Bài tập lớn vật liệu xây dựng

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: VẬT LIỆU XÂY DỰNG MỚI Học viên: Kiều Văn Thành Khoa: Công trình – Khoá 17 Đề bài: Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông xi măng chất lượng cao làm mặt đường l

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: VẬT LIỆU XÂY DỰNG MỚI Học viên: Kiều Văn Thành

Khoa: Công trình – Khoá 17

Đề bài: Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông xi măng chất lượng

cao làm mặt đường lát (ICP - Interlocking Concrete Pavement)

1 Đặt vấn đề.

Trong những năm qua việc đầu tư xây dựng hệ thống hạ tầng đặc biệt là giao thông đường bộ ở nước ta đã diễn ra hết sức mạnh mẽ, góp phần hoàn thiện mạng lưới giao thông, nâng cao đời sống dân cư và tạo cơ

sở phát huy tiềm năng kinh tế của các địa phương

Hiện nay trong ngành xây dựng đường ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu dùng những vật liệu truyền thống (cát, đá …).Để đạt được cường độ phù hợp với tiêu chuẩn cấp đường thì lớp Kết cấu áo đường rất dày dẫn đến kinh phí xây dựng lớn

Một trong những phương án tiên tiến để tăng độ bền của vật liệu là tìm kiếm các vật liệu mới, cải tiến tính năng của vật liệu truyền thống để tăng cường chất lượng của vật liệu Các biện pháp chính là thay đổi thành phần, cấu trúc của vật liệu thay vào đó các vật liệu mới hoặc các thành phần mới để đạt được các tính năng tiên tiến hơn so với vật liệu cũ

Trên thế giới hiện nay các nước đã nghiên cứu tìm ra các vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu về sử dụng vật liệu bằng cách tiết kiệm được nguồn liệu tại chỗ để thi công các công trình giao thông mà lại đem lại hiệu quả cao trong khai thác sử dụng

Trong giới hạn của bài xin giới thiệu vật liệu “RRP” dùng để

gia cố đất làm đường giao thông

1 Giới thiệu về vật liệu RRP

Công nghệ vật liệu RRP - CHLB Đức là công nghệ liên kết ion

Theo tài liệu của Nhà sản xuất, Vật liệu RRP là vật liệu ngăn chặn triệt để đặc tính trương nở của hạt sét trong hỗn hợp đất Đồng thời xúc tác tối đa liên kết ion giữa các thành phần khoáng chất trong đất tạo nên khả năng ngăn chặn sự thẩm thấu của nước và biến rắn

Bão hòa ngay sau quá trình xúc tác trong đất, không gây độc hại cho môi trường đất, nước và không khí

Công nghệ hóa rắn đất bằng RRP đã được sử dụng thành công đầu tiên tại Việt Nam vào năm 2003 và hiện đang được Bộ Quốc Phòng Việt Nam tiến hành thí điểm đợt 2 trước khi đưa ra triển khai đại trà trên các tuyến đường quốc phòng

RRP (REYNOLDS ROAD PACKER) là một chất dung môi ở thể dung dịch (có tỷ trọng 1.05) có mầu nâu đen, khi phối trộn với đất tạo thành vật liệu gia cố nền móng các công trình xây dựng giao thông, thủy lợi, công nghiệp, quốc phòng và dân dụng

2 Nguyên lý làm việc của RRP.

Nguyên tắc làm việc chính của phụ gia RRP xúc tác tạo lập lại quá trình trình tự nhiên đá bị phong hóa và tác động thiên nhiên trở thành đất, nay lại được cải tạo ngược để đất trở lại các đặc tính của đá: tăng cường độ

và giảm tính thấm của đất nền

Phụ gia RRP, khi được trộn đều vào đất đã được đánh tơi và làm nhỏ, sẽ cung cấp thêm ion mang điện tích dương và tác động làm các điện tích âm của các hạt sét trong đất sắp xếp lại

