Nghiên cứu nâng cao cường độ chịu kéo khi uốn và khả năng chống mài mòn của bê tông cát mịn đối với mặt đường bê tông xi măng tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG - NGỌ VĂN TOẢN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO KHI UỐN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG MÀI MỊN CỦA BÊ TƠNG CÁT MỊN ĐỐI VỚI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số : 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà nội – 2019 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Minh Đức VIỆN CN BÊ TÔNG – VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TS Nguyễn Nam Thắng VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Phản biện 1: PGS.TS Vũ Đình Đấu Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Duy Hiếu Phản biện 3: TS Nguyễn Đức Thắng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện, họp tại:Viện Khoa học Công nghê Xây dựng, 81 Trần Cung, Phường Nghĩa Tân, Quận Cầu Giấy, Hà Nội, vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại:  Thư viện Quốc Gia Việt Nam  Thư viện Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ XUẤT BẢN LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Hoàng Minh Đức, Ngọ Văn Toản “Nghiên cứu ảnh hưởng hệ số dư vữa đến tính chất hỗn hợp bê tơng bê tông sử dụng cát mịn làm mặt đường bê tơng xi măng”, Tạp chí Xây dựng – Bộ Xây dựng, số 11 năm 2018 Hoàng Minh Đức, Ngọ Văn Toản “Ảnh hưởng mạt đá vôi đến độ mài mòn co ngót bê tơng sử dụng cát mịn mặt đường bê tông xi măng”, Tạp chí Giao thơng Vận tải – Bộ Giao thơng Vận tải, số 12 năm 2018 Hồng Minh Đức, Ngọ Văn Toản “Nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tông sử dụng cát mịn làm mặt đường bê tông xi măng”, Tạp chí Giao thơng Vận tải – Bộ Giao thơng Vận tải, số năm 2019 Hồng Minh Đức, Nguyễn Nam Thắng, Ngọ Văn Toản “Lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn theo cường độ chịu kéo uốn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng – Viện KHCN Xây dựng, số năm 2019 Ngọ Văn Toản, Hoàng Minh Đức “Lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối trộn mạt đá vôi theo cường độ chịu kéo uốn dùng cho mặt đường bê tông xi măng”, Tạp chí Giao thơng Vận tải – Bộ Giao thơng Vận tải, số năm 2019 MỞ ĐẦU Giới thiệu Đất nước ngày phát triển nhu cầu lại ngày nhiều hơn, đòi hỏi việc xây dựng hệ thống đường giao thông ngày cao hơn, khiến nhu cầu nguồn vật liệu dùng ngành công nghiệp bê tông ngày tăng lên Điều này, dẫn đến xu hướng chung naylà sử dụng tối đa nguồn cốt liệu sẵn có địa phương sản xuất bê tông nhằm giảm giá thành xây dựng Hiện nguồn cát thô nước tangày khan nguồn cát mịn lại có trữ lượng lớn phân bố nhiều vùng miền nước quan tâm sử dụng ngành công nghiệp bê tông Để đáp ứng nhu cầu vật liệu cho cơng trình xây dựng, giao thơng… bên cạnh nguồn vật liệu truyền thống cát thô khơng thể khơng nói tới nguồn vật liệucát mịn dùng cho bê tơng xi măng nói chung đặc biệt đường bê tơng xi măng nói riêng.Trước thực tế này, đề tài “Nghiên cứu nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tông cát mịn mặt đường bê tông xi măng” tiến hành, góp phần chứng tỏ khả sử dụng nguồn cát mịn thay cát thô để chế tạo bê tông dùng cho mặt đường bê tơng xi măng đánh giá tính khả thi việc ứng dụng loại bê tông cho công trình giao thơng, xây dựng, thủy lợi… nước ta Tính cấp thiết đề tài Nguồn cát thơ trữ lượng có hạn, phân bố khơng đều, cát mịn sẵn có nhiều địa phương nước tận dụng để chế tạo bê tông xi măng dùng cho mặt đường Tuy nhiên, mô đun độ lớn cát mịn nhỏ, nên thời gian trước tiêu chuẩn, dẫn kỹ thuật quy định sử dụng cát mịn cho bê tông có cường độ chịu nén nhỏ 30 MPa tương quan tỷ lệ cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn đạt mức cấp (cường độ chịu kéo uốn đạt tới 4,0 MPa), độ mài mòn mức < 0,6 g/cm2 Do đó, khơng có cải tiến bê tông cát mịn phù hợp cho mặt đường bê tông xi măng đường cấp IV trở xuống sân bãi Đối với đường bê tông cấp I,II,III, cường độ chịu nén cường độ kéo uốn (Rn/Rku, MPa) đòi hỏi phải đạt giá trị cao hơn, tương ứng không nhỏ 40/5,0 cho bê tông đường lớp lớp mặt đường cấp I, II 35/4,5 cho bê tơng mặt đường cấp III Độ mài mòn bê tông mặt đường bê tông xi măng đường cấp I, II, III đòi hỏi phải nhỏ 0,3 g/cm2 Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng cát mịn đáp ứng u cầu kỹ thuật mặt đường bê tông xi măng tới đường cấp I cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng cát mịn dùng làm mặt đường bê tông xi măng tới đường cấp I Đối tượng nội dung nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu: Bê tông sử dụng cát mịn sử dụng cát mịn phối hợp với mạt đá vôi làm mặt đường BTXM thi công theo phương pháp đầm rung bình thường, cụ thể là: a) Bê tông sử dụng cát mịn: cường độ chịu kéo uốn lớn 4,5 MPa, độ mài mòn có giá trị đạt từ (0,3÷0,6) g/cm2 dùng cho mặt đường BTXM đường cấp IV trở xuống sân