Các con số, hình ảnh và biểu đồ được áp dụng trong bài luận xuất phát từ các nguồn chuẩn, tạp chí và được ghi chú rõ ràng trong phần danh mục của tài liệu tham khảo

Về phần nội dung luận văn, em chịu trách nhiệm hoàn toàn nếu có phát hiện bất kỳ hành vi gian lậns nào trong nghiên cứu này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5 Nội dung của luận văn 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Giới thiệu chung 4

2.1.1 Phân loại mặt đường 4

2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm 12

2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mặt đường bán mềm trên thế giới và Việt Nam 13

2.3.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới 13

2.3.2 Các nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam 16

2.3.3 Ứng dụng silica fume trong mặt đường bán mềm 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG 27

3.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 27

3.2 Thiết kế khung bê tông nhựa rỗng 28

3.2.1 Cốt liệu 28

3.2.2 Đường cong cấp phối 28

3.2.3 Nhựa đường ICT 29

3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng đầm nén đến khung BTNR 30

3.3 Thiết kế hỗn hợp silica fume 30

3.3.1 Tổng quan 30

3.3.2 Thành phần vữa xi măng sử dụng silica fume 30

3.4 Chế tạo mẫu bê tông nhựa vữa xi măng 34

CHƯƠNG 4: SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG 37

4.1 Thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu 37

4.2 Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) 39

4.3 Thí nghiệm độ ổn định Marshall 41

4.4 Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic Modulus) 44

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Kiến nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mặt đường bán mềm Densiphalt ứng dụng tại Bến cảng container [1] 2

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung kết cấu mặt–nền đường [5] 4

Hình 2.2: Hình ảnh và cấu tạo thực tế nón Marsh [1] 9

Hình 2.3: Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn và nén của vữa [17] 10

Hình 2.4: Kết cấu áo đường EucoPave [1] 14

Hình 2.5: Sân bay quốc tế Logan, Boston ứng dụng mặt đường EucoPave [2] 15

Hình 2.6: Sân bay quốc tế Changi, Singapore ứng dụng vữa Chemilink SS-141 [3] 15

Hình 2.7: Mặt đường bán mềm có màu được rải 1 đoạn gần chợ Đệm 16

Hình 2.8: Hiện trạng mặt đường bán mềm thi công đoạn đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm năm 2015 [7] 17

Hình 2.9: Thi công thí điểm mặt đường bán mềm bằng vữa Vinkems Asphalsol tại cổng KCN Tân Tạo (Ảnh chụp 04-2018) 18

Hình 2.10: Thi công vữa xi măng SPT tại Đà Nẵng [21] 20

Hình 2.11: Độ chảy của hỗn hợp vữa [22] 22

Hình 2.12: Độ ổn định Marshall [23] 22

Hình 2.13: Cường độ chịu kéo gián tiếp [23] 23

Hình 2.14: Tác động của phụ gia siêu dẻo đối với độ chảy [26] 26

Hình 3.1: Elkem Microsilica® 940 27

Hình 3.2: Nhựa đường ICT 29

Hình 3.3: Biểu đồ quy trình lựa chọn thành phần trong vữa xi măng [30] 31

Hình 3.4: Thí nghiệm vữa xi măng 32

Hình 3.5: Biểu đồ kết quả thí nghiệm các loại vữa 34

Hình 3.6: Máy đầm Marshall; khuôn và dụng cụ đúc mẫu (Ảnh chụp 11-2023) 34

Hình 3.7: Mẫu bê tông nhựa rỗng sau khi chế tạo xong (Ảnh chụp 11-2023) 35

Hình 3.8: Tạo mẫu và đánh dấu trước khi tiến hành rót vữa (Ảnh chụp 11-2023) 35 Hình 3.9: Đo lường phần trăm phụ gia, kiểm tra độ chảy của hỗn hợp vữa trước khi đổ vào khuôn bê tông nhựa rỗng (Ảnh chụp 11-2023) 36

Hình 3.10: Mẫu sau khi rót vữa xi măng và quá trình ninh kết sau 2 giờ 36

(Ảnh chụp 11-2023) 36

Hình 4.1 : Dụng cụ chế tạo mẫu mô đun đàn hồi (Ảnh chụp 11-2023) 37 Hình 4.2: Thí nghiệm Mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa vữa xi măng 38 (Ảnh chụp 12-2023) 38 Hình 4.3: Biểu đồ kết quả thí nghiệm Mô đun đàn hồi bê tông nhựa vữa xi măng 39 Hình 4.4: Tủ ổn nhiệt và máy nén đa năng thí nghiệm ép chẻ (Ảnh chụp 12-2023) 40 Hình 4.5: Mẫu bê tông nhựa vữa xi măng sau khi ép chẻ (Ảnh chụp 12-2023) 40 Hình 4.6: Biểu đồ kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp 41 Hình 4.7: Bình ổn định nhiệt và máy nén và khuôn ép Marshall.(Ảnh chụp 12-2023) 42 Hình 4.8: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall 43 Hình 4.9: Dạng xung tải thể hiện qua thời gian tăng tải và tải trọng lớn nhất [33] 45 Hình 4.10: Thí nghiệm xác định mô đun phức động của bê tông nhựa vữa xi măng (Ảnh chụp 12-2023) 45 Hình 4:11: Hệ số dịch chuyển a(T) trong nghiên cứu 46 Hình 4:12: Dạng đồ thị Master curve theo hàm sigmoidal 47 Hình 4:13: Kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng không sử dụng silica fume 49 Hình 4:14: Kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng có hàm lượng silica fume 5% 49 Hình 4:15: Kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng có hàm lượng silica fume 7% 50 Hình 4:16: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 0% silica fume 51 Hình 4:17: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 5% silica fume 52 Hình 4:18: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 7% silica fume 52 Hình 4:19: Mối liên hệ về mô đun phức động của các mẫu BTN vữa xi măng 53

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng so sánh các loại mặt đường theo Infrasol [7] 5

