Nghiên cứu các thông số chủ yếu của bê tông đầm lăn trong tính toán kết cấu mặt đường ô tô và sân bay

i    l  MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1  Đặt vấn đề 1  Mục đích nghiên cứu 2  Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2  CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 3  1.1 Khái niệm bê tông đầm lăn 3  1.1.1. Quá trình hình thành cường độ  3  1.1.2. Đặc điểm của BTĐL  5  1.1.2.1.Thành phần vật liệu  5  1.1.2.2. Phương pháp thiết kế cấp phối  6  1.1.2.3. Công nghệ thi công  10  1.1.3. Những điểm khác nhau cơ bản giữa BTT và BTĐL  12  1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng BTĐL công trình xây dựng đường ô tô sân bay 15  1.2.1. Trên thế giới  15  1.2.1.1. Lịch sử ra đời và quá trình phát triển  15  1.2.1.2. Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng  18  1.2.2. Tại Việt Nam  21  1.2.2.1. Thực trạng ứng dụng BTĐL  21  1.2.2.2. Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu và ứng dụng BTĐL  24  1.2.2.3. Tiềm năng ứng dụng công nghệ BTĐL  27  i    ii    1.3 Các thông số chủ yếu vật liệu bê tông cho thiết kế mặt đường ô tô đường sân bay Việt Nam 28  1.4 Những vấn đề tồn luận án cần giải 33  1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài 34  1.5.1. Mục tiêu  34  1.5.2. Nội dung  34  1.6 Phương pháp nghiên cứu 35  1.7 Kết luận chương 35  CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ 36  THÀNH PHẦN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 36  2.1 Nghiên cứu vật liệu sử dụng 36  2.1.1. Cốt liệu lớn và nhỏ  36  2.1.1.1. Cốt liệu lớn  36  2.1.1.2. Cốt liệu nhỏ  37  2.1.1.3. Lựa chọn hợp lý cấp phối các cốt liệu  38  2.1.1.4. Đánh giá các cấp phối cốt liệu bằng thực nghiệm  45  2.1.2. Xi măng  47  2.1.3. Phụ gia khoáng  47  2.1.3.1. Phân loại và yêu cầu kỹ thuật phụ gia khoáng trong BTĐL  47  2.1.3.2. Vai trò của phụ gia khoáng  50  2.1.3.3. Cơ sở lựa chọn lượng PGK trong BTĐL  51  2.1.4. Nước  53  2.2 Nghiên cứu thiết kế thành phần BTĐL xây dựng đường 2.2.1. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng chính  ii    53  53  iii    2.2.1.1. Độ công tác  53  2.2.1.2. Cường độ chịu nén và kéo uốn  64  2.2.2. Xác định phương pháp thiết kế thành phần BTĐL  72  2.2.2.1. Trình tự thiết kế  72  2.2.2.2. Đánh giá độ tin cậy  73  2.3 Kết luận chương 78  CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU 79  CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 79  3.1 Tính chất công tác 79  3.1.1. Yêu cầu về độ công tác trong xây dựng đường  79  3.1.2. Đánh giá tổn thất độ công tác  80  3.1.3. Thời gian đông kết  82  3.2 Tính chất học hỗn hợp bê tông đầm lăn 84  3.2.1. Cường độ chịu nén  84  3.2.2. Cường độ chịu kéo khi uốn  86  3.2.2.1. Quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén  86  3.2.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng trùng phục đến cường độ chịu kéo uốn  89  3.2.3. Mô đun đàn hồi  91  3.2.5. Độ mài mòn  94  3.3 Tính chất vật lý 97  3.3.1. Khối lượng thể tích  97  2.3.2. Độ co ngót  98  3.3.3. Hệ số giãn nở nhiệt  106  Kết luận chương 111  iii    iv    CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ 112  KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG TẠI VIỆT NAM 112  4.1 Tổng quan yêu cầu thiết kế mặt đường, móng đường 112  4.1.1. Yêu cầu về thiết kế cấu tạo mặt đường  112  4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật lớp móng mặt đường  113  4.1.3. Yêu cầu đối với vật liệu  114  4.2 Tính toán đề xuất kết cấu áo đường với vật liệu BTĐL 115  4.2.1. Các thông số thiết kế mặt đường  115  4.2.2. Đề xuất mô hình kết cấu áo đường BTĐL cho đường giao thông cấp thấp  117  4.2.2.1.  