bãi; b) Bê tông sử dụng mạt đá vôi phối hợp cát mịn theo tỷ lệ hợp lý:cường độ chịu kéo uốn lớn 5,0 MPa, độ mài mòn nhỏ 0,3 g/cm2 dùng cho mặt đường BTXM tới đường cấp I 4.2 Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng bê tông cát mịn giới Việt Nam để xây dựng vấn đề khoa học cần giải - Nghiên cứu sở lý luận nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng cát mịn mặt đường BTXM - Nghiên cứu lựa chọn vật liệu đầu vào - Nghiên cứu nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng cát mịn mặt đường BTXM - Nghiên cứu số tính chất bê tông cát mịn mặt đường BTXM - Nghiên cứu ứng dụng thực tế đánh giá hiệu kinh tế bê tông cát mịn mặt đường BTXM Ý nghĩa khoa học Bằng nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, luận án xác lập số tương quan ảnh hưởng phụ thuộc bê tơng có cốt liệu nhỏ cát mịn, hỗn hợp cát mịn kết hợp mạt đá, phụ gia giảm nước mạnh miền cường độ chịu kéo uốn Rku (4,0 ÷ 7,0) MPa , sau: - Lượng dùng nước cho bê tông; - Tương quan cường độ chịu nén bê tông với cường độ chịu nén xi măng tỷ lệ N/X; - Tương quan cường độ kéo uốn bê tông với cường độ kéo uốn xi măng tỷ lệ N/X; - Tương quan cường độ chịu nén cường độ kéo uốn bê tông; - Ảnh hưởng cốt liệu nhỏ cát mịn, cát mịn kết hợp mạt đá đến khả chống mài mòn bê tông; - Ảnh hưởng cốt liệu nhỏ cát mịn, cát mịn kết hợp mát đá đến số tính chất bê tơng: co mềm, co khô, phát triển cường độ, độ chống thấm nước, mô đun đàn hồi bê tông; - Một số yêu cầu công nghệ hạn chế nứt mặt đường bê tông thi công Ý nghĩa thực tiễn Sử dụng cát mịn kết hợp với mạt đá phụ gia siêu dẻo, xi măng (PC40, PCB40) sản xuất bê tông dùng cho mặt đường bê tông xi măng tới đường cấp I với giá thành giảm từ (10 ÷ 15) % so với sử dụng cát thơ vận chuyển từ xa Những đóng góp khoa học luận án Bằng thực nghiệm kiểm chứng qua ứng dụng thực tế chứng tỏ rằng: - Sử dụng cát mịn có mơ đun độ lớn từ 1,2 đến 1,9 kết hợp với mạt đá (Mdl = 3,6), xi măng (PC40, PCB40) phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate chế tạo bê tông với cường độ chịu kéo uốn 5,0 MPa, cường độ chịu nén 40 MPa độ mài mòn nhỏ 0,3 g/cm2, phù hợp để làm mặt đường bê tông xi măng tới đường cấp I; - Sử dụng riêng cát mịn (không kết hợp với mạt đá), xi măng phụ gia trên, nâng cao cường độ kéo uốn bê tông tới mức tương đương bê tông sử dụng cát mịn kết hợp mạt đá (cường độ chịu kéo uốn 5,0 MPa, cường độ chịu nén 40 MPa), không làm giảm độ mài mòn bê tơng xuống mức nhỏ 0,3 g/cm2 Ngồi ra, bê tơng sử dụng cát mịn bị nước, tách vữa, co mềm mạnh bê tông sử dụng cát thô bê tông sử dụng cát mịn kết hợp mạt đá Do đó, bê tơng loại phù hợp để làm mặt đường bê tông xi măng cho đường cấp IV trở xuống sân bãi có biện pháp cơng nghệ thích hợp nhằm hạn chế nứt mặt bê tông Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CỦA BÊ TƠNG CÁT MỊN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng bê tơng cát mịn 1.1.1 Phân loại yêu cầu kỹ thuật cát làm cốt liệu cho bê tông Tại Liên bang Nga, áp dụng theo tiêu chuẩn GOST 8736 - 93; GOST 26633 - 91 “Chỉ dẫn sử dụng cát mịn cát mịn làm bê tông mặt đường sân bay” Tại Hoa Kỳ, áp dụng theo tiêu chuẩn AASHTO M6-93; ASTM C33-03 Tại Việt Nam, áp dụng theo tiêu chuẩnTCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật”; theo Quyết định 778/1998/QĐ-BXD, “Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông loại” theo tiêu chuẩn TCXD 127:1985, “Cát mịn để làm bê tông vữa xây dựng - Hướng dẫn sử dụng” Tiêu chuẩn nước chưa có thống phạm vi áp dụng loại cát mịn, nhìn chung tiêu chuẩn quy định cát coi cát mịn có mơ đun độ lớn nhỏ (Mdl< 2) 1.1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng bê tông cát mịn giới Trên giới việc nghiên cứu sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông xi măng chủ yếu theo hai hướng chính: a) Sử dụng cát mịn làm cốt liệu chế tạo bê tông hạt nhỏ (còn gọi bê tơng cát - bê tơng khơng có cốt liệu lớn); b) Sử dụng cát mịn thay tồn phần cátthơ(Mdl > 2), bê tơng thơng thường (có cốt liệu lớn)  Sử dụng cát mịn làm cốt liệu chế tạo bê tông hạt nhỏ, nhiều nước giới nghiên cứu sử dụng: Liên Xô (cũ); Liên bang Nga ngày nay; Algieri Pháp Tuy nhiên, định hướng nghiên cứu luận án sử dụng cát mịn thay tồn cát thơ chế tạo sản xuất bê tông thông thường Do đó, cần tập trung vào nghiên cứu nước giới theo hướng sau:  Sử dụng cát mịn thay toàn phần cátthô(Mdl > 2), bê tông thông thường, nghiên cứu nhiều nước giới triển khai nghiên cứu sử dụng: Liên Xô (cũ), nghiên cứu cát mịn sử dụng bê tông thực từ sớm, đặc biệt cho bê tông thủy công Cho đến năm 50 kỷ XX, sử dụng cát mịn chuẩn hóa “Hướng dẫn kỹ thuật sử dụng cát mịn bê tông thủy công” Những năm 70 kỷ XX, sử dụng cát mịn Dơ-nhi-ép, Ba-zơ-khan vào bê tơng số cơng trình thủy cơng xây dựng Một số cơng trình nghiên cứu Ki-ri-en-cô S.tonnhi-côp Gu-ba…cũng công bố Đến năm 80 kỷ XX, nghiên cứu