Phát triển mặt đường BTXM trên thế giới Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào nhữngnăm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga… Trong suốt hơn 100 nămqua,
Công nghệ xây dựng mặt đường BTXM
Phát triển mặt đường BTXM trên thế giới
Mặt đường BTXM ra đời vào cuối thế kỷ 19, khởi đầu tại Anh vào những năm 1950 và sau đó lan rộng sang các quốc gia như Pháp, Đức, Mỹ và Nga Trong hơn 100 năm qua, BTXM đã được xây dựng và phát triển trên toàn cầu, đặc biệt là ở các quốc gia có nền kinh tế phát triển như Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia và Trung Quốc.
Mặt đường BTXM (bê tông xi măng) và mặt đường mềm là hai loại mặt đường chính trong giao thông đường bộ và sân bay Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng mạng lưới giao thông cho các khu vực, lãnh thổ và kết nối xuyên quốc gia.
Mặt đường BTXM được sử dụng rộng rãi trên tất cả các cấp đường giao thông, bao gồm đường địa phương, tỉnh lộ, quốc lộ, và cả các tuyến đường có lưu lượng xe thấp như đường phố, đường trục chính và đường cao tốc Ngoài ra, loại mặt đường này cũng phổ biến tại các sân bay, bến cảng, đường chuyên dụng và bãi đỗ xe.
Hình 1 Mặt đường bê tông xi măng
Hiện nay, mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đang thu hút sự chú ý lớn từ các nhà nghiên cứu và quản lý Hệ thống tiêu chuẩn cho loại mặt đường này ngày càng được hoàn thiện, cùng với sự phát triển đồng bộ và hiện đại của công nghệ xây dựng Hàng năm, các hội nghị tổng kết và chia sẻ kinh nghiệm về mặt đường BTXM được tổ chức, thúc đẩy nghiên cứu và phát triển mới trong lĩnh vực này Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM cũng ngày càng được mở rộng, chứng tỏ tầm quan trọng của nó trong ngành xây dựng.
Khối lượng mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã được xây dựng ở một số quốc gia, theo báo cáo "Long-Life Concrete Pavements in Europe and Canada" của Cục Đường bộ Liên bang Mỹ (FHWA) công bố năm 2007, được thống kê như sau:
- Mỹ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490179 km đường đô thị và 4% của 1028491 km đường ngoài đô thị.
- Tỉnh Québec, Canada có 1239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số 29000 km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec.
- Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao.
- Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia
(14000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc.
Bỉ sở hữu mạng lưới đường giao thông khoảng 134.000 km, bao gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn Trong đó, đường cao tốc dài khoảng 1.700 km, chỉ chiếm hơn 1% tổng chiều dài Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) chiếm 40% trên các tuyến đường cao tốc và 60% trên đường nông thôn, tổng cộng mặt đường BTXM chiếm khoảng 17% trong toàn bộ mạng lưới đường.
Hà Lan có mạng lưới đường ô tô trải dài khoảng 113.000 km, trong đó 2.300 km là đường cao tốc, chiếm 2% tổng chiều dài nhưng phục vụ đến 38% lưu lượng giao thông Khoảng 5% đường cao tốc được xây dựng bằng mặt đường BTXM, với một nửa là mặt đường BTCT liên tục và nửa còn lại là BTXM không cốt thép, phân tấm Ngoài ra, Hà Lan còn có khoảng 140 km đường khu vực với mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, và tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô tô Đặc biệt, Hà Lan cũng sở hữu 20.000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường BTXM.
- Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000 km, trong đó có
Mặt đường BTXM trải dài 1500 km, chủ yếu là loại phân tấm không hoặc có cốt thép cho đến đầu những năm 1980 Từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm 1990, BTCT liên tục trở thành tiêu chuẩn phổ biến Kể từ cuối những năm 1990, yêu cầu giảm tiếng ồn đã dẫn đến việc bắt buộc sử dụng lớp mặt bê tông nhựa mỏng, tuy nhiên, quy định này chỉ áp dụng tại Anh, chưa được yêu cầu ở Scotland, Wales và Bắc Ailen.
Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc.
Về phân loại mặt đường BTXM Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đườngBTXM được phân ra một số loại như sau:
- Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (thông thường);
- Mặt đường BTXM cốt thép;
- Mặt đường BTXM lưới thép;
- Mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặ đường BTXM cốt phân tán;
- Mặt đường BTXM lu lèn;
- Mặt đường BTXM ứng suất trước;
- Mặt đường BTXM lắp ghép.
Tương ứng với mỗi loại mặt đường BTXM có những đặc điểm và phạm vi áp dụng nhất định:
Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm là loại vật liệu phổ biến, có chiều dày từ 15 - 40cm và kích thước tấm thường khoảng 5m, tùy thuộc vào từng dự án Loại mặt đường này được áp dụng cho nhiều loại đường ô tô, bãi đỗ, bến cảng và sân bay Móng của mặt đường BTXM phân tấm chủ yếu là đất, cát gia cố, vôi, xi măng hoặc đá gia cố, trong khi việc sử dụng móng bằng cát hoặc đá dăm rất hiếm.
Mặt đường BTXM cốt thép được sử dụng cho các tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay và đường chuyên dụng, nơi có lưu lượng xe cao và yêu cầu tuổi thọ cao Kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương tự như tấm BTXM phân tấm thông thường, nhưng được gia cố thêm 2 lớp cốt thép chịu lực, đảm bảo tính toán thiết kế tính đến khả năng chịu lực đồng thời của cốt thép.
Mặt đường BTXM lưới thép được phát triển để giảm thiểu vết nứt do co ngót và nhiệt trong bê tông Thiết kế bao gồm lưới thép (thép All: 10 - 14 mm, @: 10 - 20cm) được bố trí cách bề mặt từ 6 - 10 cm, nhằm hạn chế nứt trong quá trình hình thành cường độ và khai thác Mặc dù mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện sau mặt đường BTXM thông thường, nhưng phạm vi áp dụng của nó tương tự như loại mặt đường này.
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục được phát triển để khắc phục nhược điểm của mặt đường BTXM phân tấm, giảm thiểu các mối nối ngang (khe co, giãn) Với hàm lượng lưới thép thiết kế khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16 mm) và cốt thép ngang (thép All, 12 mm) bố trí liên tục, mục đích là hạn chế sự mở rộng của khe nứt, không phải ngăn ngừa vết nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt Khoảng cách khe nứt được yêu cầu nằm trong khoảng 3,5 - 8,0 feet (1,05 - 2,4m) và độ mở rộng không quá 0,04 inch (1,0 mm) nhằm ngăn nước thấm vào, bảo vệ cốt thép và đảm bảo mặt đường hoạt động bình thường Mặt đường BTXM cốt thép liên tục phù hợp cho các tuyến đường có lưu lượng xe lớn như đường cao tốc, đường băng sân bay, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.
Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt do khả năng chịu lực lớn và chống mài mòn cao Trong quá trình trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường, người ta còn bổ sung các loại cốt sợi như thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon, nylon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên BTXM cốt phân tán nổi bật với cường độ và khả năng chống mài mòn vượt trội.
Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi công liên tục mà không có mối nối, sử dụng thiết bị lu thông thường Để khắc phục các vết nứt do co ngót và nhiệt độ, lớp đá dăm láng nhựa được thêm vào bề mặt Chiều dày của lớp BTXM lu lèn khoảng 20 cm, với móng có thể là vật liệu gia cố hoặc đá dăm Loại mặt đường này phù hợp cho các tuyến đường có lưu lượng xe thấp và làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc bê tông nhựa.
Mặt đường BTXM ứng suất trước được phát triển để khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường và tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm Có hai loại mặt đường BTXM ứng suất trước: loại sử dụng các sợi thép căng trước và loại cốt thép ứng suất trước căng sau Tuy nhiên, mặt đường BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế do công nghệ thi công phức tạp.
Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM
Mặt đường BTXM có tuổi thọ cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN), thường dao động từ 20 đến 50 năm, với Trung Quốc quy định là 45 năm Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM thường vượt quá dự kiến thiết kế, cho thấy khả năng bền bỉ của loại mặt đường này.
50 năm mới phẳi tăng cường và thậm chí có đoạn tồn tại sau 78 năm sử dụng.
Cường độ mặt đường BTXM cao và ổn định, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ như mặt đường nhựa, phù hợp cho tất cả các loại xe Mặt đường này duy trì cường độ tốt trong điều kiện ẩm và nhiệt, không chỉ không giảm theo thời gian mà còn có thể tăng cường độ, khác với hiện tượng lão hóa của mặt đường BTN.
Mặt đường BTXM có khả năng chống bào mòn hiệu quả, với hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, đảm bảo an toàn cho việc lưu thông Đồng thời, màu sáng của mặt đường giúp cải thiện tầm nhìn khi lái xe vào ban đêm.
- Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp.
Mặc dù tổng giá thành xây dựng và khai thác mặt đường bê tông xi măng có cao, nhưng chi phí bảo trì và thời gian phục vụ lâu dài giúp giảm thiểu chi phí duy tu, khiến nó không chênh lệch nhiều so với mặt đường BTN.
Mặt đường BTXM thường có các khe nối, gây khó khăn trong thi công và bảo trì, đồng thời tốn kém chi phí và ảnh hưởng đến chất lượng vận hành (xe không chạy êm) Những khe nối này là điểm yếu nhất của mặt đường BTXM, làm tăng nguy cơ hư hỏng ở các cạnh và góc tấm.
Sau khi hoàn thành xây dựng, cần thực hiện bảo dưỡng trong một khoảng thời gian trước khi cho phép thông xe Điều này ít phù hợp với việc nâng cấp mặt đường cũ, vì cần đảm bảo an toàn giao thông.
Móng đường BTXM cần đạt độ bằng phẳng cao và chất lượng đồng đều, liên tục Việc xây dựng mặt đường BTXM không nên thực hiện trên nền đường có hiện tượng lún, đặc biệt là ở những khu vực đất yếu.
Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và đường cao tốc yêu cầu thiết bị thi công hiện đại và quy trình công nghệ nghiêm ngặt Đặc biệt, quá trình trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường cần sử dụng một lượng nước đáng kể để đảm bảo hiệu quả và độ bền của công trình.
Khi mặt đường bê tông nhựa (BTXM) hư hỏng, việc sửa chữa trở nên khó khăn và có thể ảnh hưởng đến giao thông Việc nâng cấp và cải tạo mặt đường BTXM đòi hỏi chi phí cao, có thể cần cào bóc để tăng cường bằng BTXM hoặc BTN Ngoài ra, cần tăng cường lớp BTN dày để giảm nguy cơ nứt phản ánh.
- Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn so với mặt đường BTN và các loại mặt đường khác.
Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM
- Làm lớp móng cho tất cả các loại đường ô tô và sân bay.
- Làm lớp mặt (tầng phủ) đối với các loại đường o tô, bãi đỗ và sân bay.
- Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đã hết tuổi thọ như: mặt đường BTN, mặt đường BTXM…
Tùy thuộc vào yêu cầu khai thác của các cấp hạng đường khác nhau, có thể sử dụng các loại mặt đường BTXM như BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép, BTXM cốt thép liên tục và BTXM lu lèn Đối với đường cao tốc và đường băng sân bay, các loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục hoặc BTXM phân tấm thông thường, BTXM lưới thép là những lựa chọn phù hợp Mặt đường cấp cao thứ yếu (quá độ) có thể áp dụng BTXM lu lèn để đảm bảo chất lượng và độ bền.
Những đặc điểm cần lưu ý khi thiết kế và xây dựng mặt đường BTXM
1.4.1 Về kết cấu mặt đường BTXM:
Tải trọng bao gồm hoạt tải từ phương tiện giao thông, có tính chất động và trùng phục Tải trọng này, liên quan đến ứng suất uốn vồng, phát sinh do nhiệt độ và ma sát giữa tấm BTXM và móng Nó bao gồm trị tuyệt đối của nhiệt độ không khí, ảnh hưởng từ bức xạ mặt trời, cùng với chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và dưới của tấm BTXM.
Kết cấu mặt đường dạm tấm hoặc dải mỏng có chiều dày nhỏ hơn nhiều so với các kích thước khác, dẫn đến bất lợi trong khả năng chịu lực, đặc biệt là chịu kéo uốn khi chịu tác động từ tải trọng bánh xe và sự chênh lệch nhiệt độ.
Để nâng cao khả năng chống mài mòn và xâm thực của bê tông, đặc biệt là khi chịu tác động từ lưu lượng xe cộ lớn (> 10^6 CPU) trên đường, cần cải thiện cường độ (mác) của bê tông Điều này giúp tăng cường khả năng chống lại các yếu tố như nước mưa và lão hóa do thời tiết.
Tại các khe nối mặt đường, bao gồm khe nối dọc, khe co và khe dãn, là những vị trí dễ xảy ra hư hỏng như nứt vỡ tấm BTXM và thấm nước, gây hại cho móng và nền đường Để đảm bảo an toàn giao thông và chất lượng công trình, cần chú trọng vào việc tạo khe, chèn khe và duy trì điều kiện làm việc bình thường của các thanh truyền lực giữa các tấm trong suốt quá trình khai thác.