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớn sử dụng trong mặt đường bán mềm 8

Bảng 2.3: Một số loại nhựa được áp dụng trong mặt đường bán mềm 9

Bảng 2.4: Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vữa xi măng tại Việt Nam [4] 10

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn kỹ thuật của vữa xi măng áp dụng trong mặt đường bán 11

mềm tại Nhật [17] 11

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn kỹ thuật trong vữa Densiphalt [1] 11

Bảng 2.7: Tiêu chuẩn kỹ của vữa Chemilink SS 141 [3] 11

Bảng 2.8: Kết quả so sánh giữa 2 loại mặt đường theo Anderton [8] 12

Bảng 2.9: Tiêu chuẩn cho hỗn hợp mặt đường bán mềm của (NEXCO) [17] 13

Bảng 2.10: Tiêu chuẩn kĩ thuật cho mặt đường bán mềm Densiphalt tại nhiệt độ 20℃ (Data Sheet Densiphalt) [1] 13

Bảng 2.11: Bảng hàm lượng vật liệu trong hỗn hợp vữa [22] 21

Bảng 2.12: Tỉ lệ pha trộn các thành phần của vữa xi măng [24] 23

Bảng 2.13: Kết quả thí nghiệm của vữa xi măng [24] 24

Bảng 2.14: Tỉ lệ hỗn hợp của vữa xi măng [26] 25

Bảng 2.15: Ảnh hưởng của việc thay thế Silica Fume đến cường độ nén [26] 26

Bảng 3.1: Bảng cấu tạo hóa học của Elkem Microsilica® 940 27

Bảng 3.2: Cấp phối sử dụng trong luận văn 29

Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm số chày đầm mỗi mặt là 35 chày [20] 30

Bảng 3.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với vữa xi măng 31

Bảng 3.5: Tỉ lệ % thành phần silica fume so với khối lượng xi măng 31

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm của các loại vữa 33

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu 38

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp 41

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm nén Marshall 43

Bảng 4.4: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 0%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ 48

Bảng 4.5: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 5%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ 48

Bảng 4.6: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 7%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ 48

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Để đẩy mạnh sự phát triển kinh tế, một giải pháp quan trọng là chính phủ tập trung vào việc đầu tư công Trong số đó, lĩnh vực giao thông vận tải được xem là một trong những ngành thu hút vốn đầu tư công lớn nhất Các dự án đáng chú ý như đường cao tốc Bắc Nam giai đoạn 1, cầu Mỹ Thuận 2 và cầu Rạch Miễu 2 Ngành giao thông vận tải phát triển, lưu lượng xe cũng tăng đáng kể, đặc biệt là các chiếc xe tải nặng Thực tế chỉ ra các tuyến đường bê tông nhựa ở Việt Nam đã có nhiều hư hỏng như nứt rạn, xô dồn, lún vệt bánh xe Đặc biệt, tại các điểm như ngã tư, nút giao cắt… tình trạng hư hỏng trở nên trầm trọng và tiềm ẩn nguy hiểm đối với những người tham gia giao thông Đây là một vấn đề đáng lo ngại đối với lãnh đạo ngành giao thông vận tải và chính phủ Vì vậy, việc nghiên cứu và đề xuất biện pháp xử lý vấn đề này trở thành một vấn đề quan trọng hàng đầu trong lĩnh vực giao thông vận tải

Tại Việt Nam, mặt đường được sử dụng phổ biến là mặt đường bê tông nhựa chặt Trước đây lưu lượng xe còn thấp mặt đường bê tông nhựa chặt là biện pháp tối ưu với những đặc điểm như thi công chi phí thấp, thời gian ngắn, đáp ứng cơ bản tải trọng thiết kế… nhưng khi lưu lượng xe tăng trưởng nhanh đặc biệt là những xe tải nặng mặt đường bê tông nhựa chặt đã có nhiều hư hỏng như hằn lún vệt bánh xe, xô dồn … Mặt đường bê tông xi măng đã trở thành một trong những cách để giải quyết vấn đề này với khả năng chịu tải lớn, chống lún và mỏi cao… Tuy nhiên những hạn chế lớn của mặt đường bê tông xi măng là chi phí lớn, thời gian khá lâu, điều này khiến cho việc sử dụng rộng rãi trở nên khó khăn

Một trong những giải pháp hiện nay được áp dụng tại nhiều đất nước trên thế giới đó là xây dựng mặt đường bán mềm (MĐBM) Một số công trình sử dụng mặt đường bán mềm tiêu biểu trên thế giới như: Mặt đường bán mềm Densiphalt ứng dụng tại bến cảng container [1], Sân bay quốc tế Logan, Boston ứng dụng mặt

đường EucoPave [2], Sân bay quốc tế Changi, Singapore ứng dụng vữa Chemilink SS-141 [3] Nguyên lý cơ bản của mặt đường bán mềm là sử dụng vữa xi măng để

rót vào các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng có độ rỗng dư từ 22 đến 28% [4] Sự kết

hợp các điểm mạnh của bê tông nhựa và bê tông xi măng đã tạo ra mặt đường bán mềm như cường độ cao, tính chất bề mặt tuyệt vời, dễ thi công và thoải mái khi xe chạy do không có mối nối, khả năng chống hằn lún và mỏi cao, chống ẩm tốt hơn và chống thấm tốt

1.3 Ý nghĩa của đề tài

Tìm hàm lượng ứng dụng được silica fume trong vữa xi măng nâng cao đường độ cường độ mặt đường bán mềm cũng như hàm lượng thay thế xi măng bằng silica fume là ý nghĩa thực tiễn đề tài

Ý nghĩa về mặt khoa học của đề tài là thực hiện nghiên cứu và đánh giá các chỉ số về mặt kỹ thuật của mặt đường bán mềm, dùng silica fume có sẵn ngoài thị trường

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu áp dụng trong đề tài là lý thuyết kết hợp với thực tiễn thông qua các thí nghiệm trong phòng