sử dụng cáttừ sông Enisei để xây dựng thủy điện Sayano-Shushenskaia Cũng thời gian lĩnh vực mà cát mịn sử dụng rộng rãi ngành giao thông đặc biệt chế tạo bê tông cho đường sân bay, điều thực nghiên cứu (Viện nghiên cứu đường bộ)được xem sở để biên soạn “Hướng dẫn sử dụng cát mịn bê tông xi măng cho mặt đường ô tô sân bay” “Hướng đẫn sử dụng bê tơng cốt liệu lớn sử dụng cát mịn xây dựng mặt đường ô tô sân bay”.Tại Trung Quốc từ năm 65 kỷ XX, cát mịn nghiên cứu đưa vào sử dụng bê tông, điều đề cập Quy phạm BGY 19-65, cho phép dùng loại cát (Mdl> 0,7) để làm bê tông Năm 2009, dự án DuBai City Các tiểu Vương quốc Ả rập Thống nhất, sử dụng loại BTXM có dùng đếncát mịn từ (300÷400) kgcho 1m3 bê tông, cường độ chịu nénđạt giá trị 45MPa Cát mịn cát sơng cát mịn cát sa mạc, quốc gia Trung đông,nhiều nghiên cứu tiến hành với loại cát mịn sa mạc có độ mịn cao, cát (Mdl= 0,45÷0,88) Tại Trung Quốc, cát sa mạc Tenggeli Maowusu (Mdl= 0,334 0,194) nghiên cứu để sử dụng vữa bê tông Tại Úc, việc nghiên cứu sử dụng cát mịn sa mạc quan tâm Trong trình nghiên cứu cát sơng sử dụng bê tơng, Kim cộng sự, nghiên cứu tính chất nứtcủa bê tơng sử dụng cát nghiền từ đá vôi Hàn Quốc, kết cho thấy sử dụng kết hợp cát nghiền từ đá vôi cát Sông cải thiện cường độ bê tông.Tác giả XieZhi-Hua, tận dụng cát bột nghiền từ vỏ sò để chế tạo bê tông xi măng, kết cho thấy cường độ bê tông cải thiện.Ở Châu Á, nghiên cứu ‟R.S.Naidu, M Zai University Malaysia, Malaysia S.E Ang, Open University Kebangsaan Malaysia” nghiên cứu đến cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát mịn, cát nghiền bụi phụ gia khoáng, kết cho thấy thay 20 % cát mịn cát nghiền bụi bê tơng cường độ chịu nén bê tông thấp so với sử dụng riêng cát mịn, sử dụng 10 % tro bay thay chất kết dính thành phần bê tơng sử dụng cát nghiền bụi cường độ chịu nén bê tông tăng lên Bê tông sử dụng cát nghiền bụi kết hợp 10 % silica fume thay thành phần chất kết dính cho thấy cường độ bê tông đạt giá trị cao 1.1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng bê tông cát mịn ởViệt Nam Sử dụng cát mịn cho bê tông Việt Nam nghiên cứu từ lâu,như đề tài ‟Sử dụng cát đen Sông Hồng sản xuất bê tông (UBKHNN) - Nguyễn Văn Đốc Hồng Phủ Lan chủ trì, báo cáo Hội nghị Bê tơng tồn miền Bắc - 1967” Đến năm 70 kỷ XX, Viện nghiên cứu khoa học Thủy lợivà Viện KHCN Xây dựng, nghiên cứu áp dụng bê tơng cát mịn có cường độ  30MPa cho số cơng trình thủy cơng xây dựng dân dụng.Đề tài nghiên cứu“Sử dụng cát mịn làm bê tông vữa xây dựng”-Nguyễn Mạnh Kiểm Dương Đức Tín, tiến hành với số loại cát mịn khác địa bàn miền Bắc (Cao Lạng, Vĩnh Phú, Hà Nam Ninh, Thái Bình, Hà Nội) Các loại cát sử dụng nghiên cứu (Mdl=0,47÷1,97), so sánh với bê tơng sử dụng cát thơ (Mdl= 2,20÷2,26) có mức cường độ chịu nén cường độ chịu kéo, kéo uốn, cường độ lăng trụ, mô đun đàn hồi, cường độ liên kết bê tơng cốt thép, độ hút nước, hệ số hóa mềm độ co bê tông sử dụng cát mịn có giá trị tương đương cát thơ Khả chịu mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn có so với bê tơng sử dụng cát thô Đề tài đề cập đến việc sử dụng phụ gia dẻo hóa biện pháp tiết kiệm xi măng Tuy nhiên, nghiên cứu bước đầu, vai trò phụ gia dẻo hóa sử dụng cát mịn chưa xác định rõ rệt Đến năm 90 kỷ XX, có nghiên cứusử dụng cát mịn sơng Hồng (Mdl=1,1÷1,72) hỗn hợp bê tông cấp phối gián đoạn với mức ngậm cát khác từ (19÷40) %, tỷ lệ N/X từ (0,40÷0,55), lượng dùng xi măng từ (233÷526) kg/m3, cho thấyđộ sụt hỗn hợp bê tông thay đổi từ (0 ÷ 18) cm, cường độ đạt từ (28÷50) MPa Năm 2005, nghiên cứu sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông cường độ cao Đại học Xây dựng Hà Nội, tiến hành với hệ phụ gia bao gồm phụ gia khoáng phụ gia siêu dẻo, cát mịn (Mdl=1,08) sử dụng nghiên cứu; cường độ chịu nén bê tông để đạt giá trịtới 98MPa (mẫu10x10x10cm) Năm 2006, cát biểnVũng Tàu Bình Thuận (Mdl= 0,95 và1,31), hàm lượng NaCl khoảng 0,06%, nghiên cứu để chế tạo BTXM dùng xây dựng đường ô tô.Các kết nghiên cứu cho thấy cát mịn vùng biển dùng để chế tạo BTXM dùng xây dựng lớp móng mặt đường cấp cao, lớp mặt mặt đường ô tô cấp thấp mặt đường đường nông thôn tỉnh ven biển Năm 2006, nghiên cứu sử dụng cát đen sông Hồng chế tạo bê tông cường độ thấp, đề xuất cát mịn (Mdl=1,1) sử dụng để chế tạo bê tông với cường độ yêu cầu 10MPa, tác giả đề xuất sử dụng phương pháp đầm lăn cho thi công bê tông cường độ thấp sử dụng cát mịn.Năm 2010, có nghiên cứu sử dụng cát mịn hỗn hợp phụ gia khống tro trấu -xỉ lò cao để chế tạo bê tông cường độ cao, cường độ chịu nén bê tơng đạt (67÷80) MPa, mức độ thấm ion Clo thấp Năm 2012, có nghiên cứu sử dụng cát đen Sơng Hồng (Mdl=1,0;1,5;2,0)và có tính cơng tác D3, D4 để sản xuất bê tơng cường độ 40MPa cho cơng trình địa bàn Hà Nội Năm 2013, cát mịn Đồng sông Cửu Long (Mdl=1,21) nghiên cứu chế tạo bê tôngvới tỷ lệ cát cốt liệu từ 0,34 đến 