Xác định chiều dài cho phép của tấm BTĐL  117  4.2.2.2. Phân tích kết cấu mặt đường dùng BTĐL làm lớp mặt cho đường cấp thấp   118  4.2.3. Tính toán kết cấu móng mặt đường cứng  sử dụng BTĐL làm lớp móng  121  4.3 Kết luận chương 122  PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123  Kết luận 123  Những đóng góp luận án 123  Hạn chế 124  Kiến nghị 124  Hướng nghiên cứu 124  DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO II  iv    I  v    PHỤ LỤC A KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HẠT TỐI ƯU VIII  IX  PHỤ LỤC B TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BTĐL THEO MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XVII  PHỤ LỤC C BẢNG TÍNH CÁC KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG XXV  PHỤ LỤC D KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG CỨNG VỚI MÓNG BTĐL XXX  v    vi    DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT  Ký hiệu Ý nghĩa BTĐL  Bê tông đầm lăn  BTT  Bê tông thông thường  BT  Bê tông  BTXM  Bê tông xi măng không có phụ gia khoáng  KLTT  Khối lượng thể tích  TTTĐ  Thể tích tuyệt đối  TTHH  Thể tích hỗn hợp  PP  Phương pháp  N/CKD  Tỷ lệ nước và chất kết dính  CKD  Chất kết dính  C/CL  Tỷ lệ cát và cốt liệu  XM  Xi măng  PGK  Phụ gia khoáng  TB  Tro bay  N  Nước  C  Cát  Đ  Đá  KCAD  Kết cấu áo đường  HHBT  Hỗn hợp bê tông  HH  Hỗn hợp  TPH  Thành phần hạt  TCVN  Tiêu chuẩn Việt Nam  PPTK  Phương pháp thiết kế  KLTT  Khối lượng thể tích  TKBT  Thiết kế bê tông  CTE  Hệ số giãn nở nhiệt  MĐĐL  Mô đun độ lớn  vi    vii    VC  Độ công tác  CSH  Sản phẩm ettrignit   PTHQ  Phương trình hồi quy  LVDT  Thiết bị cảm biến đo độ võng  vii    viii    DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 1.1. Đặc điểm chính của BTĐL  5  Bảng 1.2. Một số công trình đập đã được xây dựng ở trong nước  22  Bảng 1.3. Bảng tính cường độ yêu cầu khi không có dữ liệu thí nghiệm  30  (theo tiêu chuẩn ACI)  30  Bảng 1.4. Các chỉ tiêu cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông làm đường  31  theo Tiêu chuẩn 22TCN 223-95  31  Bảng 2.1. Tính chất cơ lý của cốt liệu lớn  36  Bảng 2.2. Tính chất cơ lý của cốt liệu nhỏ  37  Bảng 2.3. Thành phần hạt cốt liệu cát và đá dăm  40  Bảng 2.4. Kết quả tính toán chi tiết các cấp phối cốt liệu theo từng mức ngậm cát  42  Bảng 2.5. Chỉ số độ thô của các cấp phối  43  Bảng 2.6. Bảng thành phần cấp phối BTĐL với mức ngậm cát khác nhau.  45  Bảng 2.7. Bảng chỉ tiêu yêu cầu PGK của ASTM C618  49  Bảng 2.8. Các tính chất cơ lý của tro bay Vina F&C  49  Bảng 2.9. Vùng biến đổi của các biến  55  Bảng 2.10. Kết quả thí nghiệm tính công tác của BTĐL  56  Bảng 2.11. Thông tin mô hình hồi quy cho kết quả thí nghiệm độ công tác  57  Bảng 2.12. Phân tích phương sai ANOVA cho mô hình hồi quy đã xây dựng  58  Bảng 2.11. Kết quả lượng nước hợp lý của BTĐL  63  Bảng 2.12. Thành phần bê tông đầm lăn tính cho 1m3  65  Bảng 2.13. Cường độ chịu nén trung bình của BTĐL với tỷ lệ N/CKD và TB  66  Bảng 2.14. Phương trình tương quan giữa Rn28 của BTĐL và tỷ lệ N/CKD  67  Bảng 2.15. Hệ số hồi quy A, B khi thay đổi