Kết cấu móng có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận và phân bố tải trọng xuống nền đất, đồng thời chịu tác động của lực trùng phục, dẫn đến hiện tượng lún không đều và lún tích lũy Mặc dù yêu cầu về cường độ của lớp móng không cao, nhưng cần đảm bảo tính đồng đều, ổn định và bề mặt bằng phẳng Thông thường, móng được cấu tạo từ các vật liệu như đất, cát và đá dăm được gia cố bằng xi măng.
Vật liệu BTXM được thiết kế để đáp ứng yêu cầu chịu lực và chống mài mòn, với cường độ nén (mác) đạt 30, 35, 40 Mpa Đồng thời, cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM cũng đạt từ 4 đến 4.5 Mpa hoặc cao hơn, đảm bảo tính bền vững và độ tin cậy trong ứng dụng.
Do điều kiện thi công ngoài công trường rộng rãi, bốc hơi nhanh và bảo dưỡng khó khăn, hiện tượng co ngót do mất nước xảy ra, khiến độ sụt của bê tông tươi (lượng N/X) cần được duy trì ở mức tối thiểu, thậm chí là bằng không hoặc bê tông khô.
Nước là yếu tố quan trọng trong quá trình thi công mặt đường bê tông xi măng (BTXM), không chỉ để trộn bê tông mà còn để bảo dưỡng, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng Cần phải tính toán cẩn thận về lượng nước, đặc biệt là khi thi công ở các khu vực miền núi, đèo dốc, cũng như sử dụng nước đá trong mùa hè để giảm nhiệt độ cho bê tông tươi.
Vật liệu thép chịu lực và thép thanh truyền lực đóng vai trò quan trọng trong kết cấu mặt đường BTXM Ngoài ra, cốp pha, vật liệu cách ly, vật liệu chèn khe (mastic), và vật liệu bảo dưỡng cũng là những thành phần thiết yếu Bên cạnh đó, vật liệu phụ gia cho bê tông góp phần cải thiện tính năng và độ bền của mặt đường.
1.4.3 Về công nghệ thi công:
Đối với từng loại mặt đường BTXM, yêu cầu về trình tự và công nghệ thi công sẽ khác nhau tùy thuộc vào thiết bị sử dụng Tuy nhiên, có những bước cơ bản cần thiết trong quy trình thi công mặt đường BTXM mà mọi dự án đều phải tuân thủ.
+ Lắp đặt cốp pha trên móng (nếu có);
+ Thi công lớp ngăn cách;
+ Lắp đặt cốt thép các loại;
+ Trộn và vận chuyển hỗn hợp BTXM;
+ Rải và đầm nén hỗn hợp BTXM;
+ Mặt đường BTXM cốt thép liên tục;
+ Hoàn thiện bề mặt, tạo nhám;
+ Kiểm tra và nghiệm thu chất lượng mặt đường BTXM;
Để đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công mặt đường bê tông xi măng (BTXM), việc sử dụng thiết bị thi công cơ giới từ khâu trộn, vận chuyển, rải đến đầm BTXM là rất quan trọng Tùy thuộc vào điều kiện và tính chất của công trình, cần lựa chọn các loại thiết bị gọn nhẹ và linh hoạt cho các tuyến đường có chiều rộng nhỏ, hoặc các thiết bị đồng bộ hiện đại cho các tuyến đường cấp cao và công trường lớn như sân bay.
Việc thi công trên các tuyến đường cải tạo hoặc nâng cấp gặp nhiều khó khăn do cần phải đảm bảo chất lượng mặt đường trong khi vẫn duy trì lưu thông.
1.4.4 Về khai thác, duy tu bảo dưỡng và cải tạo nâng cấp:
Mặt đường BTXM có khả năng khai thác quanh năm, nhưng cần phải tuân thủ giới hạn tải trọng cho phép và nghiêm cấm xe vượt tải Khi mặt đường BTXM bị nứt gãy, việc sửa chữa sẽ gặp nhiều khó khăn, do đó cần áp dụng các biện pháp khắc phục kịp thời để duy trì chất lượng và an toàn cho người sử dụng.
- Chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, chủ yếu tập trung vào vấn đề thoát nước, lề đường và sửa chữa kịp thời các khe nối.
Khi mặt đường BTXM hết tuổi thọ, việc đánh giá chính xác mức độ hư hỏng là rất cần thiết Dựa trên đánh giá này, có thể đưa ra các phương án nâng cấp hiệu quả, như cào bóc một phần hoặc toàn bộ lớp mặt đường cũ Sau đó, có thể tăng cường bằng các lớp mặt đường BTN hoặc lắp đặt mặt đường BTXM mới.
Phát triển mặt đường BTXM ở Việt Nam
Mặt đường BTXM cốt thép đã được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội vào năm 1975 Năm 1984, 30km đường BTXM được xây dựng trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn, tiếp theo là đường Nguyễn Văn Cừ bắc cầu Chương Dương Vào năm 1999, trên Quốc lộ 1A, khoảng 30km đường BTXM được thi công tại các đoạn thường xuyên ngập lụt Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Đông dài 86 km và nhánh phía Tây dài trên 300 km Ngoài ra, Quốc lộ 12A tại Quảng Bình có chiều dài 12 km và Quốc lộ 70 đoạn thành phố Lào Cai cũng được đề cập.
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) được ứng dụng rộng rãi tại các sân bay lớn như Sao Vàng, Tân Sơn Nhất, Nội Bài và Phú Bài Đặc biệt, loại mặt đường BTXM cốt thép liên tục đã lần đầu tiên được triển khai với chiều dài 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình, và sau đó là 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy.
Hệ thống đường giao thông nông thôn tại các tỉnh như Thái Bình, Thanh Hóa, Hưng Yên sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản Điều này giúp đáp ứng nhu cầu giao thông địa phương, phù hợp với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp.
Theo thống kê của Bộ Giao thông Vận tải, tổng chiều dài đường giao thông nông thôn trên toàn quốc đạt 172.437 km, trong đó chỉ có 0,56% là mặt đường bê tông nhựa và 7,2% là mặt đường nhựa hoặc BTXM.
Thực trạng về thiết kế, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường BTXM ở Việt Nam
Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng (mặt đường BTXM)
2.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng đường ô tô 22 TCN 223 - 96\5:
- Được ban hành năm 1995, là tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, phục vụ cho việc thiết kế kết cấu mặt đường BTXM cho ngành GTVT.
- Các kết cấu áp dụng: Mặt đường bê tông xi măng phân tấm chủ yếu là loại không cốt thép; móng BTXM dưới lớp mặt đường bê tông nhựa.
2.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng do SMEC biên soạn:
Dự án xây dựng cầu đường bộ giai đoạn 2, do Bộ GTVT triển khai và hoàn thành vào năm 2008, được thực hiện bởi công ty tư vấn SMEC hợp tác với Hội Cầu đường Việt Nam Bản thảo của dự án đã được các chuyên gia trong nước xem xét và gửi đi.
Vụ KHCN chờ các thẩm định tiếp theo.
Ngoài tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng, đã được biên soạn thêm Chỉ dẫn thiết kế mặt đường cứng nhằm bổ sung và giải thích rõ ràng cho Tiêu chuẩn thiết kế.
Kết cấu áp dụng cho mặt đường BTXM bao gồm nhiều loại, như mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép và mặt đường BTXM phân tấm có cốt thép, giúp tăng chiều dài tấm Ngoài ra, mặt đường BTXM cốt thép liên tục cũng được sử dụng để nâng cao độ bền Lớp phủ bê tông nhựa trên mặt đường BTXM và lớp phủ BTXM không dính kết cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng mặt đường Đặc biệt, mặt đường BTXM phân tấm không có cốt thép thường được áp dụng cho các tuyến đường có lưu lượng xe thấp, theo hướng dẫn trong Catalog.
2.1.3 Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông:
- Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT được ban hành năm 2012.
Quy định tạm thời này đưa ra các yêu cầu và hướng dẫn thiết kế cho kết cấu mặt đường bê tông xi măng (BTXM) thông thường có khe nối Nội dung áp dụng cho các loại đường ô tô mới xây dựng với các cấp hạng khác nhau, bao gồm cả đường cao tốc, cũng như thiết kế mặt đường BTXM trên các kết cấu mặt đường mềm.
- Quy định tạm thời này không áp dụng cho việc thiết kế sửa chữa mặt đường BTXM và thiết kế nâng cấp, cải tạo mặt đường BTXM cũ.
Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng
Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn chính thức cho thi công và nghiệm thu mặt đường cứng Vào năm 2012, Bộ Giao thông Vận tải đã ban hành Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT, quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông.
- Với các Dự án xây dựng mặt đường BTXM cụ thể (vốn vay nước ngoài, trong nước) có chỉ dẫn kỹ thuật riêng, tuy nhiên, chưa được thống nhất.
- Viện KHCN GTVT đã dự thảo Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM cốt thép liên tục.
- Năm 2008, SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đã biên soạn xong “Tiêu chuẩn thi công mặt đường BTXM” chờ ban hành.
Cuối năm 2008, Bộ Xây dựng đã giao nhiệm vụ cho Viện KHCN GTVT biên soạn “Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM” thông qua Vụ KHCN Bộ GTVT.
Tiêu chuẩn thi công các lớp móng mặt đường có sử dụng xi măng
Năm 2012, Bộ GTVT đã ban hành “Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông”, cùng với tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cho các loại móng đường ô tô, bao gồm cả mặt đường cứng và mềm Đã có 04 tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cho các lớp móng sử dụng chất kết dính là xi măng, áp dụng cho kết cấu mặt đường bê tông xi măng (mặt đường cứng).
2.3.1 Quy trình sử dụng đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ trong xây dựng đường 22TCN-81-84:
Quy trình ban hành từ năm 1984 áp dụng cho cả lớp móng và mặt đường ô tô, sử dụng vật liệu chất kết dính vô cơ như xi măng và vôi.
2.3.2 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cát gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô 22TCN 246 – 98:
- Quy trình được ban hành năm 1998.
Lớp móng đường ô tô sử dụng cát thiên nhiên gia cố xi măng có cấu trúc áp dụng linh hoạt, phù hợp cho mọi loại đường ô tô và sân bay, bao gồm cả mặt đường cứng và mặt đường mềm.
2.3.3 Quy trình thi công và nghiệm thu lớp cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng trong kết cấu áp đường ô tô 22TCN 245-98:
- Quy trình được ban hành năm 1998.
Kết cấu áp dụng cho các loại đường ô tô và sân bay bao gồm đá dăm và đá nghiền từ cuội sỏi, được gia cố bằng xi măng Đây là giải pháp hiệu quả cho cả mặt đường cứng và mặt đường mềm.
2.3.4 Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông:
- Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT được ban hành năm 2012.
Áp dụng cho thi công và nghiệm thu tầng mặt bê tông xi măng (BTXM) trong kết cấu áo đường cứng, bao gồm cả việc làm mới hoặc nâng cấp cải tạo trong xây dựng đường ô tô và đường cao tốc Nội dung này cũng có thể tham khảo cho thi công tầng mặt BTXM tại các đường đô thị và sân bay.
Công nghệ thi công mặt đường BTXM
Trước năm 1995, thi công mặt đường BTXM tại Việt Nam chủ yếu dựa vào sự kết hợp giữa cơ giới và thủ công, với công đoạn trộn bê tông chủ yếu bằng máy trộn nhỏ Tại các sân bay Tân Sơn Nhất và Nội Bài, công trường 75 - 808 đã sử dụng máy trộn bê tông cưỡng bức năng suất cao Bê tông được vận chuyển đến công trường bằng ô tô, và quá trình rải bê tông kết hợp giữa cơ giới và thủ công thông qua các thiết bị rải tự chế Việc đầm bê tông sử dụng đầm dùi và đầm bàn do con người điều khiển, trong khi ván khuôn thép là vật liệu chính cho thi công mặt đường Khe đường được tạo ra bằng cách đặt các thanh gỗ trong quá trình thi công, và mastic chèn khe được sản xuất trong nước từ vật liệu nhựa đường thông thường.
Sau năm 1995, quá trình thi công các công trình giao thông tại Việt Nam, như sân bay Tân Sơn Nhất, sân bay Nội Bài, Quốc lộ 1A và đường Hồ Chí Minh, đã được cải tiến với việc áp dụng cơ giới hóa thông qua các thiết bị nhập khẩu.
Công nghệ thi công mặt đường BTXM tại Việt Nam đã có những cải tiến đáng kể, giúp kiểm soát chất lượng mặt đường một cách hiệu quả Hiện nay, Việt Nam hoàn toàn có khả năng làm chủ công nghệ thi công mặt đường BTXM phân tấm đổ tại chỗ.
Đánh giá chất lượng một số đoạn mặt đường BTXM qua nghiệm thu
Các số liệu đánh giá dưới đây được thu thập từ Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, trong khuôn khổ nhiệm vụ của Bộ giao, nhằm kiểm tra và nghiệm thu các đoạn đường ô tô sau khi hoàn thành xây dựng, cũng như một đoạn đường xây dựng thử nghiệm.