- Tác giả thực hiện lựa chọn loại silica fume, tỉ lệ silica fume, loại nhựa phù hợp với môi trường ở Việt Nam Tổng hợp những nghiên cứu về áp dụng của silica

fume trong mặt đường bán mềm

- Tiến hành các thí nghiệm nhằm so sánh mẫu bê tông nhựa rỗng và vữa xi măng với các tỉ lệ khác nhau, so sánh với hỗn hợp bê tông nhựa thông thường Từ các bảng tổng hợp, hình ảnh, kết quả và nhận xét tìm ra được hàm lượng slica fume tối ưu

1.5 Nội dung của luận văn

Luận văn này có nội dụng gồm các chương như sau

- Chương 1: Mở đầu - Chương 2: Tổng quan

- Chương 3: Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa vữa xi măng

- Chương 4: Các hàm lượng silica fume trong bê tông nhựa vữa xi măng được

đánh giá, so sánh về chất lượng

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Phân loại mặt đường

Mặt đường bán mềm gồm 2 phần: phần vữa bê tông xi măng với vai trò lấp đầy các lỗ rỗng và phần khung là hỗn hợp bê tông nhựa rỗng

Tại Việt Nam, mặt đường cứng (bê tông xi măng) và mặt đường mềm (bê tông nhựa) là 2 loại mặt đường chính thường được áp dụng Mỗi mặt đường có những điểm mạnh và điểm yếu riêng biệt ứng với mỗi công trình cụ thể Mặt đường mềm với ưu điểm thời gian xây dựng nhanh và giá thành thi công thấp được ứng dụng rộng rãi cho đường ngoài đô thị với lưu lượng xe thấp yêu cầu xe chạy êm thuận Mặt đường cứng được ứng dụng tại các vị trí trạm dừng chân, lối vào cao tốc…vì khả năng chịu được trọng tải lớn Hiện nay, mặt đường bán mềm còn có tên gọi khác là mặt đường bán cứng cũng có nhiều nghiên cứu và áp dụng tại nước ta

Tại TCCS 38:2022/TCĐBVN về Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế [5] thì kết cấu áo đường mềm (còn gọi là áo đường mềm) là kết cấu có nhiều lớp vật liệu với tầng móng bao gồm các lớp từ các loại vật liệu đa dạng đặt trên một nền đất đã được cải tiến hoặc xử lý cơ học, tầng mặt bao gồm các lớp được làm từ các loại vật liệu hạt, các vật liệu này đã được xử lý bề mặt bằng nhựa đường hay hỗn hợp của vật liệu hạt với nhựa đường Loại mặt đường được dùng nhiều nhất tại nước ta là mặt đường mềm

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung kết cấu mặt–nền đường [5]

Theo TCCS 40:2022/TCĐBVN về thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông [6] thì loại cấu tạo áo đường có lớp móng làm bằng các loại vật liệu đa dạng đặt trên nền đường hoặc trên lớp đáy móng và tầng mặt làm bằng bê tông xi măng là loại áo đường cứng Mặt đường cứng có năng lực chịu tải trọng lớn nên thường xuyên được lắp đặt tại các nơi có trọng tải và lưu lượng lớn

Trong khi đó tại Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 18/02/2020 [4] về ban hành Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê tông bán mềm thì bê tông bán mềm được định nghĩa là lớp vật liệu được làm ra bằng cách tạo một lớp bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ rỗng dư khoảng 22% - 28%, kế đó đổ hỗn hợp vữa xi măng (VXM) vào lắp đầy các lỗ rỗng của lớp bê tông nhựa rỗng Mặt đường bán mềm này sử dụng hai chất kết dính là nhựa đường (mang tính mềm) và xi măng (mang tính cứng), từ đó hạn chế tối đa những khuyết điểm của mặt đường bê tông nhựa và mặt đường bê tông xi măng

Bảng 2.1: Bảng so sánh các loại mặt đường theo Infrasol [7]

TT Nội dung

Mặt đường bán mềm (MĐBM)

Bê tông nhựa (BTN)

Bê tông xi măng (BTXM)

1 Chỉ tiêu kỹ thuật

Chịu tải nặng tốt Không gây lún và giữ nước

Ổn định nhiệt và nước

Chịu tải trọng lớn, độ bền cao

Chịu tải trọng lâu dài dễ gây trượt lún, vệt bánh xe, trồi trượt

Không bền ở nhiệt độ cao, độ kháng lún yếu

Tuổi thọ cao, thời gian áp dụng dài hơn bê tông nhựa

Bền ở nhiệt độ cao, chịu tải trọng cao, không bị các hiệu ứng võng lún như đường asphalt

2

Thời gian thi

công

Thi công nhanh, thời gian bảo dưỡng khoảng 1 ngày

Thi công nhanh chóng

Thi công chậm, mất nhiều thời gian bảo dưỡng

3

Chi phí xây dựng

Chi phí bảo trì thấp hơn đường bê tông xi măng

Chi phí cao hơn bê tông nhựa nhưng thấp hơn bê tông xi măng

Chi phí sửa chữa thấp, chi phí ban đầu thấp

Phí đầu tư cao, chi phí duy tu, sửa chữa cao

4 An toàn

Ít gây tiếng ồn Cải thiện tầm nhìn tốt

Độ dính bám cao, ít văng nước và giữ nước

Chảy nhựa, tầm nhìn kém

Dễ xảy ra lún trồi , đọng nước , văng nước gây mất an toàn

Cho tầm nhìn tốt nhờ màu sáng

Giảm văng nước, ít lún, đọng nước, độ dính bám cao

2.1.2 Lịch sử phát triển mặt đường bán mềm

Đi tiên phong trong lĩnh vực mặt đường bán mềm trong thập niên 1960 với quy trình Salviacin do công ty Jean Lafbvre nghiên cứu và phát triển (G.L Anderton 2000, A.Setvawan 2003)[8] [9] Kế đó vào những năm 1975-1976 dự án Vickburg tại hoa Kỳ do hiệp hội kỹ sư đường thủy quân đội Hoa Kỳ - WES thực hiện (G.L Anderton, 2000) [8] WES thực hiện một số dự án sân bay như R.C Ahlrich & G.L Anderton 1991 trong giai đoạn 1987 – 1989 (R.C Ahlrich & G.L Anderton 1991) [10] Đã có 25 nước ứng dụng mặt đường bán mềm vào năm 1990 Cũng trong năm 1990, Nhật Bản đã xây dựng được 288 x 103 m2 mặt đường bán mềm Đến năm 1996, tại Mỹ đã có 288 x 103 m2 mặt đường bán mềm Đầu thế kỷ 21, các quốc gia Châu Á đã áp dụng mặt đường bán mềm tại các khu vực có lưu lượng xe tải nặng cao