hàm lượng TB  69  Bảng 2.16. Cường độ chịu kéo uốn trung bình với tỷ lệ N/CKD và TB  69  Bảng 2.17. Phương trình tương quan giữa Rku28 và tỷ lệ N/CKD  70  viii    ix    Bảng 2.18. Quan hệ giữa cường độ nén BTĐL và tỷ lệ N/CKD  71  Bảng 2.19. Cường độ yêu cầu theo ACI 214  73  Bảng 2.20. Thống kê kết quả thí nghiệm cường độ nén  74  Bảng 3.1. Kết quả đo tính công tác VC, s  80  Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm độ kháng xuyên của vữa BTĐL  83  Bảng 3.3. Thành phần vật liệu và kết quả cường độ chịu nén của BTĐL  84  Bảng 3.4. Mối quan hệ giữa cường độ nén (Rn) với thời gian t tính theo Ln(t)  86  Bảng 3.5. Kết quả cường độ chịu uốn tương ứng với cường độ nén  86  Bảng 3.6. Kết quả cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo uốn  88  Bảng 3.7. Kết quả mô đun đàn hồi tương ứng với cường độ nén  92  Bảng 3.8. Kết quả mô đun đàn hồi tương ứng với cường độ nén  93  Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn của bê tông  96  Bảng 3.10. Thành phần hỗn hợp BTĐL và BTT  101  Bảng 3.11. Độ giãn nở nhiệt CTE với các loại cốt liệu khác nhau  106  (theo Jahangirnejad et al – 2009, Neville và Brooks - 1987), [72]  106  Bảng 4.1. Chiều dày tấm BTĐL  113  Bảng 4.2. Chiều dài tính toán tối đa của BTĐL và BTT  118  Bảng 4.3. Ứng suất chịu tải trọng và nhiệt của các mô hình kết cấu  120  Bảng A.1. Lượng sót trên mỗi mắt sàng, %  xiv  Bảng B.1. Xác định thể tích đặc của cốt liệu lớn Vđ  xvii  Bảng B.2. Hệ số hồi quy và loại cốt liệu  xix  Bảng B.3. Lượng nước sơ bộ  xix  Hình B.3. Biểu đồ quan hệ giữa độ ẩm và tỷ trọng khô  xxiii  Hình B.4. Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén và chất kết dính    xxiv    ix    x    DANH MỤC CÁC HÌNH  Hình 1.1. Sơ đồ thi công mặt đường bằng công nghệ BTĐL  11  Hình 1.2. Rải hỗn hợp BTĐL  11  Hình 1.3. Lu lèn BTĐL bằng lu rung  11  Hình 1.4. Hoàn thiện bề mặt BTĐL bằng lu bánh hơi  12  Hình 1.5. Phun nước dạng sương bảo dưỡng mặt đường  12  Hình 1.6. Biểu đồ vật liệu sử dụng trong BTĐL và BTT [74]  12  Hình 1.7. Hình ảnh thi công mặt đường BTĐL [74]  14  Hình 1.8. Biểu đồ về quá trình phát triển cường độ của BTT và BTĐL [74]  14  Hình 1.9. Số lượng đập BTĐL (cao trên 15m) được xây dựng tại một số quốc gia trên thế  giới tính tới 1998 [69].  15  Hình 1.10. Sơ đồ lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường, mặt bãi  theo [74]  18  Hình 1.11. Xây dựng đập BTĐL thủy điện Trung Sơn (Thanh Hóa)  23  Hình 1.12. Thi công thử nghiệm mặt đường BTĐL - IBST thực hiện 2001[13]  24  Hình 1.13. Quá trình thay đổi ứng suất do co ngót và phát triển cường độ chịu kéo của bê  tông theo thời gian  32  Hình 2.1. Các cỡ hạt cốt liệu tại các cỡ sàng khác nhau  41  Hình 2.2. Cấp phối các cốt liệu theo mức ngậm cát  42  Hình 2.3. Chỉ số độ thô của các cấp phối cốt liệu  44  Hình 2.4. Mối quan hệ giữa tỷ lệ C/Cl và độ cứng VC  46  Hình 2.5. Mối quan hệ giữa tỷ lệ C/Cl và cường độ chịu nén  46  Hình 2.6. Toạ độ các điểm thí nghiệm theo không gian  55  Hình 2.7. Đồ thị đánh giá số dư hàm VC  60  Hình 2.8. Quan hệ giữa VC, N và N/CKD với C/CL = 0,42  61  Hình 2.9. Quan hệ giữa VC, N và C/CL với  N/CKD = 0,44  61  Hình 2.10. Quan hệ giữa VC, N/CKD và C/CL với N = 120l  62  x    xx      Chất kết dính bao gồm xi măng (XM) và tro bay (TB), nếu tỷ lệ tro bay trong chất  kết dính là a % theo khối lượng thì tỷ lệ xi măng là (100 - a)%. Khi đó có thể tính riêng  hàm lượng xi măng và tro bay trong 1m3 bê tông theo công thức:  CKD.