0,40 Kết cho thấykhi sử dụng cát mịn độ sụt giảm khoảng từ (23÷25)% mức độ suy giảm độ sụt theo thời gian lại hơn, cường độ chịu nén suy giảm khoảng từ (9÷15)%, mơ đun đàn hồi giảm khoảng (5÷7)% so với sử dụng cát thơ (Mdl=2,71),bê tơng cát mịn có độ co tuyệt đối cao so với bê tông cát thô tuổi 60 ngày, bê tơng cát mịn có độ hút nước độ thấm ion cloruacao bê tông cát thơ, độ chống thấm lại có giá trị tương đương (suy giảm tỷ lệ N/X cao).Năm 2010, có nghiên cứu bê tơng cát để xây dựng đường ô tô, đề tài sử dụng cát (Mdl=1,73) dùng cho bê tông cát, cường độ chịu nén bê tơng đạt từ (30÷40) MPa Trong lĩnh vực sản xuất sản phầm cấu kiện bê tông, cát mịn sử dụng phổ biến Tại Công ty cổ phần VLXD Sông Đáy, sử dụng cát mịnsơng Hồng (Mdl =1,2÷1,5), để sản xuất ống cống, hố ga, cống hộp… Tại Công ty cổ phần Sơng Đáy - Hồng Hà Dầu Khí, sử dụng cát mịn Sông Hồng(Mdl=1,5) dùng để sản xuất gạch block bê tơng khí chưng áp (AAC) cấp cường độ nén  Nghiên cứu cường độ chịu kéo uốn độ mài mòn cho bê tơng cát mịn có số cơng trình nghiên cứu giới Việt Nam Những nội dung, quy luật bật rút từ nghiên cứu là:bê tơngcát mịn tn theo quy luật chung với bê tông xi măng Ảnh hưởng cát mịn đến tính chất hỗn hợp bê tông bê tông thể việc làm thayđổi lượng dùng nước, tính cơng tác cường độ bê tông Tuy nhiên, đặc điểm mức độ ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào đặc tính cát phương án sử dụng bê tông Mặt khác, tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật số nước giới, việc sử dụng cát mịn đặt xu hướng mở.Do đó, sử dụng biện pháp công nghệ phù hợp tối ưu hóa thành phần cấp phối bê tơng, chế tạo bê tông sử dụng cát mịn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật lượng dùng xi măng tương đương với bê tông sử dụng cát thô  Tổng hợp nghiên cứu giới Việt Nam, thấy cát mịn bước đầu sử dụng làm đường BTXM cấp Để phát triển mở rộng ứng dụng thực tế điều kiện Việt Nam, cần phải có nghiên cứu chun sâu cần phải làm rõ thêm điểm cần quan tâm cụ thể sử dụng cát mịn tồn số nhược điểm cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn thấp so với cátthơ Do đó, việc nghiên cứu nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng cát mịn tương đương cát thô, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mặt đường BTXM cho đường cấp cần thiết có sở khoa học Mặt đường BTXM thường thi công theo công nghệ đầm lăn đầm rung, điều kiện Việt Nam khu vực vùng sâu, vùng xa, khu vực Tây bắc có địa hình phức tạp cơng nghệ đầm rung xem hợp lý hơn.Vì vậy, luận án hướng tập trung vào phương pháp thi công theo công nghệ đầm rung bình thường 1.2 Đặc điểm, tính chất bê tơng xi măng làm đường Đặc điểm công nghệ BTXM làm đường bê tơng khơng có cốt thép đổ chỗ đông cứng điều kiện tự nhiên Việc đổ bê tơng, đầm hồn thiện bê tơng tiến hành máy chun dụng thích hợp để thi công hỗn hợp bê tông tương đối khơ Cường độ đặc tính chủ yếu BTXM làm đường,đánh giá hai tiêu: cường độ chịu kéo uốn cường độ chịu nén Trong cường độ chịu kéo uốn tiêu chủ yếu Cường độ chịu nén dùng để đánh giá độ ổn định chống mòn bê tơng lớp mặt.Độ mài mòn tiêu chủ yếu bê tơng làm đường.Độ ổn định tính chất biến dạng đặc tính quan trọng bê tông làm đường Mô đun đàn hồi bê tôngđặc trưng cho khả biến dạng bê tông tác dụng hoạt tải Co ngót bê tơng tính chất quan trọng bê tơng làm đường 1.3 Đặc điểm, tính chất yêu cầu kỹ thuật mặt đường BTXM 1.3.1 Đặc điểm, tính chất mặt đường bê tơng xi măng Mặt đường BTXM loại mặt đường cứng cấp cao Tầng mặt bê tơng xi măng có độ cứng lớn, mơ hình tính tốn là: Tấm đàn hồi (nền đấtvà lớp móng đường) Trạng thái chịu lực chủ yếu chịu kéo uốn 1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật mặt đường bê tông xi măng Theo tiêu chuẩn22TCN 223-95; theo điều 5.2.a, thông tư số 12/2013/TT-BGTVT; theoQuyết định số 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/08/2012 Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải, quy định:a) Cường độ chịu kéo uốn: với mặt đường BTXM đường cao tốc, cấp I, II không nhỏ 5,0 MPa, với mặt đường BTXM cấp III trở xuống khơng nhỏ 4,5 MPa.b) Độ mài mòn: với mặt đường BTXM đường cao tốc, cấp I, II, III không lớn 0,3 g/cm2, với mặt đường BTXM cấp IV trở xuống không lớn 0,6g/cm2 1.4 Cơ sở khoa học luận án Như phân tich phần tổng quan trên, nhược điểm bê tông cát mịn có cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn thấp bê tông cát thô (10÷15) % dùng lượng dùng xi măng có độ sụt thi cơng Ngồi bê tơng cát mịn có khả chống mài mòn thấp, độ mài mòn thường từ (0,3÷0,6) g/cm2 so với giá trị (< 0,3 g/cm2) bê tơng cát thơ Vì vậy, để sử dụng cát mịn cho bê tông đường, việc nâng cao cường độ chịu kéo uốn khả chống mài mòn bê tơng đóng vai trò quan trọng 1.4.1 Nâng cao cường độ kéo uốn bê tông Cường độ chịu nén (Rn) có quan hệ mật thiết với cường độ chịu kéo uốn bê tông (Rku) Tỷ lệ chúng thường sử dụng