Vào năm 2015 tại Việt Nam công ty Infrasol đã tiến hành rải thử nghiệm 300m tại thành phố Hồ Chí Minh ở đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm Tiếp đến, tại Đà Nẵng công ty Taiyu đã rải thử nghiệm mặt đường bán mềm tại đường Võ Chí Công Vào năm 2018 công ty Infrasol tiếp tục rải thử nghiệm hỗn hợp bán mềm sử dụng vữa Vinkems Asphasol tại bên trái tuyến trước khu công nghiệp Tân Tạo, Đoạn quốc lộ 1, BOT An Sương – An Lạc, TP HCM

2.1.3 Phạm vi sử dụng của mặt đường bán mềm

Mặt đường bán mềm đã được áp dụng ở các quốc gia tiên tiến trên thế giới thay cho 2 loại mặt đường truyền thống Ngoài ra còn được ứng dụng ở các nơi lưu lượng giao thông thường xuyên chịu tải trọng nặng có tốc độ chậm như: kho bãi, sân đậu máy bay, bãi container, giao lộ, trạm thu phí…

Tại Việt Nam, bê tông nhựa chủ yếu sử dụng vật liệu là nhựa đường có nhiệt độ hóa mềm dưới 56℃ với độ kim lún 60/70 Ở khu vực trong điều kiện thời tiết nước

ta, nhiệt độ ở bề mặt đường lên đến 65℃ gây ra mất ổn định dẫn đến xuất hiện hư hỏng mặt đường [11] Kết quả tương tự theo nghiên cứu Phạm Huy Khang năm 2014 [12] Trong khi đó trong bối cảnh kinh tế tại Việt Nam thì việc áp dụng mặt đường bê tông xi măng là không tối ưu do thời gian thi công lâu (28 ngày) và chi phí cao Theo nghiên cứu của tác giả Đào Văn Đông [13] việc áp dụng mặt đường bán mềm mang lại nhiều tiện ích tại Việt Nam Do đó, kết cấu mặt đường bán mềm có nhiều triển vọng ứng dụng cho việc thi công các tuyến đường cao tốc, cấp cao, các đường chịu tải trọng nặng thường xuyên tại Việt Nam

2.2 Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm 2.2.1 Cốt liệu lớn (đá dăm)

Bê tông nhựa rỗng được thi công theo phương pháp trộn nóng, rải nóng; là bê tông nhựa có cấp phối cốt liệu hở (open-graded); có độ rỗng dư khoảng 22% -28%

Bê tông nhựa rỗng (BTNR) bao gồm các hạt cốt liệu lớn đồng nhất, không có hoặc có một chút hạt cốt liệu nhỏ và bột khoáng; là loại kết cấu khung dạng hỗn hợp, vĩ mô

Các vật liệu áp dụng trong bê tông nhựa rỗng giống như Bê tông nhựa chặt (BTNC) gồm: cốt liệu lớn, cốt liệu mịn, phụ gia khoáng, nhựa đường Mặc dù hàm lượng cốt liệu không giống nhau; vật liệu bê tông nhựa rỗng có khối lượng hạt mịn thấp hơn nhiều so với bê tông nhựa chặt, với mục tiêu là tạo độ rỗng dư lớn hơn so với vật liệu bê tông nhựa thông thường, có đặc tính nhám và độ rỗng cao mà vật liệu nền đường bê tông nhựa chặt chưa giải quyết được.[14]

Cốt liệu có vai trò to lớn trong việc là khung chịu lực cùng với việc tạo ra khoảng trống để vữa xi măng có thể lắp đầy để tạo thành một hệ thống nhất chịu lực tốt hơn Trong bê tông nhựa rỗng thành phần cốt liệu hạt mịn khá ít [15] do hạt mịn làm cản trở khả năng len lỏi của vữa xi măng Các thông số về cơ lý cốt liệu lớn áp dụng trong mặt đường bán mềm được quy định theo 189 QĐ-BGTVT [4]

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớn sử dụng trong mặt đường bán mềm

(tính theo khối lượng đá dăm),%

≤ 5 TCVN 7572-17:2006

7 Hàm lượng chung bụi, bùn sét (tính

Khi trộn bitum với các cao su dẻo nhiệt hoặc polime dẻo nhiệt ở nhiệt độ tương ứng sẽ làm nâng cao độ nhớt của bitum và tăng liên kết với bitum Độ dày và độ nhớt của lớp màng nhựa có ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của vật liệu Để giảm thiểu quá trình chảy nhựa, cũng như tăng cường liên kết trong vật liệu để ngăn chặn hỏng hóc do tác động của nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường, việc áp dụng bitum được cải tiến cho vật liệu là một giải pháp mang tính hợp lý và hiệu quả

Lớp bê tông nhựa rỗng sau khi thi công kết thúc không phun vữa xi măng liền mà đưa mặt đường bê tông nhựa rỗng vào sử dụng, khai thác thì dùng nhựa đường 40/50 hay 60/70 có thêm nhựa đường polime hoặc phụ gia cải thiện polime (theo tiêu chuẩn 22TCN 319:2004) [16]

Bảng 2.3: Một số loại nhựa được áp dụng trong mặt đường bán mềm

Anderton 40/100 cụ thể là 89 DensiphaltR

85/100 trong nhà 120/150 ngoài trời

Hình 2.2: Hình ảnh và cấu tạo thực tế nón Marsh [1]