2.5.1 Trên QL 1A, Đoạn Vinh - Đông Hà:
Trên các đoạn đường thường xuyên bị ngập lụt, việc xây dựng lớp bê tông xi măng (BTXM) phân tấm không cốt thép với chiều dày thiết kế 24cm là rất cần thiết Tổng chiều dài của lớp BTXM được xây dựng lên tới 16,125 km, bao gồm các hạng mục: HĐ1 dài 6,5 km, HĐ2 dài 3,2 km, HĐ3 dài 2,7 km và HĐ4 dài 3,275 km.
- Thiết bị thi công: bao gồm cả loại thiết bị ván khuôn trượt và ván khuôn cố định.
Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số độ bằng phẳng IRI cho thấy rằng đoạn mặt đường BTXM có giá trị IRI trung bình lần lượt là 4.3, 3.6, 3.3 và 3.42 Sự không bằng phẳng cục bộ của mặt đường BTXM diễn ra khá phổ biến, với tỷ lệ đoạn có IRI vượt quá 4 tương đối cao.
Chất lượng thi công mặt đường BTXM không đạt yêu cầu về độ bằng phẳng, với nhiều đoạn đường có bề mặt xấu và bong tróc, đặc biệt là ở HĐ1 - Vinh Dù PMU1 đã áp dụng giải pháp phủ lớp láng nhựa (chipping), nhưng hiệu quả không cao do lớp nhựa mỏng bị bong bật Nhiều tấm đường bị nứt, buộc nhà thầu phải cắt bỏ và đổ lại tấm mới Sau một thời gian khai thác, hiện tượng nứt lại xuất hiện dọc vệt bánh xe.
2.5.2 QL 12A, Quảng Bình, đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục:
- Đoạn thí điểm mặt đường BTXM cốt thép liên tục trên Quốc lộ 12 Quảng Bình dài 1km (Km 26 + 600 đến Km 27 + 600) dày 24 cm, 2 làn xe, xây dựng trên móng ĐDCP.
- Việc thi công được thực hiện bằng công nghệ ván khuôn cố định, kết hợp hoàn thiện bề mặt bằng thủ công.
- Độ bằng phẳng theo IRI trung bình của đoạn mặt đường BTXM được kiểm tra dao động trong khoảng 3.54 - 4.47 (chuẩn là 3.0).
Đánh giá chất lượng thi công cho thấy nhiều vấn đề nghiêm trọng: khoảng cách và chiều rộng vết nứt không đồng đều, với nhiều đoạn nứt có khoảng cách lên đến 20m, vượt xa quy định 2 - 3m Đặc biệt, độ mở rộng của vết nứt lớn hơn nhiều so với thiết kế, với một số vị trí vết nứt đạt 3 - 4mm, trong khi quy định cho phép độ mở rộng và vết nứt không quá 1mm.
2.5.3 Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, đoạn mặt đường BTXM cốt thép liên tục:
Công trình thử nghiệm bê tông xi măng cốt thép liên tục tại trạm thu phí Cầu Bãi Cháy đã hoàn thành vào tháng 7 năm 2006 Dự án có chiều dài 500 mét (từ KM 0 + 120 đến KM 0 + 520), bao gồm 10 làn xe và độ dày 24 cm, được xây dựng trên lớp móng CPĐD gia cố với 6% xi măng.
Chất lượng thi công được đánh giá qua độ bằng phẳng tốt và độ nhám đạt yêu cầu Khoảng cách giữa các khe nứt tại thời điểm đưa vào khai thác là 3 - 5m, cao hơn quy định, trong khi độ mở rộng vết nứt chỉ từ 0,5 - 0,8 mm, nhỏ hơn quy định.
2.5.4 Đường Hồ Chí Minh, mặt đường bTXM phân tấm không cốt thép:
Mặt đường BTXM phân tấm dài 349 Km được xây dựng trên đoạn Thạch Quảng - Ngọc Hồi, bao gồm nhánh phía Đông và nhánh phía Tây Chiều dày của tấm bê tông là 22 cm, được đặt trên móng CPĐD.
Toàn bộ mastic chèn khe của hãng IMASEAL - LB (Imax) đã bị hư hỏng và cần phải được bóc bỏ Mastic chèn khe chất lượng cao từ Mỹ là sự lựa chọn tốt cho các công trình.
- Có hiện tượng nứt một số tấm do các nguyên nhân: co ngót (97 tấm), cắt khe chậm.
- Có hiện tượng một số tấm không đủ cường độ (83 tấm), một số tấm không đủ chiều dầy (42 tấm).
Phân tích khả năng áp dụng các loại mặt đường BTXM ở Việt Nam
Mặt đường BTXM phân tấm
Mặt đường BTXM phân tấm được dùng phổ biến ở nước ngoài và ở Việt Nam trong thời gian qua cho tất cả các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
Hầu hết các Tổng công ty xây dựng trong ngành GTVT và xây dựng sân bay đã làm chủ công nghệ thi công mặt đường BTXM Hiện nay, thiết bị thi công mặt đường BTXM đã có mặt tại Việt Nam nhưng chưa được sử dụng một cách hiệu quả.
Kiểm soát chất lượng thi công mặt đường BTXM đã được cải thiện nhờ kinh nghiệm từ các công trình lớn như QL 1A, đường Hồ Chí Minh và các sân bay.
Cần cải thiện khả năng đồng bộ hóa thiết bị thi công và tăng cường hướng dẫn công nghệ cũng như kiểm soát chất lượng thi công, đặc biệt là chất lượng bề mặt, thi công mối nối, bảo dưỡng, cắt khe và chèn khe.
Có thể áp dụng cho hầu hết các cấp hạng đường ô tô và sân bay.
Mặt đường BTXM cốt thép
Công trình được xây dựng trên đường Hùng Vương, Ba Đình, Hà Nội, chỉ nên áp dụng cho các công trình có tải trọng nặng, các công trình đặc biệt và những tuyến đường đi qua vùng đất yếu, nơi vẫn còn hiện tượng lún dư trong phạm vi cho phép.
Mặt đường BTXM lưới thép
Mặt đường BTXM lưới thép là một loại mặt đường BTXM phân tấm được tăng cường bằng lưới thép, nhằm hạn chế các vết nứt trong quá trình thi công và khai thác Loại mặt đường này được áp dụng trong các điều kiện thi công khắc nghiệt và trong các công trình yêu cầu chất lượng cao.
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục đang trở thành xu hướng công nghệ tiên tiến được áp dụng rộng rãi trên thế giới Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với mặt đường BTXM phân tấm thông thường, nhưng ưu điểm nổi bật là mang lại sự êm thuận cho người sử dụng Ngoài ra, khi cần sửa chữa hoặc nâng cấp, có thể áp dụng giải pháp tăng cường bằng 1 hoặc 2 lớp BTN như mặt đường mềm, đảm bảo tính hiệu quả và bền vững.
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục vừa được thử nghiệm xây dựng tại Việt Nam, cụ thể là trên QL 12A Quảng Bình với chất lượng chưa đạt yêu cầu, trong khi tại Trạm thu phí cầu Bãi Cháy, chất lượng tốt và đáp ứng yêu cầu đề ra Cần chú ý đến việc kiểm soát chất lượng thi công khi tiến hành xây dựng đại trà để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
Có thể áp dụng loại mặt đường này cho các tuyến đường cấp cao, đường cao tốc, các đường bằng, đường lăn sân bay.
Mặt đường BTXM lu lèn
Mặt đường BTXM lu lèn đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia, đặc biệt là Pháp và Trung Quốc, nhưng Việt Nam vẫn còn thiếu kinh nghiệm thực tiễn trong xây dựng loại đường này Loại mặt đường này có công nghệ thi công đơn giản, yêu cầu vật liệu không khắt khe, và giá thành thấp Đặc biệt, nó chỉ cần phủ một lớp láng nhựa để có thể đưa vào khai thác Việc nâng cấp và cải tạo mặt đường BTXM lu lèn cũng dễ dàng hơn so với các loại mặt đường BTXM khác, đồng thời có thể phủ tăng cường lên bề mặt như các loại mặt đường mềm thông thường.
Có thể áp dụng cho các loại đường cấp cao thứ yếu, đường miền núi và đường nông thôn Trước khi triển khai thi công đại trà, cần tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm kỹ lưỡng.
Khả năng sử dụng xi măng trong tất cả các lớp móng và lớp trên nền đường ô tô các loại
Trong điều kiện tự nhiên và chế độ thuỷ nhiệt ở Việt Nam, việc áp dụng lớp móng đường ô tô bằng vật liệu gia cố toàn khối cho mọi loại cấp đường không chỉ phù hợp mà còn mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt.
Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm (22TCN 211 - 06) quy định các yêu cầu thiết kế cho các lớp kết cấu áo đường sử dụng vật liệu gia cố Tiêu chuẩn này tạo cơ sở pháp lý cho việc thiết kế kết cấu áo đường cứng và mềm, bao gồm các lớp vật liệu gia cố như đất, cát và đá gia cố xi măng.
Theo kinh nghiệm xây dựng và các chỉ dẫn thiết kế thi công quốc tế, móng đường của mặt đường bê tông xi măng (BTXM) cần phải được thi công toàn khối Móng này có thể bao gồm cát hoặc đá được gia cố bằng xi măng để đảm bảo độ bền và ổn định cho công trình.
Trong thiết kế tổng thể nền mặt đường theo 22TCN 211 - 06, cần chú ý rằng nếu không có vật liệu tốt như đất cấp phối đồi, thì nên sử dụng đất tại chỗ được gia cố bằng chất kết dính vôi hoặc xi măng với độ dày 30cm Điều này không chỉ giúp ngăn nước mao dẫn mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công các lớp móng đường phía trên.
Trong thời gian tới, cần điều chỉnh việc lựa chọn vật liệu cho lớp móng trong thiết kế kết cấu áo đường, đặc biệt là áo đường cứng (mặt đường BTXM), theo hướng sử dụng cát và đá gia cố xi măng.
VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG – KHÁI NIỆM VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG
Bảo dưỡng bê tông xi măng trong thi công nói chung
Theo TCVN 8828:2011 - Bê tông - Yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên, đã nêu
Quá trình bảo dưỡng ẩm tự nhiên của bê tông được chia thành hai giai đoạn chính: bảo dưỡng ban đầu và bảo dưỡng tiếp theo Hai giai đoạn này diễn ra liên tục, không có sự gián đoạn, từ khi hoàn thiện bề mặt bê tông cho đến khi bê tông đạt được cường độ bảo dưỡng tối thiểu.
Giai đoạn bảo dưỡng ban đầu là rất quan trọng để bảo vệ bê tông khỏi sự bốc hơi nước do các yếu tố khí hậu như nắng, gió, nhiệt độ và độ ẩm không khí Trong giai đoạn này, cần áp dụng các biện pháp thích hợp để duy trì độ ẩm cho bê tông và tránh mọi tác động cơ học lên bề mặt bê tông.
Bảng 1 - Phân vùng khí hậu theo yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên của bê tông
Vùng khí hậu bảo dưỡng ẩm bê tông Vị trí địa lý Tên mùa
Thời gian trong năm, tính theo tháng
Vùng A Từ huyện Diễn Châu (Nghệ
Mùa mưa ẩm Mùa hanh khô
10 3 Vùng B Phía Đông Trường Sơn từ Diễn
8 11 Vùng C Phần còn lại, bao gồm Tây nguyên và đồng bằng Nam bộ.
Tiến hành bảo dưỡng ban đầu như sau:
Bê tông sau khi tạo hình cần được phủ ngay bề mặt bằng các vật liệu ẩm để bảo vệ, tránh tác động lực cơ học và không tưới nước trực tiếp lên bề mặt Nếu cần, có thể tưới nhẹ nước lên vật liệu phủ ẩm Ngoài ra, có thể sử dụng các vật liệu cách nước như nilon, vải bạt hoặc phun chất tạo màng ngăn nước bốc hơi theo hướng dẫn của nhà sản xuất Thiết bị phun sương cũng có thể được sử dụng để phun nước lên bề mặt bê tông mà không cần phủ.
Việc phủ ẩm bề mặt bê tông trong giai đoạn bảo dưỡng ban đầu là rất quan trọng, đặc biệt khi thi công trong điều kiện mất nước nhanh như nắng gắt, khí hậu nóng khô hoặc có gió Lào Trong các trường hợp khác, dù không cần phủ mặt bê tông, vẫn phải theo dõi để hạn chế tình trạng mất nước và tránh nứt bề mặt bê tông.
Việc giữ ẩm bê tông trong giai đoạn bảo dưỡng ban đầu là rất quan trọng, kéo dài cho đến khi bê tông đạt được cường độ nén nhất định Thời gian cần thiết để đạt được cường độ này trong mùa mưa ẩm ở Vùng A và các mùa ở Vùng B và C là khoảng từ 2,5 đến 5 giờ, trong khi ở Vùng A vào mùa hanh khô, thời gian này kéo dài từ 5 đến 8 giờ, tùy thuộc vào tính chất của bê tông và điều kiện thời tiết Để xác định thời điểm này, có thể thực hiện việc tưới thử nước lên bề mặt bê tông; nếu bề mặt không bị hư hại, có thể chuyển sang giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo.
Giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo bắt đầu ngay sau khi hoàn thành giai đoạn bảo dưỡng ban đầu Trong giai đoạn này, cần duy trì việc tưới nước liên tục để giữ ẩm cho tất cả các bề mặt hở của bê tông cho đến khi quá trình bảo dưỡng kết thúc.
Đối với bê tông sử dụng xi măng poóc lăng và xi măng poóc lăng hỗn hợp, cần thường xuyên tưới nước giữ ẩm cho mọi bề mặt hở của kết cấu bê tông cho đến khi đạt giá trị cường độ bảo dưỡng tới hạn Thời gian bảo dưỡng cần thiết khác nhau tùy theo loại bê tông: bê tông nặng thông thường, bê tông mác cao, bê tông chống thấm và bê tông tự lèn không dưới mức quy định ở Bảng 2; bê tông cốt liệu nhẹ và bê tông cốt sợi phân tán giảm 1 ngày đêm so với Bảng 2, nhưng trong mùa mưa ở vùng B và C không được dưới số ngày ở Bảng 2; bê tông bọt và bê tông khí cần tăng thêm 1 ngày đêm so với Bảng 2 Đối với bê tông chịu tác động hóa chất, bê tông ven biển trong phạm vi 1 km từ mép nước và bê tông ở hải đảo, thời gian bảo dưỡng cũng cần tăng thêm 1 ngày đêm nếu không có quy định riêng Đối với bê tông khối lớn, thời gian bảo dưỡng tối thiểu là 7 ngày đêm, không phân biệt vùng và mùa khí hậu, và cần thực hiện theo hướng dẫn của TCXDVN 305:2004.
Bê tông cho các đập lớn cần được thực hiện theo yêu cầu thiết kế hoặc biện pháp thi công đã được phê duyệt Đối với bê tông đầm lăn sử dụng cho mặt đường hoặc sân bãi, thời gian bảo dưỡng phải đảm bảo không dưới mức quy định trong Bảng 2.
Bê tông đầm lăn cho đập lớn cần được thi công theo thiết kế hoặc biện pháp đã được phê duyệt Sau khi đầm lèn mỗi lớp, có thể sử dụng thiết bị phun nước thành sương lên bề mặt bê tông Việc phun sương này được thực hiện liên tục theo từng lớp đổ Khi ngừng thi công, lớp đổ cuối cùng phải được tưới nước bảo dưỡng ít nhất 7 ngày đêm.
+ Đối với bê tông dùng xi măng poóc lăng xỉ và poóc lăng puzolan: Thời gian bảo dưỡng ẩm tăng thêm 1 ngày đêm so với quy định ở Bảng 2.
Đối với bê tông sử dụng xi măng có thời gian đóng rắn chậm hoặc phụ gia chậm đông kết, thời gian bảo dưỡng cần được gia tăng thêm 1 ngày đêm so với quy định trong Bảng 2.
Bảng 2 - Mức giá trị cường độ bảo dưỡng tới hạn và thời gian bảo dưỡng cần thiết cho bê tông nặng thông thường
Bảo dưỡng ẩm bê tông
Thời gian trong năm, tính theo tháng
Mức giá trị quy định không nhỏ hơn
Trong giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo, việc phủ ẩm bề mặt bê tông có thể được thực hiện hoặc không, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết Đặc biệt, ở những vùng có khí hậu nóng khô hoặc gió Lào, việc phủ ẩm sẽ giúp giảm tần suất tưới nước trong ngày và ngăn ngừa hiện tượng nứt bề mặt bê tông.
Số lần tưới nước cho bề mặt bê tông trong một ngày phụ thuộc vào điều kiện khí hậu địa phương, nhằm giữ cho bề mặt luôn ẩm ướt Việc tưới nước cần được thực hiện liên tục cả ban ngày và ban đêm để đảm bảo bề mặt bê tông không bị khô, đặc biệt là vào ban đêm.
Trong giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo có thể thực hiện ngâm nước trên mặt bê tông thay cho tưới nước giữ ẩm.
- Nước dùng để tưới giữ ẩm bề mặt bê tông cần thỏa mãn yêu cầu của
TCVN 4506:1987 Cũng có thể dùng nước sông, nước hồ ao không có tạp chất gây hại cho bê tông để bảo dưỡng ẩm bê tông.
Khi sản xuất và thi công các sản phẩm bê tông, việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật như hấp hơi nước, hấp bằng năng lượng mặt trời hay hấp bằng điện giúp tăng tốc độ đóng rắn bê tông, cho phép tháo cốp pha sớm Tuy nhiên, quá trình bảo dưỡng tiếp theo là rất quan trọng và cần được thực hiện cho đến khi bê tông đạt cường độ bảo dưỡng tới hạn Nếu tháo cốp pha khi bê tông chưa đạt cường độ này, cần tiếp tục tưới nước bảo dưỡng ẩm cho đến khi bê tông đạt yêu cầu theo quy định.
Hình 2 Bảo dưỡng bên ngoài (EC) mặt đường bê tông xi măng
Vai trò của công tác bảo dưỡng trong thi công mặt đường bê tông xi măng
Nứt bêtông là hiện tượng phổ biến trong xây dựng, thường xuất hiện do khả năng chịu uốn kém của bêtông Khi ứng suất uốn vượt quá cường độ bền uốn của bêtông, các vết nứt có thể phát triển, tạo điều kiện cho các tác nhân xâm thực xâm nhập vào bêtông Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bêtông mà còn có thể gây hại cho cốt thép và các thành phần khác của cấu trúc, dẫn đến nguy cơ hủy hoại công trình.
Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) thường dễ xuất hiện vết nứt do nhiều nguyên nhân khác nhau Những nguyên nhân này bao gồm công nghệ và phương pháp thi công chưa đạt yêu cầu, trình độ của đơn vị thi công còn hạn chế, cùng với việc quản lý thi công và nghiệm thu chưa chặt chẽ Ngoài ra, điều kiện khí hậu nóng ẩm, cùng sự biến đổi nhiệt độ và độ ẩm cao trong ngày tại Việt Nam cũng góp phần gây ra biến đổi thể tích bê tông, dẫn đến tình trạng mỏi và nứt cho kết cấu BTCT.
Trong quá trình thi công và sử dụng, hiện tượng nứt bê tông cốt thép (BTCT) ảnh hưởng tiêu cực đến tính bền vững của công trình Điều này không chỉ gây ra hiện tượng thấm nước mà còn làm hỏng các kết cấu liền kề, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam.
Nhiều công trình xây dựng lớn như cầu, nhà cao tầng, và đập thủy điện sử dụng kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) đòi hỏi tính bền vững và ổn định cao Sự xuất hiện của vết nứt trong các kết cấu BTCT không chỉ gây bất lợi về mặt kỹ thuật mà còn ảnh hưởng đến kinh tế - chính trị, tạo ra tâm lý xã hội phức tạp nếu không được khắc phục triệt để.
Theo một khảo sát gần đây, vết nứt trong các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) ngày càng trở nên phổ biến trong các công trình xây dựng Hình thái của các vết nứt này cũng rất đa dạng.
Hiện tượng nứt kết cấu bê tông cốt thép là mối quan tâm lớn đối với chủ đầu tư và người sử dụng công trình, cũng như các chuyên gia và nhà quản lý Một số vết nứt có thể ảnh hưởng đến an toàn kết cấu và cần được xử lý hoặc gia cường, trong khi những vết nứt khác có thể chấp nhận mà không cần can thiệp Việc phân loại vết nứt một cách chính xác sẽ giúp các đơn vị quản lý và thi công tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nhận diện và xử lý.
Hiện tượng nứt kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tổng hợp các nguyên nhân gây ra tình trạng này Việc phân tích và diễn giải quá trình nứt sẽ giúp đưa ra những phương án hiệu quả nhằm hạn chế và xử lý các vấn đề liên quan đến kết cấu BTCT.
Nguyên tắc bảo dưỡng bê tông xi măng trong thi công mặt đường
Mặt đường bê tông thường được bảo dưỡng bằng cách rải lớp vật liệu ngăn cách và duy trì độ ẩm Sau khi rải, mặt đường được che đậy bằng tấm nhựa trong thời gian mưa để ngăn ngừa hư hỏng (ACPA 1996a – trang VI-55 và VI-).
FHWA vừa phát hành Hướng dẫn bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng Portland, Tập I (Poole 2005), tập trung vào các hoạt động bảo dưỡng quan trọng Hướng dẫn này bao gồm bảo dưỡng ngay sau khi rải bê tông (bảo dưỡng ban đầu), bảo dưỡng sau khi hoàn thiện bề mặt (bảo dưỡng cuối cùng), cũng như việc đánh giá hiệu quả của quá trình bảo dưỡng Theo Poole, bảo dưỡng là quy trình kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ trong giới hạn quy định, giúp phát triển các đặc tính cụ thể và ngăn ngừa thiệt hại do bay hơi nước hoặc thay đổi nhiệt độ trong quá trình hình thành cường độ của bê tông.
Các yếu tố ảnh hưởng đến yêu cầu bảo dưỡng
Bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng là rất quan trọng do tỷ lệ bề mặt cao so với thể tích khối bê tông Nếu bảo dưỡng kém, mặt đường có thể bị hư hại do nứt co dẻo, ứng suất nhiệt và nứt co ngót khi bay hơi nước Mặt đường không được bảo dưỡng đúng cách cũng sẽ có khả năng chống mài mòn kém và không thể chống lại tác động của muối ở các khu vực ven biển, cũng như muối rải trong mùa đông, dẫn đến sự xuống cấp nhanh chóng của mặt đường.
Khi bê tông xi măng mặt đường được thi công trên các lớp móng gia cố hoặc lớp móng thấm nước, sự tác động của co ngót, uốn vồng và cong võng do bảo dưỡng không đúng cách sẽ gia tăng đáng kể Do đó, việc bảo dưỡng bê tông mặt đường trong các trường hợp này, như móng đá dăm gia cố xi măng (CTB), móng bê tông nghèo (LCB) và móng bê tông xi măng rỗng thấm nước (CTPB), cần được chú trọng đặc biệt để đảm bảo chất lượng công trình.
Vật liệu bê tông và thành phần hỗn hợp có vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của bê tông trong những ngày đầu Điều kiện khí hậu trong vài ngày sau khi đổ bê tông cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình bảo dưỡng Do đó, việc lập kế hoạch và chuẩn bị cho việc bảo dưỡng bê tông cần phải xem xét kỹ lưỡng các yếu tố này để đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình.
Loại xi măng được lựa chọn có vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bê tông Việc bảo dưỡng xi măng thường được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định hoặc cho đến khi bê tông đạt được cường độ yêu cầu.
Xi măng sử dụng cho đường BTXM tại Việt Nam yêu cầu đạt cường độ nén và cường độ kéo uốn ở 3 và 28 ngày tuổi, tùy thuộc vào cấp đường Độ mịn của xi măng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình thi công và nghiệm thu mặt đường Xi măng rất mịn có thể làm chậm quá trình tách nước và khô bên trong, đặc biệt trong điều kiện thời tiết khô Các vật liệu có độ mịn cao như puzolan và bột silic có thể gây ra vấn đề này, ảnh hưởng đến chất lượng công trình.
Tro bay lớp F làm chậm thời gian ninh kết và cường độ bê tông, dẫn đến thời gian bảo dưỡng kéo dài và tăng nguy cơ nứt co dẻo Trong khi đó, tro bay loại C cũng kéo dài thời gian ninh kết nhưng không ảnh hưởng đến tốc độ hình thành cường độ Tỷ lệ N/X quyết định lượng tách nước của bê tông; nếu tốc độ bay hơi nước vượt quá tốc độ tách nước, hiện tượng nứt co dẻo sẽ xảy ra Ngược lại, tách nước quá nhanh làm giảm tỷ lệ N/X ở bề mặt bê tông, tạo ra lớp bề mặt yếu và khả năng chống mài mòn kém Tốc độ tách nước (Bleeding Rate - BR) được tính bằng kg nước / m2 / giờ và có thể xác định qua phương trình thực nghiệm.
Công thức tính BR = (0.51∗N/XM−0.15)∗D, trong đó tỷ lệ N/XM được biểu thị bằng w/cm và D là chiều dày mặt đường tính bằng mm (hoặc bằng inches * 25,4) Để xác định độ tách nước của một loại bê tông xi măng cụ thể, có thể thực hiện theo phương pháp thực nghiệm được quy định trong TCVN 3109: 1993.
Bê tông rải mặt đường hiện có xu hướng tỉ lệ N/XM từ 0,38 đến 0,48, với tốc độ tách nước cho mặt đường dày 30 cm dao động từ 0,13 đến 0,28 kg/m2/giờ Tỷ lệ tách nước này thấp hơn so với các loại bê tông thông thường, thường nằm trong khoảng 0,5 đến 1,5 kg/m2/giờ Điều này dẫn đến hiện tượng bê tông xi măng mặt đường mất nước nhanh hơn so với khối lượng nước bị tách ra do bay hơi, theo tiêu chuẩn ACI 308.
According to the ACI Committee 308's Standard Specification for Curing Concrete (ACI 308.1-98), a drying condition of 0.5 kg/m²/hour poses a moderate threat to most concrete For more secure water evaporation limits, especially in pavement concrete, a safer threshold is approximately 0.3 kg/m²/hour.