tiêu chuẩn thiết kế đường bê tông là: Rn/Rku = 30/4,0; 35/4,5; 40/5,0; 50/5,5 Theo quan hệ Rn (Rku) tỷ lệ nước/xi măng (N/X) để nâng cao Rn (hoặc Rku) cần nâng cao cường độ xi măng, giảm N/X nâng cao chất lượng cốt liệu Trong điều kiện trường cụ thể, xi măng thường sử dụng PC40 (hoặc PCB40), cốt liệu khai thác chỗ giải pháp khả thi giảm N/X Với bê tông đường (thường dùng đá có Dmax = 40 mm, độ sụt 2÷3 cm) sử dụng phụ gia giảm nước bù lại phần nước tăng cát mịn mà tăng xi măng Phụ gia giảm nước cho bê tơng đường thường sử dụng e ngại chúng làm giảm Rku bê tông hiệu ứng làm mịn cấu trúc đá xi măng Tuy nhiên, trường hợp sử dụng phụ gia giảm nước mạnh (phụ gia gốc polycarboxylate) dự kiến Rnsẽ tăng mạnh (30÷40) % kéo theo Rkucũng tăng, mức tăng khơng kỳ vọng mức tăng Rn(có thể 20÷25% cao phụ gia làm tăng tính đồng cấu trúc bê tơng) Ngồi ra, chọn thành phần bê tông, việc áp dụng hệ số vữa cao bê tông chịu nén thông thường khoảng (0,10 ÷ 0,20) làm tăng thêm (5 ÷ 8) % Rku tông, kg Nghiên cứu cho thấy hệ số An phụ thuộc vào chất lượng vật liệu sử dụng đề xuất 0,55;0,60;0,65 (khi X/N < 2,5) 0,37;0,40;0,43 (khi X/N>2,5), ứng với bê tông sử dụng vật liệu chất lượng kém, trung bình tốt Sử dụng vật liệu Việt Nam, xác định hệ số An (khi X/N < 2,5) có giá trị 0,50; 0,55; 0,60 (khi X/N > 2,5) có giá trị 0,32; 0,35; 0,38 ứng với bê tông sử dụng vật liệu chất lượng kém, trung bình tốt Một số nghiên cứu khác đề xuất hệ số Ancó giá trị (khi X/N < 2,5) 0,45; 0,50; 0,54 (khi X/N > 2,5) 0,29; 0,32; 0,34, ứng với bê tông sử dụng vật liệu chất lượng kém, trung bình tốt.Các nghiên cứu trước với cát mịn Việt Nam sử dụng làm sở để khuyến cáo lấy giá trị hệ số B=0,5, hệ số An tương ứng với chất lượng vật liệu kém, trung bình tốt 0,46; 0,52; 0,60 với cát có mơ đun độ lớn từ (0,7÷1,1) 0,49; 0,55; 0,62 với cát có mơ đun độ lớn từ (1,2÷2,0) 3.2.1.1 Quan hệ cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát mịn với cường độ chịu nén xi măng tỷ lệ X/N Có thể thấy rằng, nghiên cứu sử dụng công thức (2) làm sở phục vụ cho việc lựa chọn thành phần bê tông theo cường độ chịu nén (Rn), nhiên hệ số đề xuất có khác biệt đáng kể Do đó, việc nghiên cứu, bổ sung số liệu xác định hệ số tính tốn có ý nghĩa thực tiễn cao đề cập tới nghiên cứu luận án Để kiểm tra hệ số công thức (2), luận án tiến hành thí nghiệm cấp phối Bảng 3.1, kết nghiên cứu trình bày Bảng 3.13 Bảng 3.13 Quan hệ cường độ chịu nén bê tông sử dụng (cát mịn, cát thô) tỷ lệ X/N Cường độ chịu nén, độ KLTT, ĐS, tuổi, ngày, MPa TT KH Mdl Kd X/N kg/m cm 28 CP1 1,6 1,37 1,80 2400 17,0 16,3 29,2 33,2 CP2 1,6 1,53 1,80 2390 16,5 15,7 28,7 32,5 CP3 1,6 1,23 2,00 2420 11,0 19,3 35,6 40,5 CP4 1,6 1,39 2,00 2400 9,5 18,1 33,5 38,9 CP5 1,6 1,23 2,30 2450 8,0 33,5 45,5 50,8 CP6 1,6 1,41 2,30 2430 7,5 32,1 43,2 49,7 CP7 1,2 1,16 2,00 2410 10,0 17,3 31,2 35,1 CP8 1,2 1,33 2,00 2400 7,5 16,2 29,9 34,0 CP9 1,9 1,39 2,00 2420 12,5 21,4 39,5 44,1 10 CP10 1,9 1,56 2,00 2400 10,5 20,5 38,1 43,2 11 CP11 2,5 1,38 2,00 2430 14,5 22,8 43,1 47,7 12 CP12 2,5 1,55 2,00 2410 13,5 22,1 42,5 46,6 Trên sở kết thí nghiệm, sử dụng cấp phối bê tơng CP (1,3,5) có hệ số dư vữa ưu tiên cho Rnvà dùng công thức (2), hệ số B giữ cố định - 0,5 Khi giữ cố định hệ số B, ứng với cặp (Rn - tỷ lệ X/N), xác định hệ số An Kết xác định hệ số An cho cặp giá trị giá trị cho phương án vật liệu độ tuổi 28 ngày khác nhau, trình bày Bảng (3.14, 3.15) 13 TT Bảng 3.14 Hệ số An với cát mịn C2 tỷ lệ (X/N = 1,80; 2,00; 2,30) KH Mdl Kd X/N Hệ số An CP1 1,6 1,37 1,80 0,51 CP3 1,6 1,23 2,00 0,54 CP5 1,6 1,23 2,30 0,57 Kết nghiên cứu Bảng 3.14, cho thấy với Mdl=1,6 tỷ lệ X/N thay đổi từ (1,80÷2,30) hệ số An có giá trị 0,51; 0,54; 0,57 Do đó, chọn giá trị An trung bình 0,54 (tương ứng tỷ lệ X/N = 2,00), tỷ lệ X/N dùng để nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng sử dụng cát có mơ đun độ lớn khác nhau, để từ xác định hệ số An phục vụ công việc thiết kế lựa chọn thành phần bê tông theo Rn TT Bảng 3.15 Hệ số An với loại cát có mơ đun độ lớn khác tỷ lệ X/N = 2,00 KH Mdl Kd X/N CP7 1,2 1,16 2,00 CP3 1,6 1,23 2,00 CP9 1,9 1,39 2,00 CP11 2,5 1,38 2,00 Hệ số An 0,47 0,54 0,59 0,64 Kết nghiên cứu Bảng 3.15, cho thấy hệ số An có xu hướng giảm giảm mô đun độ lớn cát Hệ số An tăng tỷ lệ X/N tăng có thay đổi đáng kể theo mô đun độ lớn cát Các giá trị hệ số An tham khảo sử dụng lựa chọn thành phần bê tông cho mặt đường BTXM Với hệ số An khuyến cáo dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tơng đường có tỷ lệ (Rn/Rku), MPa là: 40/5,5 50/6,0 tương ứng với tương quan tỷ lệ Rn/Rku đạt tới mức theo cấp 3.2.1.2 Quan hệ cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi với cường độ chịu nén xi măng tỷ lệ X/N Để kiểm tra hệ số cơng thức (2), tiến hành thí nghiệm cấp phối Bảng 3.2, kết nghiên cứu trình bày Bảng 3.16 TT KH CPM1 CPM2 CPM3 CPM4 CPM5 