Thành phần chủ yếu của vữa cải tiến bao gồm: xi măng Portland, nước, muội silic cùng với các loại phụ gia siêu dẻo nhằm tăng độ nhớt, tăng khả năng chống nứt, tăng cường độ cho vữa xi măng

Theo ASTM C940, thời gian chảy của vữa nằm trong khoảng 10-18s bằng nón chuẩn Marsh Rót vữa vào nón Marsh đến dung tích 1100ml, ghi nhận thời gian vữa chảy qua hết nón, trong quá trình vữa chảy qua nón cần quan sát sự phân tầng và đồng đều của hỗn hợp vữa

Hình 2.3: Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn và nén của vữa [17]

Cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén vữa xi măng được xác định theo 189 QĐ-BGTVT về Thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê tông bán mềm

Tùy theo loại phụ gia được áp dụng trong vữa cũng như thành phần cấu tạo, tỉ lệ Nước/ Xi măng…mà từng nước có những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau Một số tiêu chuẩn kỹ thuật phổ biến của vữa xi măng về độ nhớt, cường độ chịu nén, cường độ uốn …thường được sử dụng như:

Bảng 2.4: Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vữa xi măng tại Việt Nam [4]

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Quy định Phương pháp thử

2 Cường độ chịu kéo khi uốn

(mẫu 7 ngày tuổi), MPa ≥ 2,0 TCVN 3121-11:2003 3 Cường độ chịu nén (mẫu 7

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn kỹ thuật của vữa xi măng áp dụng trong mặt đường bán mềm tại Nhật [17]

Tiêu chuẩn

Độ chảy (Phương pháp phễu loại P) (giây)

Cường độ nén sau 7 ngày (MPa)

Cường độ nén khi thông

xe (MPa)

Cường độ uốn sau 7 ngày (MPa)

Tiêu chuẩn quốc gia, Hiệp hội đường bộ Nhật

Bản

NEXCO

9-13 (Khuyến nghị

9-11)

Thành phố Nagoya

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn kỹ thuật trong vữa Densiphalt [1]

Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn 1 ngày 7 ngày 28 ngày

Bảng 2.7: Tiêu chuẩn kỹ của vữa Chemilink SS 141 [3]

Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn Chemilink SS-141

2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm

Sự kết hợp của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng cùng vữa xi măng trong cùng một lớp kết cấu áo đường là mặt đường bán mềm Bộ khung nhựa có độ rỗng dư 22-28% (theo 189 QĐ-BGTVT) làm bộ khung kết hợp vữa xi măng lấp kín vào các khoảng trống còn lại Mặt đường bán mềm tạo nên sự linh động và tự do của các khớp đặc trưng của nhựa đường và năng lực kháng lún của bê tông và chịu lực tĩnh cao, lớp bề mặt với những đặc điểm tốt nhất của bê tông xi măng và bê tông nhựa Lớp mặt đường bán mềm thường được phủ trên một bề mặt đường bê tông nhựa cũ hoặc được tái chế lại Bề dày lớp mặt đường bán mềm tuỳ theo nhà sản xuất vữa: 40–60 mm theo DensiphalR [1], 50-75 mm theo nghiên cứu D.Q Wu, 2011 [18], 50mm… Đoạn thử nghiệm của công ty Infrasol có bề dày 50mm

Các thử nghiệm đã cho thấy tiềm năng chịu biến dạng vĩnh viễn của mặt đường bán mềm là rất tốt, không thấy bất kỳ vết lún bánh xe nào trên mặt mặt đường bán mềm Trong nghiên cứu của Boundy, với bề dày mặt đường bán mềm 40 mm thì độ lún hay độ biến dạng vĩnh viễn là vô cùng bé và hệ số Poison ở 20℃ là 0.25 Nghiên cứu của tác giả Anderton [8] cho thấy tiềm năng hoạt động tối ưu của mặt đường bán mềm trong môi trường làm việc tải trọng nặng kèm theo điều kiện có hoá chất nóng hoặc xăng dầu rơi vãi trên mặt đường Đặc tính cơ học của mặt đường bán mềm nằm giữa bê tông xi măng và bê tông nhựa chặt trộn nóng Tác giả Anderton tổng kết so sánh giữa mặt đường bán mềm và bê tông nhựa (BTN)

Bảng 2.8: Kết quả so sánh giữa 2 loại mặt đường theo Anderton [8]

Đặc trưng vật liệu Bê tông nhựa Mặt đường bán mềm

Bảng 2.9: Tiêu chuẩn cho hỗn hợp mặt đường bán mềm của (NEXCO) [17]

Thí nghiệm uốn Thí nghiệm ép chẻ (kéo gián tiếp)

Dựa trên “Phương pháp thí nghiệm NEXCO 2-7”

Nhiệt độ: 20℃

Thời gian bảo dưỡng: 7 ngày Kích thước mẫu: 5x5x30 cm (Nhịp: 20 cm)

Tốc độ gia tải: 10mm/phút

Dựa trên “Sổ tay Phương pháp thí nghiệm được ban hành bởi Hiệp hội đường bộ Nhật Bản”

28 ngày

Dynamic E Modulus (Mpa) DW 94530 8000 – 12000 Chống mài mòn (cm3/50 cm2) DIN 52108 7-8 Kháng đóng/tan băng SS 137244 Rất tốt

Để phát triển mặt đường bán mềm thì theo Densit sẽ có 2 hướng chính Hướng đầu tiên là tối ưu khoảng trống trong bê tông nhựa hở, sao cho tổng số lỗ rỗng mà vữa xuyên qua là lớn nhất Hướng thứ 2 là tối ưu hoá vữa bằng công nghệ micro silica, giúp vữa có thể đi qua được các lỗ bé nhất trong bê tông nhựa hở Những thông số yêu cầu của hỗn hợp mặt đường bán mềm được trình bày như bảng 2.10 do nhà cung cấp Densiphalt® đưa ra