Hàm lượng vật liệu xi măng cao, đặc biệt là các hạt mịn như xi măng loại III hoặc pozzolans, làm giảm tách nước và tăng co ngót khô dài hạn Thời gian ninh kết ban đầu là yếu tố quan trọng trong quá trình thi công bê tông Đối với bê tông thông thường, bảo dưỡng cuối cùng thường diễn ra sau giai đoạn ninh kết ban đầu Tuy nhiên, với phương pháp thi công mặt đường bằng ván khuôn trượt, bảo dưỡng cuối cùng cần được thực hiện ngay sau khi rải bê tông, trước khi ninh kết ban đầu và vào cuối thời gian tách nước Nếu tốc độ tách nước thấp hơn tốc độ bay hơi, lớp váng bề mặt sẽ mất sớm, do đó bảo dưỡng cuối cùng nên bắt đầu ngay trong quá trình tách nước.
Portland Cement Concrete Pavements, Volume I, FHWA-RD-02-099, Washington, DC: Federal Highway Administration, United States Department of Transportation.]
Vấn đề với bê tông xi măng mặt đường có thể xảy ra ngay cả trong giai đoạn bảo dưỡng cuối cùng trước khi bê tông ninh kết, khi nước vẫn tiếp tục tách nổi lên bề mặt Lượng nước này có thể rửa trôi các hạt mịn, tạo thành lớp trên bề mặt hoặc làm hỏng lớp màng bảo dưỡng Sự bay hơi của nước từ bề mặt bê tông phụ thuộc vào tốc độ gió, nhiệt độ bê tông, nhiệt độ không khí và độ ẩm tương đối Tốc độ bay hơi thường được xác định bằng toán đồ trong Tiêu chuẩn ACI.
Hướng dẫn Bảo dưỡng Bê tông xi măng theo tiêu chuẩn ACI 308R-01 và ACI 306R là rất quan trọng, đặc biệt trong điều kiện thời tiết nóng Poole (2005: 11) đã đề xuất một phương trình hữu ích cho việc tính toán, có thể áp dụng thông qua các phần mềm tính toán chuyên dụng.
(2) Với – tốc độ bay hơi (kg/m 2 /h);
CT – nhiệt độ của bê tông xi măng ( 0 C)
AT – nhiệt độ của không khí ( 0 C)
Sự bay hơi của bê tông xi măng mặt đường tăng lên khi tốc độ gió, nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ bê tông tăng, và độ ẩm tương đối giảm Để kiểm soát hiệu quả, nhiệt độ bê tông là yếu tố duy nhất có thể điều chỉnh dễ dàng Trước khi rải bê tông, việc dự đoán tốc độ bay hơi trong điều kiện môi trường là cần thiết Tốc độ gió tăng theo chiều cao, vì vậy nên đo tốc độ gió ở độ cao 0,5 m từ bề mặt bê tông để có dự báo chính xác hơn về tốc độ bốc hơi, tránh tình trạng dự báo quá cao khi đo ở vị trí cao hơn.
Concrete Institute (ACI) Committee 305 (1999) Hot Weather Concreting, ACI 305R-
99, Farmington Hills, MI: American Concrete Institute.).
Hướng dẫn bảo dưỡng mặt đường BTXM ở Việt Nam
Theo hướng dẫn tạm thời thi công và nghiệm thu măt 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 [16], công tác bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng được qui định như sau:
Công tác bảo dưỡng BTXM cần được thực hiện ngay sau khi hoàn thành việc rải hoặc tạo nhám Phương pháp phun tạo màng giữ ẩm là lựa chọn hiệu quả để bảo dưỡng Đối với các khu vực có sẵn nước và trong mùa mưa, có thể sử dụng các biện pháp như rải màng giữ ẩm, vải địa kỹ thuật, hoặc bao tải ẩm phủ lên bề mặt BTXM, kết hợp với việc tưới nước để đảm bảo chất lượng bảo dưỡng.
Khi sử dụng phương pháp phun tạo màng, cần thực hiện ngay sau khi bề mặt bê tông vừa ráo nước, đảm bảo phun đều để tạo thành một màng kín và đồng nhất về màu sắc Vòi phun nên được giữ ở độ cao từ 0,5 đến 1,0 mét so với bề mặt bê tông, với lượng chất tạo màng tối thiểu là 0,35 kg/m² Tránh sử dụng các chất tạo màng dễ bị nước xói trôi hoặc có tác động tiêu cực đến sức chịu mài mòn và cường độ của bê tông Có thể phun thêm lớp tạo màng thứ hai hoặc rải lớp giấy (vải) giữ ẩm lên trên sau khi đã phun lớp đầu tiên.
Để bảo dưỡng hiệu quả, có thể bắt đầu rải màng chất dẻo giữ ấm mỏng khi việc này không gây hư hại cho các rãnh tạo nhám đã hoàn thành Màng chất dẻo cần được rải phủ kín bề mặt bê tông xi măng (BTXM) và mở rộng thêm 600mm mỗi bên Chỗ nối tiếp phải được rải chồng lên nhau ít nhất 400mm Trong suốt quá trình bảo dưỡng, cần đảm bảo màng không bị rách hoặc hở.
Để bảo dưỡng BTXM khi sử dụng các phương pháp như phủ kín bằng màng giữ ẩm, vải địa kỹ thuật, bao tải ẩm hoặc rơm rạ ẩm, cần phải tưới nước kịp thời Các vật liệu như vải, giấy và bao tải giữ ẩm có thể được tháo ra và tái sử dụng sau khi hoàn thành bảo dưỡng từng đoạn Số lần và lượng nước tưới hàng ngày cần được xác định rõ ràng để đảm bảo bề mặt BTXM luôn trong trạng thái ẩm ướt.
Thời gian bảo dưỡng bê tông phải được xác định dựa trên cường độ kéo khi uốn đạt tối thiểu 80% so với thiết kế, với sự chú trọng đặc biệt trong 7 ngày đầu Thông thường, thời gian bảo dưỡng nên kéo dài từ 14 đến 21 ngày, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết Trong mùa nóng, bảo dưỡng tối thiểu là 14 ngày, trong khi mùa lạnh cần ít nhất 21 ngày; thời gian bảo dưỡng sẽ cần kéo dài hơn khi nhiệt độ không khí giảm Đối với bê tông có thêm tro bay, thời gian bảo dưỡng tối thiểu nên là 28 ngày.
- Trong thời gian đầu bảo dưỡng cấm cả người cũng không được đi lên trên
BTXM Người chỉ được đi lên BTXM khi cường độ BTXM đạt 40% cường độ thiết kế.
Trong Hướng dẫn bảo dưỡng mặt đường BTXM, ngoài nội dung chính về công tác bảo dưỡng, còn có một số lưu ý quan trọng khi thi công trong điều kiện thời tiết đặc biệt Những lưu ý này liên quan đến việc bảo dưỡng mặt đường sau khi thi công, nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình.
Các điều kiện thời tiết không được thực hiện thi công mặt đường BTXM:
- Tốc độ gió ≥ 10.8 m/s (cấp 6 trở lên);
- Nhiệt độ không khí ở hiện trường thi công ≥ 40°C hoặc nhiệt độ hỗn hợp khi rải > 35°C;
- Nhiệt độ không khí trung bình trong 5 ngày đêm liên tục ở hiện trường thi công dưới 5°C.
Các qui định thi công mặt đường BTXM trong mùa mưa:
Tại trạm trộn bê tông nhựa nóng (BTXM), việc thiết lập hệ thống thoát nước hiệu quả là rất quan trọng để ngăn ngừa tình trạng ngập nước tại các thiết bị, kho và bãi vật liệu Cần có các biện pháp che chắn để bảo vệ thiết bị và vật liệu khỏi bị thấm nước Đồng thời, các đống đá và cát cũng cần được che chắn để tránh hiện tượng xói mòn và phân tầng.
Mặt đường BTXM mới đổ cần được che chắn bằng vải bạt hoặc vải chất dẻo ngay khi có mưa để tránh tình trạng xói mòn Nếu không kịp thời che chắn, có thể gây ảnh hưởng đến độ bằng phẳng và rãnh tạo nhám của mặt đường Sau khi mưa tạnh, cần sử dụng thiết bị mài để đạt độ bằng phẳng theo quy định, sau đó áp dụng thiết bị tạo rãnh cứng để đảm bảo độ nhám cần thiết.
Nếu mưa lớn làm ảnh hưởng đến độ phẳng của bê tông xi măng mới đổ, cần phải đào bỏ hoàn toàn trước khi xi măng đông cứng Sau đó, tiến hành thi công lại để đảm bảo chất lượng công trình.
Sau khi mưa tạnh, cần nhanh chóng làm sạch nước và bùn bẩn trong thùng xe cũng như các thiết bị thi công Đồng thời, việc thoát nước cho các đống đá, cát và làm sạch bề mặt móng là rất quan trọng trước khi tiếp tục quá trình thi công.
Các giải pháp phòng nứt co dẻo tùy thuộc tốc độ gió trong thời gian thi công:
- Tốc độ gió ≤ 1.5m/s: có thể thi công và bảo dưỡng bình thường.
- Tốc độ gió trong khoảng 1,6 ÷ 3.3 m/s (cấp 2): phải tăng bề dày lớp phun màng bảo dưỡng với lượng chất tạo màng tăng đến 0.45 kg/m2.
Khi tốc độ gió dao động từ 3.4 đến 5.4 m/s (cấp 3), sau khi rải xong, cần phải phun lớp tạo màng lần đầu ngay lập tức Sau đó, tiến hành tạo nhám và phun thêm lớp tạo màng bảo dưỡng thứ hai Tổng lượng chất tạo màng sử dụng cho cả hai lần là 0,60 kg/m2.
Tốc độ gió từ 5,5 đến 7,9 m/sec (cấp 4) là điều kiện lý tưởng để thực hiện phun tạo màng 2 lớp Quá trình này bao gồm việc tạo nhám trước và sau đó phủ kín bề mặt bê tông bằng màng chất dẻo mỏng.
Khi tốc độ gió đạt từ 8,0 đến 10,7 m/sec (cấp 5), cần sử dụng máy làm phẳng để nhanh chóng hoàn thiện bề mặt bê tông xi măng (BTXM), giúp rút ngắn thời gian san, rải và sớm tiến hành bảo dưỡng Nếu không có máy này, công việc thi công sẽ phải tạm dừng Sau khi bề mặt BTXM được làm phẳng, cần thực hiện phun màng bảo dưỡng với lượng 0,45 kg/m2 và phủ kín bằng màng chất dẻo hoặc bao tải ẩm Việc tạo nhám bề mặt phải được thực hiện bằng máy vạch rãnh cứng hoặc bàn chải sắt.
Qui định về thi công mặt đường BTXM trong mùa nóng
- Về mùa nóng khi nhiệt độ không khí ≥ 30°C thì phải tránh thi công vào buổi trưa mà thi công vào sáng sớm, chiều gần tối hoặc vào ban đêm
Để đảm bảo chất lượng bê tông, đá và cát cần được che nắng, sử dụng nước lạnh từ giếng hoặc nước đá để trộn Hỗn hợp bê tông cần có nhiều tro bay hoặc xỉ lò nghiền mịn, cùng với phụ gia làm chậm đông kết hoặc phụ gia kết hợp vừa giảm nước vừa làm chậm đông kết.
- Phải che đậy hỗn hợp trộn trên thùng xe khi chuyên chở.
- Cố gắng rút ngắn thời gian thi công mỗi công đoạn từ khâu trộn, vận chuyển, san rải…; rút ngắn thời gian chuyển công đoạn.
- Có thể dùng các tấm bạt chống mưa để che chắn ánh nắng lúc nắng quá gắt.
Khi trời nắng nóng, nhiệt độ hỗn hợp bê tông xi măng (BTXM) không nên vượt quá 35°C khi ra khỏi máy trộn Để đảm bảo chất lượng bê tông, cần thường xuyên đo nhiệt độ không khí, xi măng, nước, đá, cát và hỗn hợp bê tông, từ đó áp dụng các biện pháp giảm nhiệt độ cho vật liệu kịp thời.
- Nếu áp dụng biện pháp bảo dưỡng bằng cách che đậy, tưới nước thì phải tăng cường tưới ẩm.
- Để chống nứt nên cắt khe sớm hơn so với khi thi công ở điều kiện thời tiết không nắng, nóng.
Nội bảo dưỡng bê tông
Dưỡng hộ là hoạt động nhằm duy trì độ ẩm và nhiệt độ trong hỗn hợp CKD mới đóng rắn, cho phép XM thủy hóa trong nước và phản ứng puzzolanic diễn ra, từ đó phát triển các tính chất tiềm năng của hỗn hợp (ACI 2013).
Nội bảo dưỡng (IC) là quá trình duy trì sự thủy hóa của xi măng (XM) nhờ vào nước có sẵn bên trong, không phải là nước trong hỗn hợp bê tông.