(100  a ) , kg 100 CKD a TB  , kg 100   X    (B.3) Từ nguyên lý thể tích tuyệt đối của phương pháp thiết kế thành phần bê tông ta có:  1000      CKD CKD  N  Vkk  C C  D D   (B.4)  Và mức ngậm cát xác định:   m C C 100% CD     (B.5) trong đó:  N lượng dùng nước, kg/m3;  CKD là lượng dùng CKD, kg/m3;  C/CL là tỷ lệ cát/cốt liệu theo thể tích;  C là lượng dùng cát, kg/m3;  Đ là lượng dùng đá, kg/m3;  CKD  khối lượng riêng CKD, g/cm3;  C, d khối lượng thể tích của cát và đá, g/cm3;  Va là hàm lượng bọt khí của BTĐL, % thể tích (sơ bộ có thể lấy 1% - 2%).      xxi    Từ hai phương trình (B.4) & (B.5) có thể xác định được hàm lượng cát  C và hàm  lượng đá D trong 1m3 bê tông đầm lăn.  5. Để hiệu chỉnh thành phần bê tông đầm lăn đã tính toán ở trên, phải tiến hành các thí  nghiệm.    - Trộn mẻ thí nghiệm để kiểm tra độ công tác VC. Nếu VC lớn hơn hoặc nhỏ hơn  yêu cầu thì tăng hoặc giảm lượng nước, rồi trộn mẻ khác để thử VC. Cứ điều chỉnh lượng  nước như vậy cho đến khi đạt được VC như yêu cầu.    - Trộn mẻ thử đã có chỉ số VC như yêu cầu, đúc 3 nhóm mẫu để thí nghiệm cường  độ nén với hàm lượng chất kết dính (CKD) như tính toán và với các hàm lượng ± 10%.  Từ đó vẽ đồ thị quan hệ giữa cường độ và hàm lượng CKD. Dựa vào đường quan hệ đó  để xác định hàm lượng chất kết dính ứng với cường độ yêu cầu.    - Tính toán lại thành phần hỗn hợp trong 1m3 BTĐL.  B.3 Thiết kế BTĐL theo quan điểm học đất Trình tự thực hiện: 1. Chọn cấp phối hạt    Cấp phối hạt nằm trong giới hạn cho phép, yêu cầu thành phần hạt cốt liệu đối với  BTĐL cho đường theo ACI 325.10R.  2. Chọn lượng chất kết dính trung bình    -  Hàm lượng chất kết dính được xác định dựa vào cường độ và tuổi thọ yêu cầu  của mặt đường và được xác định dựa vào phần trăm khối lượng khô của cốt liệu, thường  hàm lượng này chiếm từ (208  356) kg/m3      xxii      - Phần trăm lượng chất kết dính (CM) được tính như sau:  CM      mC 100,% mC  mCL     (B.6) trong đó: mC là khối lượng chất kết dính, kg; mCL là khối lượng cốt liệu thô và mịn đã sấy  khô, kg; CM thường dao động trong khoảng 10%  17%.  3. Xác định độ ẩm tối ưu theo ASTM D1557    - Sử dụng thành phần cốt liệu đã xác định ở bước 1    - Cố định lượng chất kết dính ở bước 2    - Thay đổi độ ẩm và điều chỉnh thay đổi ± 0,5%       mN 100   ,%  mC  mCL (B.7)  trong đó:  là độ ẩm của vật liệu, %; mN là khối lượng của nước, kg.  - Với hầu hết các loại cốt liệu, độ ẩm trong khoảng từ (5 - 8)%.  - Đầm nén mẫu thử, xác định tỷ trọng khô.  - Vẽ biểu đồ quan hệ giữa tỷ trọng khô và độ ẩm      xxiii      Hình B.3 Biểu đồ quan hệ độ ẩm tỷ trọng khô 4. Đúc mẫu thử để xác định cường độ nén  - Với mỗi lượng chất kết dính, đúc ít nhất 3 mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM C1435.  - Mỗi mẫu thử được đúc tại độ ẩm tối ưu tương ứng với hàm lượng chất kết dính đã chọn.  5. Thử mẫu thử và lựa chọn lượng chất kết dính  - Kiểm tra mẫu thử để xác định cường độ nén (Rn) tương ứng với chất kết dính (CKD) đã  dùng.  - Biểu diễn mối quan hệ giữa Rn và CKD.      xxiv      Hình B.4 Biểu đồ quan hệ cường độ nén chất kết dính   - Khi đó: Rnyêu cầu  = Rn thực   + Ran toàn , dựa vào đường cong quan hệ thì suy ra hàm  lượng chất kết dính cần dùng.  6. Tính toán tỷ lệ thành vật trong hỗn hợp bê tông đầm lăn cho 1m3.          