Dưới tác động của lực đầm nén, liên kết dạng từ tính xuất hiện (liên kết do trao đổi ion) và làm biến đổi tính chất cơ lý của đất từ rời rạc sang thể rắn và tăng độ đặc chắc cũng như độ chống xuyên nước của đất, loại

bỏ tính trương nở của thành phần sét trong đất

3 So sánh công nghệ truyền thống và công nghệ RRP

Chỉ tiêu so

sánh

Theo công nghệ thông thường

Theo công nghệ của RRP

Vật liệu làm

đường

Kết cấu: Lớp cát, đá 0 -4,

đá dăm cấp phối, nhựa thấm nhập, hoặc bê tông

Kết cấu: Nền đường bằng đất, hóa chất phụ gia, thảm

bê tông nhựa polyme

nhựa nóng

Chiều dầy kết

cấu mặt đường

- 5 cm BTN hạt mịn

- 7cm BTN hạt thô

- 15cm CPĐD loại 1

- 20cm CPĐD loại 2

- 2cm BTN Novachip

- Từ 20 - 40cm đất gia

cố theo công nghệ RRP

Thời gian thi

công

Thời gian thi công kéo dài Thời gian thi công chỉ bằng

1/3 thời gian thi công theo phương pháp truyền thống

Khả năng khai

thác vật liệu

- Rất khó khăn do khai thác đá ở xa

- Công nghệ khai phức tạp

- Giá thành khai thác vận chuyển cao

- Đất khai thác tại chỗ hoặc xung quanh

- Giá thành khai thác vận chuyển thấp

Đảm bảo cảnh

quan, vệ sinh

môi trường

- Khai thác đá và vật liệu từ xa chuyển đến, gây ô nhiễm môI trường, làm hư hỏng các con đường trong quá trình vận chuyển

- Phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết mưa gió

- Rất tốt do sử dụng nguồn vật liệu tại chỗ,

ít tàn phá môi trường, quàng đường vậm chuyển gần

- Không phụ thuộc vào yếu tố thời tiết

Thời gian bảo

hành

Thời gian bảo hành 1 đến

2 năm

Thời gian bảo hành 6 đến 12 năm

Hiệu quả đầu

tư trong quá

trình khai thác,

vận hành con

đường

Thấp hơn do kết cấu nền đường, mặt đường là loại kết cấu không liên kết =>

chịu tải kém, thấm nước làm hư hại nền công trình nhanh => tuổi thọ giảm, hiệu quả đầu tư kém, không an toàn

Cao hơn rất nhiều, do kết cấu nền đường là loại kết cấu ion gắn kết cao, chịu tải tốt Không thấm nước nên kéo dài tuổi thọ của công trình Mặt đường polyme siêu bền, hiệu quả đầu tư rất tốt

Giá thành xây

dựng

- Chi phí khai thác vận chuyển vật liệu cao

- Khối lượng Bê tông nhựa nhiều Hàng năm duy tu bảo dưỡng lớn

- Khả năng thu hồi vốn chậm

- Chi phí xây dựng thấp

- Không phảI duy tu bảo dưỡng hàng năm

- Tuổi thọ công trình có thể kéo dài 30 năm

- Khả năng thu hồi vốn nhanh

4 Ưu điểm của chất RRP.