2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mặt đường bán mềm trên thế giới và Việt Nam

2.3.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Hiện nay, mặt đường bán mềm đã phổ quát và được áp dụng rộng rãi mọi nơi do những điểm mạnh của nó mang tới Đã có nhiều công ty tại nhiều quốc gia nhảy vào ngành xây dựng với sản phẩm bê tông nhựa vữa mặc dù tên gọi mỗi nước mỗi khác

nhưng nguyên lý làm việc cơ bản giống nhau là dùng xi măng lắp đầy các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng nhằm tạo một kết cấu bền vững mang điểm mạnh của cả mặt đường bê tông xi măng và mặt đường bê tông nhựa

Ví dụ như công ty Densit của Đan Mạch là công ty con thuộc tập đoàn ITW Engineered Polymers đã cho ra sản phẩm Densiphalt® Mặt đường bán mềm dùng vữa xi măng cường độ cao có độ rỗng khoảng 25-30% Vữa của Densiphalt® của công ty Densit được phát triển áp dụng công nghệ DSP qua hơn 30 năm nghiên cứu Đặc điểm của công nghệ này là kết cấu có rất nhiều hạt siêu mịn được sắp xếp đồng nhất tạo cho xi măng cường độ cao hơn, không thấm nước, dầu, nhiên liệu và hóa chất do đó tuổi thọ cũng được nâng lên rõ rệt

Một ví dụ nữa là công ty hóa chất Euclid có trụ sở tại Cleveland, tiểu bang Ohio, Hoa Kỳ giới thiệu sản phẩm EucoPave Ngoài những đặc điểm thông thường EucoPave còn sử dụng thêm phụ gia đá vôi (Limeston filler) và sợi xenlulo (Cellulose fiber) nhằm mục đích là tăng cường độ EucoPave còn được pha trộn từ xi măng đặc biệt với các phụ gia như Muội silic (Microsilica), phụ gia siêu dẻo (Superplasticzer), cát thạch anh (Quartz sand)… để tạo ra loại mặt đường bán mềm có khả năng chịu được trọng tải cao thường xuyên như sân bay, các bến hàng

Hình 2.4: Kết cấu áo đường EucoPave [1]

Hình 2.5: Sân bay quốc tế Logan, Boston ứng dụng mặt đường EucoPave [2]

Hình 2.6: Sân bay quốc tế Changi, Singapore ứng dụng vữa Chemilink SS-141 [3]

Một nhà sản xuất khác cũng có sản phẩm được áp dụng trong nhiều công trình như sân bay quốc tế Changi, Singapore (2007), những đường chịu tải nặng như Sungei Kadut Street 1, Abingdon Road (2010), giao lộ ở South Bouna Vista Road

(2011)… Đó là sản phẩm Chemilink SS-141 do tập đoàn Chemilink Technologies sản xuất

2.3.2 Các nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam

Công nghệ mặt đường bán mềm chỉ mới ở những bước đầu nghiên cứu và thử nghiệm một số đoạn tuyến Một số nghiên cứu và thử nghiệm thực hiện ở Việt Nam như:

Dự án mặt đường bán mềm có màu tại Thành phố Hồ Chí Minh

Ở Việt Nam, việc áp dụng mặt đường bán mềm ngày càng phổ biến hơn, mặt đường bán mềm có màu đã được rải thử nghiệm 1 đoạn gần chợ Đệm vào ngày 15/08/2022 vừa qua là một ứng dụng của mặt đường bán mềm Mặt đường bán mềm có màu là sự phối hợp của khung bê tông nhựa rỗng với vữa xi măng STP của công ty Taiyu được trộn thêm chất tạo màu giúp nâng cao an toàn bảo đảm trật tự giao thông (phù hợp áp dụng tại các vị trí băng đường do mặt đường có màu đỏ giúp tăng nhận diện và đảm bảo giao thông)

Hình 2.7: Mặt đường bán mềm có màu được rải 1 đoạn gần chợ Đệm

Bài báo của tác giả Đào Văn Đông [13]

Đi tiên phong trong lĩnh vực mặt đường bán mềm tại Việt Nam đó là tác giả Đào Văn Đông Để chế tạo mặt đường bán mềm tác giả đã đưa ra các nguyên lý và vật liệu cơ bản cũng như trình tự thử nghiệm và hiệu quả đạt được trên từng mẫu thí nghiệm

Bài viết đã đưa ra được cấp phối và chế tạo mẫu bê tông nhựa rỗng, tạo ra vữa rót với các vật liệu sẵn có tại Việt Nam Để tạo mẫu mặt đường bán mềm và dưỡng hộ tác giả đã thiết lập qui trình rót vữa xi măng vào mẫu bê tông nhựa rỗng

Các mẫu thử được thí nghiệm nén mẫu Cho được các kết quả khả quan tốt hơn bê tông nhựa thông thường

Dự án thi công thí điểm mặt đường bán mềm tại TP Hồ Chí Minh- Công ty Infrasol [7]

Infrasol là doanh nghiệp đầu tiên tại Việt Nam áp dụng mặt đường bán mềm vào điều kiện thực tế tại khu vực phía Nam

Vào tháng 1 năm 2015, công ty Infrasol đã cho thi công thử nghiệm đoạn tuyến với chiều dài 300m trên làn đường dành cho xe tải nặng lưu thông tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm đi Quốc lộ 1A trên địa bàn huyện Bình Chánh, TP Hồ Chí Minh Công nghệ tái chế nguội tại hiện trường được áp dụng để thi công lớp bê tông nhựa rỗng Kế tiếp thi công lớp mặt đường bán mềm

Hình 2.8: Hiện trạng mặt đường bán mềm thi công đoạn đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm năm 2015 [7]

Đoạn đường này được khai thác sử dụng sau 4 năm (Hình 2.8), tuy vẫn có vết nứt nhưng vẫn đảm bảo khai thác tốt, chưa sửa chữa hư hỏng Trong cùng thời gian khai thác, hai làn đường bê tông nhựa cạnh đoạn thí điểm đã sửa chữa, thảm mới lại 2-3 lần