CPM6 CP11 CP12 Bảng 3.16 Quan hệ cường độ chịu nén bê tông sử dụng (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) tỷ lệ X/N Cường độ chịu nén, KLTT, ĐS, độ tuổi, ngày, MPa Mdl Mdlhh Kd X/N kg/m cm 28 1,2 2,2 1,38 2,00 2430 10,0 21,3 38,8 43,7 1,2 2,2 1,54 2,00 2420 9,0 20,4 37,4 42,8 1,6 2,4 1,37 2,00 2440 11,0 22,1 40,4 45,6 1,6 2,4 1,53 2,00 2430 10,0 21,2 38,5 44,5 1,9 2,6 1,37 2,00 2440 13,0 23,2 42,1 47,8 1,9 2,6 1,52 2,00 2440 11,5 22,1 40,8 46,3 2,5 -1,38 2,00 2430 14,5 22,8 43,1 47,7 2,5 -1,55 2,00 2410 13,5 22,1 42,5 46,6 14 Trên sở kết thí nghiệm, sử dụng cấp phối bê tơng CPM (1,3,5), CP11 có hệ số dư vữa ưu tiên cho Rnvà dùng công thức (2) (hệ số B giữ cố định 0,5) Khi giữ cố định hệ số B, ứng với cặp (Rn -tỷ lệ X/N), xác định hệ số An Kết xác định hệ số An cho cặp giá trị giá trị cho phương án vật liệu độ tuổi 28 ngày khác trình bày Bảng 3.17 Bảng 3.17 Hệ số An với loại cát mịn có mơ đun độ lớn khác phối hợp mạt đá, cát thô tỷ lệ X/N = 2,00 TT KH Mdl Mdlhh Kd X/N Hệ số An CPM1 1,2 2,2 1,38 2,00 0,59 CPM3 1,6 2,4 1,37 2,00 0,61 CPM5 1,9 2,6 1,37 2,00 0,64 CP11 2,5 -1,38 2,00 0,64 Kết nghiên cứu cho thấy hệ số An có xu hướng giảm giảm mơ đun độ lớn hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá Hệ số An (bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá) cao so với hệ số An(bê tông sử dụng cát mịn) Hệ số An tăng tỷ lệ X/N tăng có thay đổi đáng kể theo mô đun độ lớn hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá Các giá trị hệ số An tham khảo sử dụng lựa chọn thành phần bê tôngcho mặt đường BTXM sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá Với hệ số An khuyến cáo dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tơng đường có tỷ lệ (Rn/Rku), MPa là: 40/5,5 50/6,0 tương ứng với tương quan tỷ lệ Rn/Rku đạt tới mức theo cấp 3.2.2 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn bê tông với cường độ chịu kéo uốn xi măng tỷ lệ X/N Theo Y.M Bazenov, để lựa chọn thành phần bê tông theo cường độ chịu kéo uốn, hệ số B lấy giá trị - 0,2 Cơng thức (1) có dạng: Rbku = Aku Rxku ( - 0,2) (3) Trong đó: Rbku, Rxku - Cường độ chịu kéo uốn bê tông xi măng, MPa; Aku - Hệ số chất lượng vật liệu theo cường độ chịu kéo uốn; X, N - Lượng xi măng nước m3 bê tơng, kg Trong hệ số Aku thay đổi phụ thuộc vào chất lượng vật liệu sử dụng Có thể thấy rằng, nghiên cứu sử dụng công thức (3) làm sở phục vụ cho việc lựa chọn thành phần bê tông theo cường độ chịu kéo uốn (Rku), nhiên hệ số đề xuất có khác biệt đáng kể Do đó, việc nghiên cứu, bổ sung số liệu xác định hệ số tính tốn có ý nghĩa thực tiễn cao đề cập tới nghiên cứu luận án 3.2.2.1.Quan hệ cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn với cường độ chịu kéo uốn xi măng tỷ lệ X/N Để kiểm tra hệ số công thức (3), luận án tiến hành thí nghiệm cấp phối Bảng 3.1, kết trình bày Bảng 3.18 TT KH Bảng 3.18 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng (cát mịn, cát thô) tỷ lệ X/N KLTT, ĐS, Cường độ chịu kéo uốn, Mdl Kd X/N kg/m3 cm độ tuổi, ngày, MPa 15 10 11 12 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 CP12 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,2 1,2 1,9 1,9 2,5 2,5 1,37 1,53 1,23 1,39 1,23 1,41 1,16 1,33 1,39 1,56 1,38 1,55 1,80 1,80 2,00 2,00 2,30 2,30 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2400 2390 2420 2400 2450 2430 2410 2400 2420 2400 2430 2410 17,0 16,5 11,0 9,5 8,0 7,5 10,0 7,5 12,5 10,5 14,5 13,5 3,35 3,96 4,13 4,21 5,36 5,73 3,64 3,95 4,43 4,57 4,95 5,20 3,93 4,34 5,06 5,34 7,31 7,47 4,53 4,81 5,53 5,72 5,98 6,29 28 5,52 5,78 6,24 6,51 8,20 8,45 5,97 6,29 6,76 7,02 7,50 7,72 Trên sở kết thí nghiệm, sử dụng cấp phối bê tơng CP (2,4,6) có hệ số dư vữa ưu tiên cho Rkuvà dùng công thức (3), hệ số B giữ cố định -0,2 Khi giữ cố định hệ số B, với cặp (Rku - tỷ lệ X/N), xác định hệ số Aku Kết xác định hệ số Aku cho cặp giá trị giá trị cho phương án vật liệu độ tuổi 28 ngày khác nhau, trình bày Bảng (3.19, 3.20) TT Bảng 3.19 Hệ số Aku với cát mịn C2 tỷ lệ (X/N = 1,80; 2,00; 2,30) KH Mdl Kd X/N Hệ số Aku CP2 1,6 1,53 1,80 0,40 CP4 1,6 1,39 2,00 0,41 CP6 1,6 1,41 2,30 0,45 Kết nghiên cứu Bảng 3.19, cho thấy với Mdl=1,6 tỷ lệ X/N thay đổi từ (1,80÷2,30) hệ số Aku có giá trị 0,40; 0,41; 0,45 Do đó, chọn giá trị hệ số Aku trung bình 0,41 (tương ứng tỷ lệ X/N=2,00), tỷ lệ X/N dùng để nghiên cứu tính chất hỗn hợp bê tông bê tông sử dụng cát có mơ đun độ lớn khác nhau, để từ xác định hệ số Aku phục vụ cơng việc thiết kế lựa chọn thành phần bê tông theo Rku Tỷ lệ (X/N =2,00) phù hợp với tỷ lệ X/N lựa chọn xác định giá trị hệ số An mục 3.2.1.1 lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá mục 3.1.1.2 TT Bảng 3.20 Hệ số Aku với loại cát có mơ đun độ lớn khác tỷ lệ X/N = 2,00 KH Mdl Kd X/N CP8 1,2 1,33 2,00 CP4 1,6 1,39 2,00 CP10 1,9 1,56 2,00 CP12 2,5 1,55 2,00 Hệ số Aku 0,39 