4.1 Sử dụng nguyên liệu đất đa dạng

4.2 Tiết kiệm đáng kể những chi phí trong quá trình thi công, tiết kiệm đáng kể về thời gian so với phương pháp thi công đường bộ thông thường 4.3 Với cùng một cấp độ, tiêu chuẩn đường như nhau công nghệ RRP sẽ

có công nghệ vượt trội công nghệ truyền thống về tuổi thọ nền đường 4.4 Thi công bằng thiết bị xây dựng thông thường kết hợp máy chuyên dụng

4.5 Việc bố trí nhân lực không cần nhiều và biện pháp thi công đơn giản

dễ thi công

4.6 Kết cấu đường là liên kết ion đồng nhất không bị biến dạng bởi tác động của mối trường, thời gian

4.7 Giảm đáng kể phương tiện vận chuyển vật liệu trong quá trình thi công đặc biệt ở vùng sâu, vùng xa ở những nơi khó khăn về vận chuyển 4.8 Đảm bảo tính ưu việt đối với môi trường, không hủy hoại đối với môi sinh của động thực vật trực tiếp nơI thi công, không gây độc hại đối với nguồn nước ngầm

4.9 RRP giúp đạt được sức chịu tải cao nhất Đối với nền móng có thể tiết kiệm được một phần rất lơn độ dầy phủ bề mặt ở phương pháp thi công thông thường, bởi lẽ lớp phủ bề mặt đường nằm trên phần nền móng RRP được đầm nén tối đa sẽ không bị nước hoặc sự nứt nẻ do khô han phá hủy Phần nền móng đường với RRP thi công theo đúng quy cách sẽ tránh được chuyển động trôi trượt phía dưới nền đường

4.10 Trong việc nâng cấp tôn cao nền mặt đường hoặc tạo mặt đê, đập cao hơn, việc chuyển đất rất tốn kém có thể hoàn toàn tránh được Bởi vì đất

có thể lấy ngay tại chỗ, hai bên đường qua việc đào rãnh thoát nước mưa, dùng đất đó để nhồi cho nền móng, kể cả trong trường hợp đất ở đó chất lượng kém Bằng RRP có thể biến đất kém chất lượng trở thành đất có thể đầm nén

4.11 Từ việc giảm đáng kể các phương tiện vận chuyển trong quá trình thi công cho nên tiết kiệm được nhiều những chi phí cho việc mua sắm thiết

bị phụ tùng, nhiên liệu và sửa chữa đới với xe máy

5 Quy trình ứng dụng và những nguyên tắc.

5.1 Phối trộn tuyệt đối đều chất RRP hòa tan trong nước với định mức đất gia cố

5.2 Tuân thủ nghiêm ngặt tỷ lệ định mức

Chất RRP + Vôi củ nghiền bột + Nước + Đất & Độ ẩm tối ưu

5.3 Thành phần đất gia cố phải có ít nhất 15% đất sét có cỡ hạt 0,06mm (Đất thuần cát, đất bùn hữu cơ không thích hợp)

5.4 Quy trình công nghệ cho làm đường giao thông, sân bãi; nền kho; Làm gạch không nung; làm kè hồ ao; Đê điều; Đồng muối; Công trình nuôi thủy sản

6 Biện pháp thi công dùng phụ gia RRP.

Bước 1: Dọn cỏ cây và lớp mùn phủ mặt

Bước 2: San phẳng lên độ cao nhất định

Bước 3: Dùng máy phay để xới tơi đất đến độ tơi xốp để có thể thẩm

thấu triệt để hỗn hợp RRP đã được hòa tan

Bước 4: Lấy đất tiến hành thí nghiệm để xác định loại đất.

Ước chừng 100m2 đối với trường hợp sau:

- Đất chứa: 15%-30% hạt sét dưới 0,06mm; 3kg RRP/100m2

- Đất chứa: trên 30% hạt sét 0,06mm

Bước 5: Số lượng RRP sau khi đong đo, đổ vào thùng nước và được

hòa tan đều trong nước Hỗn hợp sử dụng được chế biến theo quy cách ( nước với RRP) tưới đều lên đất bằng xe téc chuyên dụng có thiết kế đường ống phun hỗn hợp

- Đối với 3kg RRP/100m2:

+ Đầu tiên 1kg khấy với 100L nước và tiến hành phun tưới + Tiếp sau là 2kg khấy với 400L nước và tiến hành phun tưới