xxv    PHỤ LỤC C BẢNG TÍNH CÁC KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG KC1 KC2 KC3 Đơn vị     Số liệu xuất phát: Tải trọng trục tiêu chuẩn Ps:    100  100    100    kN      Tải trọng trục lớn nhất Pmax:  120  120  120  kN    Số  lần  tác  dụng  quy  đổi  về  tải  1.000.000  1.000.000  30.000  lần/làn  trọng tiêu chuẩn Ne:    Miền  86  86  86  độ C/m  Gradien nhiệt độ lớn nhất Tg:  Bắc    Dự kiến kết cấu: Chiều dài tấm BTĐL:    6  6    6    m      Chiều rộng tấm BTĐL:  4  4  4  m  0,24  0,22  0,2  m    Chiều dày tấm BTĐL hc:     Cường độ chịu nén  30  35  30  MPa    Cường độ kéo uốn thiết kế của  4,17  4,54  4,17  MPa  BTĐL fr:    Mô  đun  đàn  hồi  tính  toán  của  25,21  27,19  25,21  GPa  BTĐL Ec:  Hệ số Poisson của BTĐL Mc:    0,15  0,15  0,15    Hệ số dãn nở nhiệt của BTXM  0,000009  0,000009  0,000009  αc:  /độ C  Sunway        Đá  xxvi    Hệ  số  triết  giảm  ứng  xuất  do  Lề cứng dày bằng  khả năng truyền tải tại khe nối  0,87  0,87  0,87  phần xe chạy  kr:  Hệ số mỏi kf:  Hệ số tổng hợp kc:  2,20  1  Số liệu lớp móng: Chiều dày lớp móng trên h1:    0,3  2,20  1,80  1  1      0,26  0,24      Cấp IV trở xuống    m      CPDD  Mô đun đàn hồi lớp móng trên  450  450  450  MPa  E1:  1  Móng trên loại  0,057  0,057  0,057  Hệ số λ  thông thường  Chiều dày lớp móng dưới E2:      m      Mô đun đàn hồi lớp móng dưới    h2:  Mô đun đàn hồi nền đất Eo:    MPa      45  45  45  MPa    Các lớp  Mô đun đàn hồi tương đương 450  450  450  MPa  lớp vật liệu hạt Ex: móng  Tổnghiều dày lớp vật liệu Các lớp  0,3  0,26  0,24  m  hạt hx: móng  Các lớp  0,547  Hệ số hồi quy α: 0,489        0,510  móng  xxvii    Mô đun đàn hồi tương đương lớp móng đất 158,55  145,54  138,73  MPa    Et: Độ cứng uốn cong tiết diện 29,71  24,68  17,19  MN.n  BTĐL:   Bán kính độ cứng tương đối 0,692  0,670  0,603  m  BTĐL:   Tính ứng xuất tải trọng   gây BTĐL:         Ứng xuất kéo uốn gây mỏi vị trí cạnh dọc tải 1,497  1,740  1,957  MPa    trọng trục tiêu chuẩn (Ps) ps: Ứng xuất kéo uốn gây mỏi tải trọng trục tiêu chuẩn (Ps) 2,862  3,328  3,064  MPa    pr: Ứng xuất kéo uốn vị trí cạnh dọc tải trọng 1,777  2,066  2,323  MPa    trục nặng (Pmax) ps: Ứng xuất kéo uốn lớn tải trọng trục nặng (Pmax) 1,546  1,797  2,021  MPa    pmax:     xxviii      Tính ứng xuất nhiệt:   2,888  Hệ số t: Sh(t): Ch(t): 8,955  9,011  2,986  9,879  9,930                            3,315  13,746  13,782  Hệ số ứng xuất uốn vồng gradient nhiệt độ gây 1,080  1,084  1,084  BTĐL CL: Hệ số ứng xuất nhiệt độ tổng 0,663  0,727  0,794  hợp BL: Ứng xuất kéo uốn lớn gradien nhiệt độ lớn gây 1,551  1,683  1,550  MPa    BTĐL tmax: Hệ số ứng xuất kéo uốn gây 0,465  0,464  0,465  mỏi nhiệt kt: Tổ hợp at, bt, ct 1: kt 1: 0,841  0,455  0,841  0,454  0,871  0,871  kt 2: 0,465  0,464  0,465  0,780                MPa    0,455  0,871  0,721    0,841  Tổ hợp at, bt, ct 2: Ứng xuất nhiệt gây mỏi tr:   0,720    Kiểm toán điều kiện giới   hạn:             xxix    Độ tin cậy r: 1,055  1,055  1,055  ĐẠT ĐẠT ĐẠT Cấp IV trở xuống  Điều kiện ứng xuất kéo uốn gây mỏi tải trọng xe: r(ϭpr+ϭtr):   3,780  4,334  3,992    MPa    Điều kiện ứng xuất kéo uốn ĐẠT ĐẠT ĐẠT tải trọng xe nặng nhất: r(ϭpmax+ϭtmax):   3,267  3,672  3,767    MPa                    xxx    PHỤ LỤC D KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG CỨNG VỚI MÓNG BTĐL (theo định 3230/QĐ-BGTVT) Số liệu xuất phát: 1. Đường cấp III làm mới hai làn xe, lề cũng có kết cấu như phần xe chạy, đường thuộc  tỉnh A, quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nặng.   