Khi sử dụng hỗn hợp CKD mới đông kết, lượng nước cần thiết được cung cấp từ các bể chứa, chẳng hạn như cốt liệu nhẹ bão hòa nước Điều này nhằm thay thế độ ẩm đã mất do thoát hơi nước hoặc tự khô Viện BT Mỹ (ACI) định nghĩa IC là việc cung cấp nước liên tục cho hỗn hợp CKD mới đóng rắn, sử dụng bể chứa cốt liệu nhẹ bão hòa nước, giúp cung cấp nước khi cần thiết cho quá trình thủy hóa và điều chỉnh độ ẩm đã mất trong quá trình bay hơi hoặc tự khô.
2.2 Ảnh hưởng của nội bảo dưỡng đối với bê tông
- Giảm co tự sinh và nứt ở tuổi sớm
- Giảm nứt do co dẻo (tính bền vững của công trình)
- Tăng cường độ (nén và uốn), đặc biệt là ở tuổi muộn
- Giảm mô đun đàn hồi
- Cải thiện vi cấu trúc vùng chuyển tiếp
- Giảm độ nở dưới điều kiện thí nghiệm xâm nhập Sulfate
- Giảm độ thấm hút và xâm nhập Chloride (rõ rệt nhất trong việc trì hoãn sự ăn mòn)
- Tăng hiệu quả của việc sử dụng vật liệu CKD bổ sung SCMs (nhằm tăng cường độ hoặc giảm hàm lượng XM)
Tăng tuổi thọ và giảm chi phí vòng đời công trình là một lợi ích quan trọng, đặc biệt đối với các mặt cầu So với bê tông thông thường, việc áp dụng các giải pháp cải tiến giúp gia tăng độ bền và giảm khả năng nứt, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho dự án.
Cường độ nén của hỗn hợp bê tông là yếu tố quan trọng đối với nhà thiết kế, nhà thầu và chủ đầu tư Nghiên cứu của Cusson và Hoogeveen (2008) cho thấy bê tông tự bảo dưỡng (ICC) sử dụng cốt liệu nhẹ (LWA) bão hòa khác nhau có thể giảm đáng kể độ co tự sinh mà không làm ảnh hưởng đến cường độ hoặc mô đun đàn hồi của bê tông Việc này được thực hiện với tổng tỉ lệ N/CKD = 0,34 cho tất cả bốn hỗn hợp, đồng thời giảm lượng nước thêm vào nhờ nước cung cấp từ LWA, nhằm tối ưu hóa tỉ lệ N/CKD.
Bộ Giao thông vận tải New York (NYSDOT) đã thực hiện xây dựng nhiều cây cầu từ năm 2009 đến 2011, áp dụng LWA cho IC (Streeter et al 2012) Thiết kế của các cầu này đã chỉ định thay thế 30% LWA theo thể tích với N/CKD = 0,4 Dữ liệu từ báo cáo của Streeter et al 2012 cho thấy rằng IC không có tác động đáng kể đến cường độ hoặc khả năng gia tăng cường độ.
Bảng 3 - Tính chất của BT cho những cây cầu NYSDOT
Cường độ 7 ngày tuổi, (psi)
Cường độ 28 ngày tuổi, (psi)
Cường độ 56 ngày tuổi, (psi)
Ghi chú: nd = không có số liệu
Byard và Schindler (2010) đã nghiên cứu việc sử dụng các loại LWA như đá phiến sét, đất sét và đá phiến để sản xuất hỗn hợp bê tông IC Kết quả cho thấy hỗn hợp này đạt cường độ nén tương đương hoặc vượt trội so với bê tông thông thường, với tỷ lệ N/CKD = 0,42.
Roberts (2004, 2005) đã chỉ ra sự cải thiện cường độ uốn ở tuổi 3 ngày và
Trong nghiên cứu kéo dài 28 ngày, BT IC được so sánh với các hỗn hợp đối chứng Cả hai hỗn hợp đều sử dụng N/CKD = 0,44, trong khi lượng LWA bão hòa bổ sung vào hỗn hợp IC là 100 lb/yd³.
2.4 Mô đun đàn hồi Độ cứng của cốt liệu trong hỗn hợp BT ảnh hưởng trực tiếp đến mô đun đàn hồi (Mehta và Monteiro 2006) Hiệu quả của IC đến mô đun đàn hồi được chỉ ra trong hình 3 (Golias 2010) Một nghiên cứu được thực hiện bởi Golias (2010) đã sử dụng hỗn hợp đối chứng và hỗn hợp IC với tỉ lệ N/CKD = 0,3 và 0,5 và hàm lượng LWA thay thế tương ứng là 28% và 25% Những kết quả kiểm tra này cho thấy sự giảm mô đun đàn hồi khi so sánh với hỗn hợp đối chứng Điều này có thể có lợi bởi vì nó sẽ làm giảm ứng suất do co ngót (Shah và Weiss 2000).
Hình 3 Hiệu quả của IC đối với mô đun đàn hồi dự tính, Nguồn: Golias 2010
Byard và Schindler (2010) đã tiến hành kiểm tra hệ số tương đồng nội bộ (ICC) bằng cách sử dụng các loại LWA khác nhau Nghiên cứu này cho thấy sự giảm mô đun đàn hồi trong các hỗn hợp IC.
Sự giảm mô đun đàn hồi xảy ra khi sử dụng LWA có độ cứng thấp hơn so với CL thông thường, dẫn đến việc tăng trạng thái rỗng (Byard và Schindler 2010) Theo biểu thức Ec (ACI 318 2008), mô đun đàn hồi được ước tính dựa trên mật độ và cường độ nén đã biết Biểu thức này cũng chỉ ra rằng việc tăng hàm lượng LWA thay thế sẽ làm giảm mô đun đàn hồi.
Mô đun đàn hồi (lb/in²) được xác định dựa trên mật độ của bê tông thường hoặc bê tông nhẹ ở trạng thái cân bằng (lb/ft³) và cường độ nén của bê tông (psi).
Kết quả nghiên cứu của Golias (2010) cho thấy rằng việc giảm tỷ lệ N/CKD sẽ mang lại hiệu quả cao hơn về độ cứng của chất liệu CL so với độ cứng tổng của hỗn hợp.
Hỗn hợp vữa IC sử dụng LWA bão hòa giúp giảm đáng kể hoặc loại trừ hiện tượng co dẻo Theo nghiên cứu của Schindler et al (2010), khả năng xuất hiện vết nứt do co dẻo giảm khi thể tích LWA thay thế tăng Việc sử dụng hàm lượng LWA thay thế phù hợp có thể hoàn toàn loại trừ các vết nứt này.
Hình 4 Sự phân bố chiều rộng vết nứt tích lũy xuất hiện trên BT với sự thay thế thể tích LWA khác nhau, Nguồn: Schlitter et al 2010
Một trong những ứng dụng ban đầu của IC là giảm độ co tự sinh với tỉ lệ N/CKD thấp Bentur (2001) đã chỉ ra rằng việc thay thế 25% LWA bão hòa có thể loại trừ hiện tượng co tự sinh Hình 5 minh họa sự co tự sinh của vữa với các loại vật liệu thấm hút bão hòa khác nhau (Geiker 2004) Đặc biệt, việc thay thế 20% LWA bão hòa cũng mang lại hiệu quả tích cực trong việc kiểm soát co tự sinh.
Hình 5 Co tự sinh trong mẫu vũa chứa vật liệu thấm hút bão hòa khác nhau, tất cả đều được dưỡng hộ ở 86 0 F (30 0 C)
Điều kiện khí hậu Việt Nam ảnh hưởng đến bảo dưỡng bê tông
3.1 Đặc trưng khí hậu các vùng miền
Khí hậu miền Bắc Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa, với mùa đông lạnh và mùa hè nóng ẩm, gây cảm giác oi bức Gió mùa Đông Bắc mang đến mưa phùn lạnh ẩm, đặc biệt tại vùng phía Đông, bao gồm Hà Nội, có khí hậu lục địa với nền nhiệt ấm hơn, chênh lệch 2-3 độ C so với Đông Bắc Vào mùa đông, vùng núi có thể xuất hiện băng giá, trong khi mùa hè, nhiệt độ có thể lên tới 40 độ C ở các thung lũng thấp.
Khí hậu miền Trung Việt Nam chủ yếu là khí hậu nhiệt đới gió mùa, chia thành ba vùng khí hậu khác biệt: Bắc Trung Bộ, đồng bằng duyên hải và Tây Nguyên Vùng Bắc Trung Bộ có mùa đông lạnh do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, đặc biệt là tại Thừa Thiên Huế, với lượng mưa nhiều Mùa hè ở đây chịu tác động mạnh từ gió Lào khô nóng Trong khi đó, vùng đồng bằng duyên hải không có mùa đông lạnh, chỉ có những đợt lạnh ngắn, và mùa khô rõ rệt hơn Đặc biệt, mùa mưa và mùa khô ở miền Trung không trùng khớp với các vùng khác, mùa hè là thời điểm khô nhất Tây Nguyên có hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô, với nhiệt độ cao quanh năm, gió nhiều, và cường độ mưa lớn trong mùa mưa Ở độ cao trên 150m, khu vực này không có mùa nóng và phần phía Bắc có khí hậu lạnh, mức độ lạnh phụ thuộc vào địa hình.
Khí hậu miền Nam Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa, đặc trưng bởi sự phân chia rõ rệt giữa mùa mưa và mùa khô Mùa mưa xảy ra do ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam, với lượng mưa lớn Nhiệt độ trung bình ở đây cao, và bức xạ nhiệt cũng tăng lên trong mùa khô, tương tự như khí hậu vùng Tây Nguyên.
Khí hậu Việt Nam đặc trưng bởi khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với sự biến đổi của các yếu tố như nhiệt độ, bức xạ mặt trời, độ ẩm, gió và mưa theo mùa và vùng miền Miền Bắc có mùa đông lạnh giá, miền Trung ấm áp và mưa nhiều, trong khi miền Nam lại trải qua mùa khô nóng Vào mùa hè, miền Bắc nóng ẩm với mưa rào, miền Trung chịu ảnh hưởng của gió phơn khô nóng và ít mưa, còn miền Nam và Tây Nguyên có mùa mưa ẩm ướt.
3.2 Ảnh hưởng của khí hậu đến việc bảo dưỡng bê tông
Các kết cấu bê tông lớn như sàn, vách hầm, đài móng nhà cao tầng và các công trình cầu, đập thường gặp hiện tượng nứt trong quá trình thi công, đặc biệt là vào đầu đông cứng Nghiên cứu cho thấy các vết nứt này xuất hiện sau khi tháo dỡ cốp pha, với nguyên nhân chủ yếu do thiết kế sử dụng bê tông cấp độ cao và lượng xi măng lớn, thi công trong điều kiện thời tiết nắng nóng Hiện tượng này đã gây bức xúc trong dư luận với các trường hợp điển hình như nứt bê tông hầm Thủ Thiêm và cầu Vĩnh Tuy Để phòng ngừa và khắc phục, cần có nghiên cứu khoa học bài bản nhằm xác định nguyên nhân gây nứt và đề xuất giải pháp phù hợp, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa của Việt Nam, nơi có sự thay đổi rõ rệt giữa các mùa và vùng miền.
Khí hậu nóng ẩm ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ bền của bê tông, đặc biệt trong giai đoạn đông cứng Nắng nóng và không khí khô làm bê tông mất nước nhanh chóng, tạo ra cấu trúc rỗng, giảm cường độ và khả năng chống thấm Bức xạ mặt trời và gió mạnh cũng làm tăng nguy cơ này, đặc biệt là gió phơn Do đó, việc bảo dưỡng bê tông trong giai đoạn đầu đông cứng là rất quan trọng, nhất là ở khu vực miền Trung Khu vực khô nóng cần thời gian bảo dưỡng ẩm lâu hơn Bê tông khối lớn dưới ánh nắng mặt trời có thể tích tụ nhiệt do quá trình thủy hóa xi măng, dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa bên trong và bên ngoài, gây nứt bề mặt bê tông và ảnh hưởng đến khả năng chịu lực nếu không được khắc phục.
Vì vậy, việc áp dụng công nghệ bê tông cần được nghiên cứu sao cho phù hợp với từng vùng, miền và mùa khí hậu một cách riêng biệt.
CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông nội bảo dưỡng trên thế giới
Nhiều năm trước, nghiên cứu về cơ chế dưỡng hộ từ bên trong (nội bảo dưỡng - IC) đã được đề xuất và phát triển, chứng minh hiệu quả trong việc bảo dưỡng bê tông cường độ cao Phương pháp này đơn giản, không ảnh hưởng đến cường độ bê tông và giúp giảm chi phí cho dưỡng hộ bên ngoài Nội bảo dưỡng sử dụng cốt liệu rỗng ngậm nước để hấp thụ và giữ nước, cung cấp nước cho quá trình đông kết của bê tông, giúp các hạt xi măng hydrat hóa triệt để Tiền đề cơ bản của IC được công nhận lần đầu tiên vào năm 1957, với Paul Klieger ghi nhận rằng “LWA thấm hút lượng nước đáng kể trong quá trình nhào trộn, lượng nước này có thể dịch chuyển tới hồ XM trong suốt quá trình thủy hóa.”
IC đã được đề xuất vào năm 1991 (Khoa học và Sự thật về BT) Bob Philleo nhấn mạnh rằng cần thiết phải tìm ra phương pháp để đưa nước dưỡng hộ vào bên trong các thành phần cấu trúc có cường độ cao Việc thay thế một phần của CLN bằng LWA bão hòa nước có thể là một giải pháp khả thi.