Dựa vào những thành công của đoạn thử nghiệm trước đó vào năm 2018 Infrasol tiếp tục thử nghiệm đoạn mặt đường bán mềm bằng vữa Vinkems Asphasol tại Đoạn quốc lộ 1, BOT An Sương – An Lạc, bên trái tuyến trước khu công nghiệp Tân Tạo, TP HCM Sau đó kiểm tra chất lượng công nghệ, lập báo cáo kỹ thuật sau thời gian khai thác 1, 3, 6 tháng [7]

Hình 2.9: Thi công thí điểm mặt đường bán mềm bằng vữa Vinkems Asphalsol tại cổng KCN Tân Tạo (Ảnh chụp 04-2018)

Nghiên cứu của 2 tác giả Nguyễn Mạnh Hùng và Cao Đình Vũ [19]

2 tác giả đã nghiên cứu thêm việc sử dụng mặt đường bán mềm bằng việc ứng dụng vữa xi măng tự chèn cùng với 2 loại phụ gia là chất chống co ngót (Intraplast Z-HV), chất hóa dẻo (Sika Viscoceret 3000-20 loại G) Thử nghiệm 5 tỉ lệ Nước/Xi Măng và chọn được tỉ lệ N/XM = 0.456 cho độ nhớt, cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn R28 thõa mãn được các tính chất của mặt đường bán mềm như: cường độ chịu kéo gián tiếp, cường độ chịu nén, môđun đàn hồi vật liệu cho kết quả tăng thêm theo thời gian bảo dưỡng (3, 7, 28 ngày) Khả năng chống xuất hiện vết nứt bề

mặt do co ngót không được nêu ra trong nghiên cứu Do đó cần nghiên cứu thêm về cả lý thuyết và thực tiễn

Luận văn “Nghiên cứu đánh giá chất lượng mặt đường bán mềm sử dụng vữa tự chèn kết hợp bê tông nhựa có độ rỗng dư cao” – Nguyễn Duy Phương – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM [20]

Đề tài này tập trung việc đánh giá những chỉ số cốt lõi của mặt đường bán mềm được tạo ra từ khung bê tông nhựa rỗng kết hợp với phụ gia TPS, 2 loại vữa tự chèn sử dụng phụ gia gốc SBR của hãng Sika cùng với vữa thương phẩm Vinkems Asphalsol của công ty Infrasol

Hai loại vữa tự chèn sử dụng phụ gia gốc SBR của hãng Sika được dùng trong nghiên cứu này và đạt các tiêu chuẩn về độ chảy, cường độ chịu nén và uốn, đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật cho mặt đường bán mềm, hàm lượng phụ gia phù hợp là 8-9% so với khối lượng xi măng Số chày đầm mỗi mặt là 35 chày để bảo đảm chỉ tiêu kỹ thuật cho khung bê tông nhựa là phù hợp

Để tránh tình trạng mất nước trong vữa, cần thực hiện biện pháp bảo dưỡng thích hợp Khi thi công ngoài hiện trường, nên sử dụng phụ gia bảo dưỡng cho mặt đường bán mềm Nên sử dụng cấp phối tạo được độ rỗng dư cao nếu vữa trong thành phần có cát (Vinkems Asphalsol)

Thi công thử nghiệm mặt đường bán mềm tại Đà Nẵng – Công ty Taiyu Nhật Bản [21]

Vào cuối năm 2017, công ty Taiyu Nhật Bản đã thực hiện việc thử nghiệm áp dụng mặt đường bê tông bán mềm trên đường Võ Chí Công - Đà Nẵng

Hình 2.10: Thi công vữa xi măng SPT tại Đà Nẵng [21]

Bên cạnh các vật liệu thông thường dùng để tạo ra lớp phủ bê tông nhựa, chẳng hạn như nhựa 6070 và đá dăm từ các mỏ đá địa phương, vữa được tạo thành từ xi măng PCB40 Sông Gianh kết hợp cùng phụ gia STP của Nhật Bản Kết quả kiểm tra sau khi thi công tại khu vực thử nghiệm đã đáp ứng đúng các thông số kỹ thuật cho mặt đường bán mềm

2.3.3 Ứng dụng silica fume trong mặt đường bán mềm

Để tăng hiệu suất và sự linh hoạt của mặt đường bán mềm, người ta thường áp dụng các phụ gia như TPS, SBR [20] Tuy nhiên, việc sử dụng những chất này trong mặt đường bán mềm không phải lúc nào cũng áp dụng được vì giá thành cao Do đó cần tìm ra một phụ gia thay thế vừa tăng cường độ và độ chảy vừa có giá thành tốt hơn Silica fume (SF) là vật liệu phụ thu được từ công tác khử thạch anh có độ tinh khiết cao thông qua than trong lò hồ quang điện trong công tác sản xuất hợp kim ferrosilicon và silic Người ta đã chứng minh rằng trong một vài trường hợp, sự có mặt của các hạt như thế sẽ làm giảm tác động tích cực của silica fume đối với cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của bột nhão Việc sử dụng silica fume giúp giảm độ thấm, từ đó tăng khả năng chống ăn mòn của bê tông, cải thiện cường độ và sức bền của vật liệu xây dựng