0,41 0,44 0,48 Kết nghiên cứu Bảng 3.20, cho thấy hệ số Akucó xu hướng giảm giảm mơ đun độ lớn cát Hệ số Akutăng tỷ lệ X/N tăng có thay đổi đáng kể theo mơ đun độ lớn cát Các giá trị hệ số Akunày tham khảo sử dụng tronglựa chọn thành phần bê tông cho mặt đường BTXM Với hệ số Aku khuyến cáo trênthì dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tơng đường có tỷ lệ (Rn/Rku, MPa) là: 40/5,5 50/6,0 ứng với tương quan tỷ lệ 16 (Rn/Rku) đạt tới mức theo cấp Có thể thấy hệ số dư vữa tăng Rkucủa bê tơng sử dụng cát mịn có xu hướng tăng Trên sở kết nghiên cứu đưa khuyến cáo bảng lựa chọn hệ số chất lượng vật liệu (An, Aku) để tham khảo ứng dụng thực tiễn tính tốn lựa chọn thành phần bê tơngsử dụng cát mịn cho đườngkhi dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo, trình bày cụ thể sau:  Khi thiết kế lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn theo cường độ chịu nén sử dụng hệ số dư vữa hợp lý tra bảng Sử dụng công thức: Rbn = An.Rxn.( - 0,5) (4) (với hệ số chất lượng vật liệu An tra theo Bảng 3.15) Khi thiết kế lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn theo cường độ chịu kéo uốn nên sử dụng hệ số dư vữa cao so với giá trị tra bảng từ 0,15 đến 0,20 Sử dụng công thức:  Rbku = Aku.Rxku.( - 0,2)(5) (với hệ số chất lượng vật liệu Aku tra theo Bảng 3.20) 3.2.2.2 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi với cường độ chịu kéo uốn xi măng tỷ lệ X/N Để kiểm tra hệ số công thức (3), luận án tiến hành thí nghiệm cấp phối Bảng 3.2, kết trình bày Bảng 3.21 TT Bảng 3.21 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) tỷ lệ X/N Cường độ chịu kéo KLTT, ĐS, uốn, độ tuổi, ngày, MPa KH Mdl Mdlhh Kd X/N kg/m cm 28 CPM1 1,2 2,2 1,38 2,00 2430 10,0 4,70 5,94 7,62 CPM2 1,2 2,2 1,54 2,00 2420 9,0 5,05 6,31 8,01 CPM3 1,6 2,4 1,37 2,00 2440 11,0 4,89 6,19 7,95 CPM4 1,6 2,4 1,53 2,00 2430 10,0 5,21 6,57 8,35 CPM5 1,9 2,6 1,37 2,00 2440 13,0 5,09 6,43 8,25 CPM6 1,9 2,6 1,52 2,00 2440 11,5 5,42 6,84 8,68 CP11 2,5 -1,38 2,00 2430 14,5 4,95 5,98 7,50 CP12 2,5 -1,55 2,00 2410 13,5 5,20 6,29 7,72 Trên sở kết thí nghiệm, sử dụng cấp phối bê tơng CPM (2,4,6), CP12 có hệ số dư vữa ưu tiên cho Rkuvà dùng công thức (3) (hệ số B giữ cố định - 0,2) Khi giữ cố định hệ số B, với cặp (Rku - tỷ lệ X/N), xác định hệ số Aku Kết xác định hệ số Aku cho cặp giá trị giá trị cho phương án vật liệu độ tuổi 28 ngày khác trình bày Bảng 3.22 Bảng 3.22 Hệ số Aku với loại cát mịn có mơ đun độ lớn khác phối hợp với mạt đá, cát thô tỷ lệ X/N = 2,00 TT KH Mdl Mdlhh Kd X/N Hệ số Aku CPM2 CPM4 1,2 1,6 2,2 2,4 1,54 1,53 2,00 2,00 0,50 0,52 17 CPM6 CP12 1,9 2,5 2,6 1,52 1,55 2,00 2,00 0,54 0,48 Cường độ chịu kéo uốn, MPa Kết nghiên cứu cho thấy hệ số Aku có xu hướng giảm giảm mơ đun độ lớn hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá Hệ số Aku(bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá) cao hệ số Aku (bê tông sử dụng cát mịn) Hệ số Aku tăng tỷ lệ X/N tăng có thay đổi lớn thay đổi mô đun độ lớn hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá Các giá trị sử dụng tham khảo lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá cho mặt đường BTXM Với hệ số Aku khuyến cáo dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tơng đường có tỷ lệ (Rn/Rku, MPa) là: 40/5,5 50/6,0 ứng với tương quan tỷ lệ (Rn/Rku) đạt tới mức theo cấp Có thể thấy hệ số dư vữa tăng Rkucủa bê tơng sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá có xu hướng tăng Trên sở kết nghiên cứu đưa khuyến cáo bảng lựa chọn hệ số chất lượng vật liệu (An, Aku) để tham khảo ứng dụng thực tiễn tính tốn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá cho đường dùng xi măng (PCB40, PC40) phụ gia siêu dẻo, trình bày cụ thể sau:  Khi thiết kế lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá theo cường độ chịu nén sử dụng hệ số dư vữa hợp lý tra bảng Sử dụng công thức (4), với hệ số chất lượng vật liệu An tra theo Bảng 3.17  Khi thiết kế lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá theo cường độ chịu kéo uốn nên sử dụng hệ số dư vữa cao so với giá trị tra bảng từ 0,15 đến 0,20 Sử dụng công thức (5), với hệ số chất lượng vật liệu Aku tra theo Bảng 3.22 3.2.3 Tương quan cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi 3.2.3.1 Kiểm chứng khả nâng cao cường đô chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn 8.00 Luận án tiến hành sử dụng số cấp phối đại diện CP (8,4,10) 7.00 Bảng 3.1, tham khảo kết 6.00 Bảng 3.2 tài liệu Quyết 5.00 định số 778/1998/QĐ-BXD Kết 4.00 trình bày Hình 3.18 3.00 Rn/Rku theo cấp Kết kiểm chứng cho thấy tỷ 2.00 Rn/Rku theo cấp lệ cường độ chịu nén cường 1.00 Rn/Rku - Cát mịn độ chịu kéo uốn bê tông 0.00 sử dụng cát mịnnằm vùng 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 theo cấp Cường độ chịu nén, MPa Điều chứng tỏ với việc sử Hình 3.18 Tương quan tỷ lệ Rn/Rkucủa