Nước đóng vai trò quan trọng trong hỗn hợp bê tông, với tỷ lệ nước trên xi măng (N/X) ảnh hưởng lớn đến quá trình đông cứng Nghiên cứu vào năm 1948 đã chỉ ra rằng hiện tượng co tự sinh do khô xảy ra khi tỷ lệ N/X dưới 0,42, và tỷ lệ này có thể dao động từ 0,36 đến 0,48 tùy thuộc vào loại xi măng Khi tỷ lệ N/X thấp hơn 0,42, nếu không còn đủ nước để thủy hóa, xi măng sẽ tìm kiếm nước từ các lỗ mao quản bên trong, dẫn đến giảm độ ẩm của hỗn hợp bê tông.
Trong báo cáo tại hội thảo bê tông quốc tế, các chuyên gia Dale P Bentz, Pietro Lura và John Roberts đã trình bày tỉ lệ pha trộn cốt liệu trong hỗn hợp bê tông Họ đề xuất phương pháp nội bảo dưỡng cho hỗn hợp bê tông xi măng Portland bằng cách sử dụng cốt liệu nhẹ bão hòa Lượng nước cần thiết cho quá trình này được tính toán để cân bằng với lượng nước tiêu thụ do co hóa học trong quá trình hydrat hóa của xi măng Bên cạnh tỉ lệ pha trộn, hai yếu tố quan trọng khác được xem xét là co hóa học của xi măng, nhiệt độ bảo dưỡng và khả năng hút thấm bề mặt của cốt liệu nhẹ.
Vào năm 1991, Philleo đã đề xuất việc kết hợp cốt liệu mịn bão hoà vào hỗn hợp bê tông nhằm cung cấp nước bên trong trong quá trình hydrat hoá Cốt liệu nhẹ có khả năng hấp thụ nước từ 5% đến 25% trong 24 giờ, và nếu đáp ứng các điều kiện cần thiết, chúng có thể cung cấp thêm nước cho quá trình dưỡng hộ bê tông Đề xuất này đã nhận được sự công nhận vào giữa những năm 1990, dẫn đến việc thực hiện nhiều nghiên cứu quan trọng về việc sử dụng cốt liệu nhẹ bão hoà để giảm co tự sinh.
IC đã được nghiên cứu sâu rộng tại Đức, Israel, Đan Mạch và Hoa Kỳ từ giữa những năm 1990 Các loại "bể chứa nước" phổ biến bao gồm LWA (CL nhỏ), polymer siêu thấm hút và sợi gỗ.
Cốt liệu nhẹ có khả năng giảm thiểu hoặc loại trừ co tự sinh trong bê tông, nhờ vào việc hình thành hệ thống lỗ mao quản trong hỗn hợp hồ xi măng trong quá trình hydrat hoá Các lỗ mao quản này hấp thụ nước từ cốt liệu nhẹ, cung cấp nước cho các hạt xi măng chưa hydrat hoá, từ đó hỗ trợ quá trình hydrat hoá Bentz và Snyder đã phát triển phương trình ước lượng mức độ thay thế của cốt liệu nhẹ, đảm bảo cung cấp đủ nước cho bê tông cường độ cao Tuy nhiên, phương pháp bảo dưỡng truyền thống không hiệu quả trong việc giảm co ngót, chỉ có thể xử lý những co nhỏ ở bề mặt Liên hiệp quốc tế các phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng đã nghiên cứu hiện tượng co ngót và thành lập uỷ ban kĩ thuật công cộng nhằm phát triển và ứng dụng phương pháp nội bảo dưỡng Các khuyến nghị sẽ bao gồm quy trình chuẩn bị nguyên liệu, pha trộn, đúc, và thiết kế hỗn hợp bê tông, nhằm tối ưu hóa liều lượng và tính chất của nước trong quá trình nhào trộn Các nghiên cứu sẽ được thực hiện trong các điều kiện môi trường cụ thể và xem xét nhiều yếu tố tương tác như co ngót, từ biến, hiệu ứng nhiệt, nứt và chất lượng Kết quả sẽ giúp phát triển phương pháp nội bảo dưỡng cho các loại bê tông khác, bao gồm cả bê tông bình thường với tỷ lệ N/X cao hơn 0,4.
Quá trình dịch chuyển nước từ vật liệu nội bảo dưỡng bê tông (BTXM) bao gồm các giai đoạn sau: a) Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ (LWA); b) Bê tông đóng rắn sử dụng LWA; c) Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu đặc; d) Bê tông đóng rắn sử dụng cốt liệu đặc.
Nghiên cứu tại Hà Lan cho thấy rằng bê tông với tỉ lệ N/X nhỏ hơn 0,4 dễ bị nứt do co ngót Để giảm thiểu hiện tượng này, các nhà nghiên cứu đã thay thế một phần cốt liệu thường bằng cốt liệu nhẹ bão hòa Quá trình thử nghiệm đánh giá cường độ bê tông ở 56 ngày tuổi cho thấy rằng việc sử dụng cốt liệu nhẹ có kích cỡ nhỏ và hoàn toàn bão hòa mang lại hiệu quả cao nhất trong việc giảm co ngót Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cả cường độ nén và cường độ uốn của bê tông đều tăng khi cốt liệu nhẹ được sử dụng thay thế cho cốt liệu thường.
Thay thế cốt liệu thường trong bê tông cường độ cao bằng cốt liệu nhẹ không chỉ cải thiện khả năng làm việc mà còn giúp giảm thiểu hiện tượng co ngót trong bê tông.
Các nhà nghiên cứu đã kết luận:
Thay thế một phần NWA bằng LWA bão hòa lên đến 25% không ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ nén của bê tông Ở tỷ lệ N/X thấp khoảng 0.33, việc thay thế từ 10% đến 17,5% NWA bằng LWA mang lại sự cải thiện cường độ nén mà không cần thay thế LWA.
Tỉ lệ thay thế lên đến 25% có thể giảm đáng kể hiện tượng co ngót trong điều kiện đẳng nhiệt Tại Israel, nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng LWA ướt như nguồn nước nội tại giúp hạn chế tác động của quá trình tự khô và phát triển ứng suất Kích thước hạt LWA được sử dụng là từ 4.5 đến 9 mm, với mẫu thử được sàng qua sàng 7 mm và độ mịn đạt 1.52 NWA được trộn với dolomite đập nhỏ và cát vàng mịn có độ mịn 3.95 LWA cho thấy sức hút đặc trưng ở trạng thái bão hòa khô bề mặt, với khả năng hấp thụ nước 1.38 sau 24 giờ Lượng nước hấp thụ đạt 8.9% sau 24 giờ và tăng lên 11.0% trong 72 giờ.
Hình 7 Mô hình thử nghiệm BTXM bảo dưỡng ngoài (EC) và BTXM nội bảo dưỡng (IC)
Công việc tại Mỹ do Tập đoàn Northeast Solite thực hiện, sử dụng cốt liệu đá phiến sét trương nở nghiền vụn để cải thiện bê tông lát đường với tỉ lệ nước/xi từ 0.4 đến 0.45 Trong giai đoạn 1999-2000, các bài kiểm tra cho thấy tiêu chuẩn vữa lát đường có thể thay thế một phần cốt liệu khối lượng bằng cốt liệu nhẹ mịn và thô (2.4 đến 9.5mm) Các loại vữa được trộn với cát tự nhiên và cốt liệu thô có LWA thay thế lần lượt là 59kg/m³, 119kg/m³ và 178kg/m³ LWA từ hai nguồn khác nhau được sử dụng để so sánh, với bảng 12 tổng hợp cấp phối cho 59kg/m³ LWA mịn thay thế, có độ hấp thụ 15% Bắt đầu từ năm 2001, một chương trình kiểm tra bổ sung được thực hiện để đánh giá việc thay thế xi măng bằng tro bay và giảm tỉ lệ nước/vữa nhằm sản xuất vữa lát đường cường độ cao.
Hình 8 Mặt đường BTXM nội bảo dưỡng
U.S National Institute for Standards and Technology (NIST) đã thảo luận về kế hoạch giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn nứt gãy do co tự sinh và sự tự khô Bentz và Jensen chỉ ra rằng cấu trúc lỗ rỗng trong các hạt cốt liệu có ảnh hưởng mạnh đến quá trình co khô, với nước trong các lỗ rỗng thô có thể phát triển nội bảo dưỡng (IC) cho thủy hóa vữa xi măng Sự hình thành các lỗ rỗng trống để co hóa học chiếm ưu thế trong lỗ rỗng của cốt liệu thô, không tính đến các lỗ rỗng nhỏ trong vữa xi măng Họ nhấn mạnh rằng nguyên lý này cần được áp dụng với cốt liệu nhẹ bão hòa nước, vì cốt liệu nhẹ mịn đã bão hòa cung cấp phân phối đồng đều lượng nước cần thiết cho việc bảo dưỡng bê tông trong toàn bộ cấu trúc vi mô Các tác giả kết luận rằng phương pháp này có thể hoàn toàn ngăn chặn hiện tượng co khô.
Hiện nay, ICC đang được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở Mĩ (hình 6) Một vài dự án tiêu biểu như sau:
- 2005: sân ga tàu hỏa và vỉa hè CRC ở Texas (N/X = 0,43 đối vớn sân ga)
- 2008 đến nay: nhiều hơn 12 mặt cầu ở New York (N/X = 0,33 - 0,40)
- 2011 đến nay: mặt cầu ở Indiana (N/X = 0,39 - 0,42)
- 2011 - 2012: mặt cầu ở Utah (N/X = 0,44), thùng chứa nước (10 triệu gallons) ở Colorado
- 2012: 27 dự án được triển khai
Hình 9 Các dự án ICC được triển khai tại Mĩ, 2012
Một đề tài nghiên cứu tại Ấn Độ vào năm 2018 (K V S Gopala krishna sastry, Putturu manoj kumar - Self-curing concrete with different self-curing agents)
[28] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm BTXM nội bảo dưỡng sử dụng các tác nhân nội bảo dưỡng: Poly Ethylene Glycol 4000 (PEG 4000), Poly Ethylene Glycol
Hỗn hợp BTXM mác M25 được thiết kế theo tiêu chuẩn IS: 10262-2009, bao gồm các thành phần: 399,12 kg xi măng, 679,78 kg cốt liệu nhỏ, 1208,73 kg cốt liệu lớn và 191,58 lít nước Sản phẩm sử dụng PEG 6000 và Poly Vinyl Alcohol (PVA) để cải thiện tính chất của hỗn hợp.
Sử dụng hàm lượng tác nhân nội bảo dưỡng khác nhau: từ 0,5-2% PEG 4000; từ 0,5- 2% PEG 6000; từ 0,25-1% PVA và từ 0,25-1% SAP.
Các chỉ tiêu cường độ: cường độ nén, cường độ ép chẻ, cường độ kéo uốn được thí nghiệm, kết quả như bảng 5:
Bảng 5 – Kết quả thí nghiệm cường độ nén, kéo, kéo uốn Tên mẫu
Tỷ lệ chất tự bảo dưỡng
Cường độ kéo uốn (N/mm 2 )
Từ các kết quả nghiên cứu, các tác giả đã có các kết luận như sau:
- Độ công tác của BTXM tăng lên khi hàm lượng tác nhân nội bảo dưỡng tăng lên.
- Với 4 loại tác nhân bảo dưỡng được nghiên cứu, cường độ nén lớp nhất đạt 37.85 N/mm2 tương ứng lượng PEG 4000 1.5%.
- Trong 4 tác nhân tự dưỡng hộ, cường độ kéo lớn nhất thu được là 3.27 N/mm2 khi 1% PEG6000 được sử dụng.
- Cường độ uốn lớn nhất thu được là 3.30 N/mm2 trong tất cả các tác nhân tự dưỡng hộ khi 1% PEG6000 được sử dụng cho HHBT.
Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông nội bảo dưỡng tại Việt Nam
Bê tông là vật liệu phổ biến trong xây dựng tại Việt Nam, và việc bảo dưỡng bê tông là cần thiết để cải thiện cường độ và bảo vệ khỏi tác động bên ngoài Nếu không được bảo dưỡng đúng cách, bê tông dễ bị nứt và hư hỏng Để đạt được chất lượng tối ưu, bê tông cần được giữ ẩm sau khi đổ, với quy trình bảo dưỡng chia thành hai giai đoạn: bảo dưỡng ban đầu và bảo dưỡng tiếp theo Giai đoạn bảo dưỡng ban đầu bắt đầu ngay sau khi tạo hình, bằng cách phủ vật liệu ẩm lên bề mặt bê tông mà không tác động cơ học hay tưới nước trực tiếp Việc sử dụng các vật liệu cách nước như nilon hay vải bạt, cùng với các phương pháp phun sương, giúp duy trì độ ẩm cho bê tông Giai đoạn này kéo dài cho đến khi bê tông đạt cường độ cần thiết, đảm bảo tưới nước mà không làm hư hại bề mặt.
Giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo bắt đầu ngay sau giai đoạn bảo dưỡng ban đầu, yêu cầu tưới nước liên tục để giữ ẩm cho bề mặt bê tông cho đến khi kết thúc quá trình bảo dưỡng Tần suất tưới nước phụ thuộc vào khí hậu địa phương, cần duy trì cả ban ngày lẫn ban đêm để tránh tình trạng khô Khi tháo cốp pha, nếu bê tông đã đạt cường độ bảo dưỡng tới hạn thì không cần tiếp tục tưới nước, ngược lại, phải duy trì cho đến khi đạt yêu cầu Phương pháp phủ mặt bằng màng chắn hơi có thể được áp dụng, bằng cách phun dung dịch polymer tạo màng để ngăn nước trong bê tông bốc hơi Phương pháp này thường dùng cho các kết cấu có bề mặt lớn và không cần tưới nước trong giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo Lớp màng chắn hơi cần được bảo vệ khỏi hư hỏng do các tác động cơ học trong suốt quá trình bảo dưỡng.
Phụ gia bảo dưỡng bê tông đã được áp dụng tại Việt Nam từ năm 1988 với sản phẩm Rechocure 736 của MBT Loại phụ gia này giúp bê tông đạt cường độ cao mà không cần bảo dưỡng truyền thống, đồng thời giảm tỉ lệ lỗ rỗng và cải thiện độ chống mài mòn Đặc biệt, trị số co ngót dẻo của bê tông sử dụng phụ gia này thấp hơn so với bê tông được bảo dưỡng bằng nước Cơ chế tự bảo dưỡng hoạt động thông qua việc tạo ra liên kết hydrogen giữa phân tử nước và nhóm OH trên polime Các dung dịch bảo dưỡng như natri silicat và nhũ tương parafin cũng góp phần ngăn chặn bay hơi nước, nhưng hiệu quả sử dụng phụ thuộc vào loại bê tông, cấu trúc kiến trúc và điều kiện thời tiết.
Các giải pháp bảo dưỡng bê tông tại Việt Nam có ưu và nhược điểm khác nhau, cần thiết phải phát triển phương pháp mới để đáp ứng yêu cầu bảo dưỡng, đặc biệt trong bối cảnh xây dựng đang phát triển và nhu cầu sử dụng bê tông cường độ cao ngày càng tăng Chế độ nội bảo dưỡng cho bê tông chất lượng cao và siêu cao (HPC và UHPC) đang được chú trọng, trong khi bê tông thông thường chủ yếu sử dụng phương pháp bên ngoài (EC) để ngăn chặn sự khô bề mặt và duy trì độ ẩm, từ đó hỗ trợ quá trình thủy hóa Nội bảo dưỡng (IC) là một kỹ thuật mới nhằm kéo dài quá trình thủy hóa, góp phần nâng cao chất lượng bê tông.
XM cung cấp buồng trữ nước bên trong HHBT mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng HHBT tươi, đồng thời nâng cao độ bền của các tính chất vật lý IC được phát triển để đáp ứng nhu cầu về các loại BT kết cấu bền lâu, có khả năng chống lại sự nứt do co.
Hiện nay, Việt Nam đã tiến hành nhiều nghiên cứu về nội bảo dưỡng bê tông với vật liệu thấm hút cao PGS.TS Nguyễn Duy Hiếu là một trong những người tiên phong trong lĩnh vực này, cung cấp cơ sở khoa học và giải thích cơ chế chuyển dịch nước trong bê tông nội bảo dưỡng.
Kết luận và đề xuất
Mặt đường BTXM là một trong hai loại mặt đường chính được sử dụng trong xây dựng đường ô tô và sân bay trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam Mặc dù mặt đường BTXM có vai trò quan trọng, tỷ trọng của nó so với các loại mặt đường khác vẫn còn khá khiêm tốn.
Với tuổi thọ vượt trội và công nghệ xây dựng ngày càng tiên tiến, mặt đường BTXM đang trở thành lựa chọn phổ biến cho các tuyến đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay trên toàn thế giới.
- Phạm vi áp dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay:
+ Mặt đường BTXM phân tấm, không cốt thép cho tất cả các cấp đường và sân bay;
+ Mặt đường BTXM lưới thép cho đường cấp cao, sân bay và những khu vực thời tiết khắc nghiệt;
Mặt đường BTXM cốt thép liên tục cho đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay.
+ Mặt đường BTXM lu lèn cho các loại đường cấp cao thứ yếu và đường nông thôn, đường miền núi.
Từ năm 1975, Việt Nam đã bắt đầu xây dựng mặt đường BTXM, tuy nhiên, khối lượng và kinh nghiệm trong lĩnh vực này còn hạn chế Do đó, cần thiết phải bổ sung và hoàn thiện các tiêu chuẩn cũng như thiết kế thi công, đồng thời thực hiện kiểm tra nghiệm thu cho mặt bằng đường BTXM và các lớp móng gia cố xi măng trước khi tiến hành thi công đại trà.
Cần nâng cao quản lý chất lượng trong thiết kế, công nghệ và thiết bị thi công một cách đồng bộ Đồng thời, cần chú trọng đến công tác tư vấn giám sát và nghiệm thu công trình trước khi đưa vào sử dụng.
Chủ trương khuyến khích thiết kế và xây dựng mặt đường ô tô cần tập trung vào việc sử dụng các lớp móng đường ô tô các cấp, bao gồm cả lớp cứng và mềm, với vật liệu gia cố xi măng.
Cần thực hiện khảo sát và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các đoạn mặt đường BTXM đã xây dựng trên một số quốc lộ Điều này sẽ làm cơ sở cho việc triển khai xây dựng mặt đường BTXM trên diện rộng trong thời gian tới.
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá bê tông xi măng nội bảo dưỡng làm mặt đường ô tô dựa trên các chỉ tiêu cơ lý như cường độ nén, cường độ kéo, độ co ngót, mô đun đàn hồi và khối lượng thể tích Nghiên cứu này nhằm xác định khả năng sử dụng bê tông xi măng nội bảo dưỡng cho mặt đường BTXM trong điều kiện khí hậu Việt Nam.
Mục tiêu đặt ra
- Tìm hiểu và nghiên cứu các tính chất và thành phần của các loại vật liệu sử dụng cho BTXM nội bảo dưỡng
Nghiên cứu yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của bê tông xi măng trong xây dựng mặt đường ô tô bao gồm các yếu tố quan trọng như độ sụt, cường độ nén, cường độ kéo (bao gồm ép chẻ và kéo uốn), có hoặc không xét đến mỏi, mô đun đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt, độ nhám và co ngót khi hình thành cường độ.
- Nghiên cứu sự làm việc của mặt đường BTXM nội bảo dưỡng trong điều kiện khí hậu đặc trưng tại Việt Nam
- Đánh giá vật liệu sử dụng cho bê tông xi măng nội bảo dưỡng
- Thiết kế thành phần bê tông xi măng nội bảo dưỡng
- Nghiên cứu thực nghiệm tính chất của vữa sử dụng vật liệu giữ nước
- Khảo sát tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông
- Phân tích sự làm việc của bê tông xi măng nội bảo dưỡng trong kết cấu mặt đường BTXM
- Mô hình tính toán và dự báo độ bền của kết cấu mặt đường BTXM nội bảo dưỡng.
1 PGS TS Nguyễn Hữu Trí, ThS Lê Anh Tuấn, PGS TS Vũ Đức Chính, Nghiên cứu ứng dụng mặt đường BTXM ở việt Nam trong điều kiện hiện nay, Trang tin điện tử Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, 2009.
2 Nguyễn Tấn Quý - Nguyễn Thiện Ruệ, Giáo trình Công nghệ bê tông xi măng tập
1 (Lý thuyết bê tông), Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2000.
3 Bazenov IU., Bạch Đình Thiên, Trần Ngọc Tính, Công nghệ bê tông, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2009.
4 Nguyễn Duy Hiếu, Trần Bá Việt, Ảnh hưởng của việc dưỡng hộ bên trong đến tính chất cơ lý của bê tông cốt liệu rỗng chịu lực có độ chảy cao, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 2009.
5 Nguyễn Duy Hiếu, Trần Bá Việt, Phùng Văn Lự, Nghiên cứu biện pháp giảm phân tầng cho hỗn hợp bê tông keramzit tự lèn, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 2009
6 Nguyễn Duy Hiếu, Trần Bá Việt, Phùng Văn Lự, Nghiên cứu co ngót và chống thấm của bê tông keramzit chịu lực tự đầm, Tạp chí Vật liệu xây dựng Việt Nam,
7 Nguyễn Duy Hiếu, Trương Thị Kim Xuân, Nghiên cứu nâng cao chất lượng cho bê tông cốt liệu rỗng chịu lực có độ chảy cao bằng giải pháp dưỡng hộ từ bên trong,
Báo cáo kết quả NCKH - ĐHKTHN, 2009.
8 Nguyễn Duy Hiếu, Công nghệ bê tông nhẹ cốt liệu rỗng chất lượng cao, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2016.
9 Nguyễn Duy Hiếu, Cơ sở khoa học về nội bảo dưỡng cho bê tông, Tạp chí Xây dựng, 2016.
10 Nguyễn Duy Hiếu, Quá trình trao đổi nước giữa cốt liệu rỗng và đá xi măng trong bê tông tự bảo dưỡng, Tạp chí Khoa học Kiến trúc và Xây dựng, 2017.
11 Phùng Văn Lự - Phạm Duy Hữu - Phan Khắc Trí, Vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, Hà Nội, 2013.
12 Hội Kết cấu và Công nghệ Xây dựng Việt Nam, Bộ Xây dựng, Điều tra khảo sát thực trạng công tác thi công bê tông khối lớn, đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng trong điều kiện Việt Nam, Hà Nội, 2018.
13 Bộ Xây dựng, Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại, Nhà xuất bảnXây dựng, Hà Nội, 2008.
14 Trần Đăng Hoàng, Nguyễn Công Thành, Nguyễn Hữu Ánh, Chu Minh Hai, Nguyễn Duy Hiếu, Trương Thị Kim Xuân, Nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông bằng phương pháp nội bảo dưỡng, ĐH Kiến trúc Hà Nội, 2011.
15 Nguyễn Thái Dương, Nghiên cứu nứt trong kết cấu bê tông cốt thép, 2015.
16 Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 của Bộ GTVT Ban hành “Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông”.
17 Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 của Bộ GTVT Ban hành
“Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”
18 TCVN 8828:2011, Bê tông – Yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên
16 Jason Weiss, Dale Bentz, Anton Schindler, P.E and Pietro Lura, Internal curing, STRUCTURE magazine, 2012.
17 Institute for Transportation, Iowa State University, Impacts of Internal Curing on Concrete Properties, 2015.
18 Limmei Wu, Nima Farzadnia, Caijun shi, Zuhua Zhang, Hao Wang, Autogenous shrinkage of high performance concrete: a review, 2017.
19 Reid W Castrodale, PhD, PE, Expanded Shale, Clay and State Institute, NESMEA Annual Meeting, Internal Curing with Lightweight Aggregate for
20 Autogenous Deformation and Internal Curing of Concrete, Technische Universiteit Delft, 2003.
21 Dale P.Bentz , Peitro Luna, John W Roberts, Mixture Proportioning for Internal curing, NIST- National Institute of Standards and Technology, 2005.
22 Daniel Cusson and Ted Hoogeveen, Internal curing of high-performance concrete with pre-soaked fine lightweight aggregate for prevention of autogenous shrinkage cracking, National Research Council Canada, Ottawa, Ontario, Canada.
23 MR Geiker, D.P Bentz, O.M.Jensen, Mitigating Autogeneous Shrinkage by
24 George C Hoff, P.E., Deng President, The use of light weight fines for the internal curing of concrete, Hoff Consulting LLC.
25 Internal Curing of High-Performance Blended Cement Mortars - BusinessPublications
26 American Society of Testing Materials, Internal Curing Using Expanded
Shale,Clay and Slate Lightweight Aggregate, Lightweight Concrete and Aggregate,
27 Internal curing using water-releasing material for high strength micro- expansive concrete, Journal of Wuhan University of Technology - Materials Science edition.
28 K V S Gopala krishna sastry, Putturu manoj kumar, Self-curing concrete with different self-curing agents, IOP Conference Series: Materials Science and
29 K.Nithya, K.Ranjitha, P.Kuma, EXPERIMENTAL STUDY ON SELF- CURING
CONCRETE, International Research Journal of Engineering and Technology
(IRJET), e-ISSN: 2395 -0056, Volume: 04 Issue: 03, Mar -2017.
30 M.V.Jagannadha Kumar, M Srikanth, K Jagannadha Rao, STRENGTH
CHARACTERISTICS OF SELF-CURING CONCRETE, IJRET - International
Journal of Research in Engineering and Technology, ISSN: 2319-1163, Volume: 01 Issue: 01, Sep-2012.
31 Magda I Mousaa, Mohamed G Mahdy, Ahmed H Abdel-Reheem, Mechanical properties of self-curing concrete, HBRC Journal 11, 311–320, 2015.
32 Muddassir Bora, Mausam Vohra, Mohammed Sakil Patel, Dhruv Vyas, Self-
Curing Concrete – Literature Review, IJEDR, Volume 5, Issue 1, ISSN: 2321-9939,