Nghiên cứu của Momtaz Mohamed Gamal Othman, Zeinab Salah ElDin Hussein và Ahmed Ibrahim Abu ElMaaty [22] tập trung vào việc xác định tính chất và thiết kế một loại hỗn hợp bê tông nhựa mới đặc điểm với tỷ lệ bê tông nhựa thấp hơn, đồng thời có năng lực chống hằn lún vệt bánh xe tốt hơn để áp dụng trong các khu vực chịu tải trọng lớn Hỗn hợp vữa này được thiết kế bằng cách dùng các nguyên liệu như xi măng Portland thông thường (OPC - Ordinary Portland Cement), cát mịn (FS - fine sand), silica fume (SF), tro xỉ bay (FA - fly ash) và phụ gia siêu dẻo (SP - super plasticizer) Tỷ lệ bê tông nhựa cần thiết cho các lớp bề mặt đã giảm từ 27 đến 37% so với hỗn hợp bê tông nhựa truyền thống Khả năng chống hằn lún vệt bánh xe của hỗn hợp vữa được cải thiện bằng cách tăng độ ổn định và độ bền kéo lên khoảng 3 lần so với hỗn hợp bê tông nhựa truyền thống Sau quá trình thử nghiệm, hỗn hợp vữa GCM2A với 5% SF cho thấy hiệu quả tốt nhất về thời gian chảy cùng với cường độ uốn và nén

Bảng 2.11: Bảng hàm lượng vật liệu trong hỗn hợp vữa [22]

Hình 2.11: Độ chảy của hỗn hợp vữa [22]

Bài nghiên cứu của tác giả Shubham Kumar và Sanjeev Kumar Suman tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng, NIT Patna, Patna-800005 [23], Ấn đã tiến hành khám phá ảnh hưởng của vật liệu vữa với các liên kết kỹ thuật trong vật liệu bê tông nhựa rỗng được rót xi măng Trong nghiên cứu, tỷ lệ thành phần vật liệu vữa gồm 35% xi măng Portland, 30% cát mịn, 4% silica fume và 31% nước Một hỗn hợp vữa đã cho thấy khả năng chống ẩm và chống biến dạng vĩnh viễn xuất sắc Vật liệu vữa sẽ lấp đầy hoàn toàn hỗn hợp và sẽ cải thiện khả năng chống chịu tải trọng lặp lại từ 10.000 chu kỳ trở lên

Hình 2.12: Độ ổn định Marshall [23]

Hình 2.13: Cường độ chịu kéo gián tiếp [23]

Trong nghiên cứu của Wu Jiahong [24] về khả năng chống nứt của mặt đường bán mềm vào năm 2021, để tăng hiệu quả chống nứt tác giả đã thêm vào hỗn hợp vữa một số nguyên liệu như silica fume, nhũ tương nhựa đường, nhựa epoxy Từ bảng 2.12 và bảng 2.13, tác giả đã có nhận xét độ chảy của vữa sử dụng silica fume có xu hướng đầu tiên giảm rồi sau đó tăng lên như hình parabol Từ số liệu tác giả cũng đưa ra giá trị tối ưu cho lượng silica fume trong hỗn hợp vữa là 5% Silica fume có độ mịn cao, bề mặt nhẵn giúp tăng cường tính chặt chẽ và độ bền của vữa xi măng có lợi cho tính năng chống nứt của mặt đường bán mềm

Bảng 2.12: Tỉ lệ pha trộn các thành phần của vữa xi măng [24] STT

Tỉ lệ xi măng

– nước

Bột

khoáng Cát

Silica fume Tỉ lệ xi

măng

Nhũ tương nhựa đường Tỉ lệ xi măng

Nhựa epoxy Tỉ lệ xi măng

Bảng 2.13: Kết quả thí nghiệm của vữa xi măng [24]

STT Độ chảy (s) Cường độ 7 ngày (MPa) Co ngót (0.001mm)

Một nghiên cứu của nhóm tác giả gồm Suhana Koting, Mohamed Rehan Karim, Hilmi Mahmud, Nuha S Mashaan, Mohd Rasdan Ibrahim, Herdayati Katman, and Nadiah Md Husain [26] cũng có nói đến việc sử dụng Silica fume trong hỗn hợp mặt đường bán mềm Trong báo cáo này, các tác giả đã đưa ra một số hàm lượng Silica Fume trong hỗn hợp vữa như trên Bảng 2.14 Cuối cùng vữa xi măng với hàm lượng 95% xi măng Portland, 5%Tỉ lệ silica fume, 0,30 tỉ lệ nước-xi măng và 2,0% phụ gia siêu dẻo được sản xuất và kết quả về độ chảy tốt nhất (trong khoảng 11 giây đến 16 giây) so với các tỉ lệ khác Vì vậy, hỗn hợp vữa với 5% thay thế silica fume là xem xét trong việc sản xuất sản phẩm cuối cùng, đó là hỗn hợp mặt đường bán mềm

Bảng 2.14: Tỉ lệ hỗn hợp của vữa xi măng [26]

Thiết kế hỗn hợp nhựa

Thành phần xi măng

Thành phần phụ gia siêu dẻo

(%)

Tỉ lệ xi măng – nước Xi măng

Portland (OPC)

Silica fume (SF) Hỗn hợp

vữa 1 (GM1)

0.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Hỗn hợp

vữa 2 (GM2)

0.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Hỗn hợp

vữa 3 (GM3)

0.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 1.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.0 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 2.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.5 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50

Hình 2.14: Tác động của phụ gia siêu dẻo đối với độ chảy [26]

Bảng 2.15: Ảnh hưởng của việc thay thế Silica Fume đến cường độ nén [26] Miêu tả hỗn hợp vữa Tỉ lệ nước

– xi măng

% của phụ gia siêu dẻo

Cường độ chịu nén (N/mm2)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG 3.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Liên hệ tìm nguồn cung ứng vật liệu: cốt liệu, bột khoáng, nhựa đường Sử dụng silica fume của công ty Elkem: Elkem Microsilica® 940

Miêu tả: Elkem Microsilica® 940 là bột silica fume khô Nó là thành phần chính trong nhiều vật liệu xây dựng Khi sử dụng, nó hoạt động về mặt vật lý như một chất phụ gia và về mặt hóa học như một pozzolan có khả năng phản ứng cao

Elkem Microsilica® 940 được áp dụng trong lĩnh vực xi măng sợi như một chất hỗ trợ quá trình, để cải thiện sự phân tán thành phần và cải thiện đặc tính cứng và độ bền tổng thể

Elkem Microsilica® 940: Không đặc (U) và đặc (D)