Tra bảng 9 ta có độ tin cậy yêu cầu 85% do đó hệ số độ tịn cậy   r  1,13   2.Tải trọng trục tiêu chuẩn  Ps  100kN  (để tính mỏi).  3.  Số  lần  tác  dụng  quy  đổi  về  trục  xe  tiêu  chuẩn  Ps  100kN   tích  lũy  trên  một  làn  xe  trong thời hạn phục vụ thiết kế bằng 20 năm là  N e  17,07.10  (lần/làn).  4.  Qua  điều  tra  dự  báo  trên  đường  thiết  kế  có  xe  nặng  với  tải  trọng  trục  Pmax  180kN   thông qua.  Dự kiến kết cấu mặt đường: Tầng mặt BTXM dày 0,26m bằng BTXM có cường độ kéo uốn thiết kế  f r  5,5 MPa   và  tra  bảng  11  tương  ứng  có  modul  đàn  hồi  tính  toán  Ec  33GPa   hệ  số  poisson  của  tầng mặt   c  0,15       - Cốt liệu thô của BTXM bằng đá vôi nên theo bảng 10 lấy hệ số dãn nở nhiệt của  6 cốt liệu   c  7.10 / C      -  Tấm  BTXM  dự  kiến  có  kích  thước  5m  x  3,5m,  khe  dọc  có  thanh  liên  kết,  khe  ngang có bố trí thanh truyền lực.      xxxi    2. Móng trên bằng bê tông đầm lăn dày hb=0,2m với modul đàn hồi ở tuổi 28 ngày bằng  3300MPa, hệ số poisson   c  0,15   3. Lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm dày 0,18m với modul đàn hồi bằng 330MPa, hệ  số poisson  c  0,35   4. Nền đất á sét nhẹ ở độ ẩm tương đối 0,6 có E0 = 45Mpa.  Kiểm toán kết cấu dự kiến: 1. Tính toán modul đàn hồi chung Et của nền đất và móng dưới bằng vật liệu hạt   E  Et   x  Eo    Eo  n Ex i  (h E )     h  n i i   0,86  0,26 ln hx   trong đó: E0 là mô đun đàn hồi chung đặc trưng cho cả phạm vi khu vực tác dụng của nền  đất; Ex là mô đun đàn hồi tương đương của các lớp vật liệu hạt;   n là số lớp kết cấu bằng vật liệu hạt; α là hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày  các lớp vật liệu hạt; hx là tổng chiều dày các lớp vật liệu hạt (m)  Ei, hi là mô đun đàn hồi và chiều dày của lớp vật liệu hạt i.  Do chỉ có một lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm nên n=1 => Et=98,7 Mpa  2. Tính độ cứng tương đối chung của cả kết cấu rg  1/     ( Dc  Db )  Ec hc3 Eb hb3 rg  1,21. Dc  Db     Et 12.(1   c2 )  ;  12.(1   b2 )   ;      xxxii    trong  đó:  Db  là  độ  cứng  chịu  uốn  của  tiết  diện  lớp  móng  trên  có  gia  cố  chất  liên  kết,  MN.m; hb, Eb, µb lần lượt là chiều dày (m), mô đun đàn hồi (MPa) và hệ số poisson của  tầng móng gia cố; rg là tổng bán kính độ cứng tương đối của cả kết cấu (m); hc, Dc lần  lượt là chiều dày (m) và độ cứng chịu uốn của tầng mặt BTXM (MN.m).  Thay số tính được rg = 0,961 (m)  3. Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra:    Ứng suất do tải trọng trục thiết kế Ps gây ra tại giữa cạnh dọc của lớp móng trên  бbps   bps  1,41.10 3 , 68 2 0,94 rg h Ps    Dc  1   D b     Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng xe chạy gây ra trong tầng móng bằng bê  tông đầm lăn бbpr         bpr  k f kc  bps   kf là hệ số mỏi xét đến số lần tác dụng tích lũy của tải trọng gây mỏi trong thời hạn  phục  vụ  thiết  kế,  kf  =  Ne  với  Ne  là  tổng  số  lần  tác  dụng  của  tải  trọng  100kN  tích  lũy  trong  suốt  thời  hạn  phục  vụ  thiết  kế  trên  1  làn  xe;    0,065 với  bê  tông  nghèo  và  bê    tông đầm lăn làm móng trên; kc là hệ số tổng hợp xét đến ảnh hưởng của tác dụng động  và các yếu tố sai khác giữa lý thuyết và thực tế chịu lực của tấm BTXM, hệ số này được  xác định tùy thuộc cấp hạng đường.    