- Đối với 4kg RRP/100m2

+ Đầu tiên 2 kg khấy với 200L nước và phun tưới

+ Tiếp sau là 2kg khấy với 400L nước và phun tưới

Sau mỗi lần phun tưới RRP người ta phải dùng máy phay cày xới đất lên (ở độ sâu 25 cm) nếu đất lẫn đá (loại đất đá) có thể dùng lưới búa dạng đĩa

Phải làm đất như vậy nhiều lần để RRP thấm vào đất Phải thường xuyên kiểm tra độ ẩm tối ưu của đất bởi nó quan trọng cho việc nén đất sau này),

Đối với công trình có mật độ và tải trọng giao thông lớn, thi công hai hoặc nhiều lớp Mỗi lớp đều sử dụng khối lượng RRP như nhau Tại mỗi lớp đều phải là đúng theo quy trình như nhau

Bước 6 Thiết lập mặt phẳng (bằng máy san ủi)

Bước 7 Đầm nén tối đa mặt đất, nghĩa là đất phảI được nén chặt ở

trạng thái độ ẩm tối ưu Phải tính toán tìm ra thời điểm thích hớp nhất cho việc đầm nén thông qua thử nghiệm (độ ẩm tối ưu), Phải sử dụng máy lu rung, không dùng loại dưới 10 tấn nguyên trọng

Khi đất qua xử lý chất phụ gia RRP thì đất trở lên rắn chắc Lặp lại quá trình tương tự khi thi công các lớp chịu lực tiếp theo trước khi phủ lớp

bề mặt (bê tông mịn hoặc bitum) cần được kiểm tra

Bước 8: Làm lớp phủ trên

- Nền đất xử lý RRP sau khi đã đầm nén, nếu có tác động của nước mưa vào 1 vài mm bề mặt sẽ trở nên hơi sền sệt, vì vậy đòi hỏi nhất thiết phải làm lớp phủ bề mặt Tùy thuộc vào công trình đã xử lý người ta có thể dùng lớp phủ bằng chất bitum, bê tông hoặc chất liệu khác lên trên nền đất đã thẩm thấu RRP

Chú ý khi thi công phụ gia RRP:

- RRP là một chất cô đặc có tác dụng ăn mòn, không được uống, tránh tiếp xúc với quần áo cần có phòng kỹ thuật giám sát và cam kết việc thi công

- Khẩn chương tiến hành kiểm tra chất đất Phân tích qua việc rần sàng đã xác định

- Thử nghiệm để tính toán độ ẩm tối ưu cho việc đầm nén

- Thử nghiệm sức nén trên tấm chịu lực để kiểm tra sức chịu tải

trước khi thi công lớp phủ và trong khi đầm nén

7 Các dự án đã được thi công ở Việt Nam

- Khu du lịch Suối Tranh Phú Quốc (năm 2004) Diện tích 5000 m2

- Đường Hòn Chồng Đảo Phú Quốc (Năm 2003) Diện tích 500 m2

- Đường Quỳnh Sơn - Bắc Giang (Năm 2004) Diện tích 3500 m2

- Đường Thiện Phú - Hưng Yên ( Năm 2003) Diện tích 2520m2

- Đường Tức Tranh - Thái Nguyên (Năm 2004) Diện tích 3000m2

- Đường Đông La - Hà Tây (Năm 2007) Diện tích 4800m2

8 Một số hình ảnh về trình tự thi công đường giao thông sử dụng RRP.

Khảo sát hiện trường, lấy mẫu thí nghiệm Chuẩn bị xới đất bằng máy xới chuyên dụng

Đất được xới tơi, và làm nhỏ đạt yêu cầu Thí nghiệm xác định độ ẩm tại hiện trường

Pha trộn hóa chất với nước Dung dich nước và hóa chất được tưới và trộn

đều với đất thông qua máy chuyên dụng đảm

Bảo tính đồng đều tốt nhất