Ứng suất kéo uốn tại  vị trí giữa cạnh dọc của tấm do tác dụng của tải trọng trục  3 , 2 , 94 đơn thiết kế trên tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh, Mpa:   pm  1,47.10 r hc Ps       xxxiii      Ứng suất kéo uốn lớn nhất do tải trọng trục đơn nặng nhất Pm gây ra tại giữa cạnh  dọc của tấm khi tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh, Mpa:  pm max  k r kc  pm     kr:  hệ số triết giảm ứng suất do khả năng truyền tải tại khe nối      бbps=1,254 MPa; бbps=3,89 MPa; бpm=2,18 MPa; бpmmax=1,99 MPa  4. Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm trong trường hợp  tấm BTXM một lớp trên nền đàn hồi nhiều lớp:  tr  k t  t max      t max ứng  suất  kéo  uốn  lớn  nhất  do  gradien  nhiệt  độ  lớn  nhất  gây  ra  trong  tấm    BTXM (tại giữa cạnh dọc tấm)    t max   c hc Ec Tg BL     αc là hệ số dãn nở một chiều của BTXM ;    bt     t max   a  ct    kt là hệ số ứng suất kéo uốn gây mỏi nhiệt,  kt   t max  t  f r      trong đó at, bt, ct là các hệ số hồi quy xác định theo công thức (8-19); hc là chiều  fr dày  tấm  BTXM;  Ec  là  mô  đun  đàn  hồi  của  BTXM;  Tg  là  gradien  nhiệt  độ  lớn  nhất  tùy  o thuộc vùng xây dựng mặt đường BTXM được xác định như chỉ dẫn ở 8.2.8  ( c / m)       BL là hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp       BL  1,77.e 4, 48.hc C L  0,131.1  C L         C L    1     k n rg4  Dc r3   Dc Db   L    r    t  3 3.rg            Dc  Db .k n   k n r  Dc rg            Sht cos t  Cht sin t     cos t sin t  Sht Cht           1/   xxxiv              h h  k n   c  b     E c Eb    1     trong đó: ζ là hệ số liên quan đến kết cấu tấm hai lớp; rβlà hệ số xét đến trạng thái  tiếp xúc giữa các lớp, (m); kn là độ cứng tiếp xúc theo chiều dọc giữa tầng mặt và tầng  móng  (Mpa/m).  Nếu  không  bố  trí  lớp  bê  tông  nhựa  cách  ly  giữa  tấm  BTXM  và  tầng  móng thì mới tính trị số kn như ở công thức trên. Nếu có bố trí lớp bê tông nhựa cách ly  thì không tính toán mà áp dụng giá trị kn=3000 Mpa/m.  Thay số tính được σtmax=1,22 MPa; kt=0,254; σtr=0,31Mpa  Kiểm toán điều kiện giới hạn:   - Theo điều kiện:    r  pr   tr  f r     - Theo điều kiện:   r  p max   t max  f r   - Theo điều kiện:   r  bpr  f br    Thay các giá trị vào ta thấy kết cấu đã chọn thỏa mãn các điều kiện giới hạn.      [...]... công nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường, mặt bãi theo [74] 1.2.1.2 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng   1 Công trình nghiên cứu “Hướng dẫn thiết kế & thi công mặt đường bê tông đầm lăn của trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74] Đây được coi là tài liệu hướng dẫn đầy đủ nhất cho các nhà thiết kế mong muốn  ứng dụng công nghệ BTĐL vào xây dựng mặt đường giao thông như: ... Thời gian thi công nhanh và sớm đưa vào khai thác sử dụng nên hạn chế được ách  tắc giao thông đặc biệt là trong những khu vực  ô thị.  4 Công trình nghiên cứu ứng dụng bê tông đầm lăn cho đường giao thông ở Colorado của nhóm tác giả Nattapong, Yu- Chang Liang và Yunping Xi thuộc Khoa công trình trường đại học Colarado tại Boulder, 8/2012,[75]   - Nghiên cứu các đặc tính cơ lý chủ yếu của bê tông đầm lăn thông qua thí nghiệm ... trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình công nghiệp lớn, đang và sẽ được xây dựng trong tương lai gần.      2    Năm 2013, Bộ giao thông vận tải ban hành Thông tư số 12/2013/TT – BGTVT về việc  “Quy định sử dụng kết cấu mặt đường bê tông xi măng trong đầu tư xây dựng công trình  giao thông . Thông tư đã hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn kết cấu mặt đường BT cũng ... kết cấu phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và điều kiện môi trường ở Việt Nam.      3    CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM   Mục đích của chương này nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu,  ứng dụng vật liệu  bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới, từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu của luận  án cho ứng dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam.  1.1 Khái niệm về bê tông đầm lăn 1.1.1 Quá trình hình thành cường... PCA với các yếu tố cần quan tâm như: loại tải trọng, lưu lượng xe, đặc điểm bề mặt và khe liên kết.   - Trình tự thi công mặt đường bê tông đầm lăn.   Công trình nghiên cứu đã đưa ra khá nhiều ưu điểm của loại mặt đường này:   Khả năng chịu tải trọng tương tự như mặt đường bê tông thường;   Tuổi thọ công trình cao;   Khả năng thông xe nhanh, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng;   Mặt đường BTĐL sáng hơn nên giảm yêu cầu về chiếu sáng; ... Do lượng nước sử dụng ít, độ sụt bằng không, nên yêu cầu về trộn và vận chuyển  khá chặt chẽ, để tránh khả năng phân tầng của vật liệu;   Trong thời  tiết  nóng,  mặt đường BTĐL  cần  yêu  cầu  tưới  nước  để  đảm  bảo  quá  trình thủy hóa cho xi măng.  2 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn của Viện bê tông Hoa kỳ (ACI) , năm 1995 [33]   Gần đây, mặt đường bêt tông đầm lăn đã và đang phát triển ở nhiều nước trên thế  giới  do  những  tính ... kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt  được đầm chặt bằng lu  rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng. Công nghệ  này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan  và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc  độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường (BTT), đặc biệt là cho một ... thành sản phẩm, đồng thời còn tăng tính công tác cho bê tông.  Qua nghiên cứu với 10% -  20% lượng tro bay được thay thế cho cốt liệu nhỏ, thì cường độ của BTĐL tăng lên 19%  - 23%.  5 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho giao thông theo dự án phát triển của chính phủ Ấn Độ, của trung tâm thí nghiệm thuộc ngành công trình trường đại học Purdue, 11/2010, [64]   - Khẳng định lại những điểm mạnh của BTĐL và các hạn chế của nó giống như ... Hình A.2. Biểu đồ chỉ số độ thô  xii  xii    1    PHẦN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề   Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã được ứng dụng hơn 100 năm qua, đây là  một trong hai loại hình mặt đường chính dùng trong xây dựng đường bộ và sân bay,  đóng  vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông. Mặt đường BTXM có  mặt trên tất cả các cấp đường giao thông,  đã và đang tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu  hết  các ... hành thí nghiệm chặt chẽ từ lý thuyết đến thực nghiệm. Các chuyên gia bê tông đã đưa ra  những kết luận quan trọng như:   Cấp phối cốt liệu lớn và nhỏ phải phù hợp với tiêu chuẩn ASTMC33;   Kích cỡ cốt liệu lớn nên