bê tông dụng xi măng PCB40, phụ gia sửdụng cát mịn tuổi 28 ngày siêu dẻo gốc polycarboxylate, 18 Cường độ chịu kéo uốn, MPa gia tăng hệ số dư vữa, hồn tồn nâng cao cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn tương đương cát thô mô đun độ lớn, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo cường độ chịu kéo uốn cho bê tông làm đường tới đường cấp I 3.2.3.2 So sánh cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi 10.00 Luận án tiến hành sử dụng 9.00 số cấp phối đại diện CP 8.00 (8,4,10) Bảng 3.1, CPM 7.00 (2,4,6) Bảng 3.2 tham 6.00 khảo kết Bảng 3.2 5.00 Quyết định số 778/1998/QĐ4.00 BXD, để so sánh khả nâng 3.00 Rn/Rku theo cấp 2.00 cao cường độ chịu kéo uốn Rn/Rku theo cấp Rn/Rku - Cát mịn 1.00 bê tông sử dụng cát mịn Rn/Rku - Cát mịn mạt đá 0.00 bê tông sử dụng cát mịn phối 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 hợp mạt đá Kết trình Cường độ chịu nén, MPa bày Hình 3.19 Kết nghiên cứu cho thấy tỷ Hình 3.19 Tương quan tỷ lệ Rn/Rkucủa bê tơng sử dụng (cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá) tuổi 28 ngày lệ (Rn/Rku) bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá cao so với bê tông sử dụng cát mịn nằm vùng theo cấp Điều minh chứng với việc sử dụng xi măng PCB40, phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate, cát mịn phối hợp mạt đá (tỷ lệ thay 40% cát mịn) gia tăng hệ số dư vữa, nâng cao đượccường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá, đồng thời đạt giá trị cao so với sử dụng riêng cát mịn cát thô Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo cường độ chịu kéo uốn cho bê tông làm đườngtới đường cấp I 3.2.4 Độ mài mòn bê tơng 3.2.4.1 Độ mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn Độ mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn nghiên cứu cấp phối CP (7,8,3,4,9,10,11,12) Bảng 3.1 Kết độ mài mòn bê tơng trình bày Bảng 3.24 Bảng 3.24 Kết độ mài mòn bê tơng sử dụng (cát mịn, cát thô) tuổi 28 ngày TT KH Mdl Kd Độ mài mòn, g/cm2 CP7 1,2 1,16 0,40 CP8 1,2 1,33 0,45 CP3 1,6 1,23 0,39 CP4 1,6 1,39 0,44 CP9 1,9 1,39 0,31 CP10 1,9 1,56 0,33 CP11 2,5 1,38 0,20 CP12 2,5 1,55 0,24 19 Kết nghiên cứu cho thấy mô đun độ lớn cát tăng độ mài mòn bê tơng tuổi 28 ngày có xung hướng giảm (khả chống mài mòn tăng) Hệ số dư vữa tăng độ mài mòn tăng (khả chống mài mòn giảm) Các giá trị độ mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn nằm khoảng từ (0,3 ÷ 0,6) g/cm2, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật độ mài mòn mặt đường BTXM cho đường cấp IV trở xuống sân bãi 3.2.4.2 Độ mài mòn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi Độ mài mòn bê tơng sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá vôi nghiên cứu cấp phối trình bày Bảng 3.2 Kết độ mài mòn bê tơng trình bày Bảng 3.25 TT Bảng 3.25 Kết độ mài mòn bê tông sử dụng (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô)ở tuổi 28 ngày KH Mdl Mdlhh Kd Độ mài mòn, g/cm2 CPM1 1,2 2,2 1,38 0,24 CPM2 1,2 2,2 1,54 0,28 CPM3 1,6 2,4 1,37 0,22 CPM4 1,6 2,4 1,53 0,26 CPM5 1,9 2,6 1,37 0,18 CPM6 1,9 2,6 1,52 0,23 CP11 2,5 -1,38 0,20 CP12 2,5 -1,55 0,24 Kết nghiên cứu cho thấy mô đun độ lớn hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá tăng, độ mài mòn bê tơng tuổi 28 ngày có xung hướng giảm (khả chống mài mòn tăng) Bổ sung mạt đá phối hợp cát mịn sử dụng bê tông giảm độ mài mòn bê tơng so với sử dụng riêng cát mịn đạt giá trị từ (0,18÷0,28) g/cm2 tương đương độ mài mòn bê tơng sử dụng cát thơ mơ đun độ lớn Có thể thấy phối hợp mạt đá với cát mịn giải pháp nâng cao khả chống mài mòn bê tơng cát mịn Qua nâng cấp đường áp dụng từ cấp IV sân bãi (khi sử dụng riêng cát mịn) lên tới cấp I (sử dụng mạt đá phối hợp cát mịn) 3.2.4.3 Kiểm chứng khả chống mài mòn bê tông Hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá tương đối đồng không bị phân tầng (không tách nước, không tách vữa), giá trị cường độ chịu nén độ mài mòn tương đương với kết nghiên cứu Điều minh chứng việc sử dụng mạt đá phối hợp cát mịn sử dụng cho bê tơng hồn tồn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mặt đường bê tông xi măng cho đường cấp Kết luận Chương 3: 1) Bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ cát mịn (Mdl=1,2÷1,9) phối hợp với 40% mạt đá (Mdl =3,6) với xi măng (PC40, PCB40), phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate (1% khối lượng xi măng) cốt liệu lớn thơng thường đạt cường độ chịu kéo uốn 5,0 MPa, độ mài mòn (0,2÷0,3) g/cm2, tương đương bê tơng cát thơ (Mdl =2,5) dùng để làm mặt đường BTXM cho đường tới đường cấp I 20 2) Bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ cát mịn (Mdl = 1,2÷1,9) khơng phối hợp mạt đá, với xi măng (PC40, PCB40), phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylat (1% khối lượng xi măng) cốt liệu lớn thơng thường đạt cường độ kéo uốn 5,0 MPa, độ mài mòn đạt (0,31 ÷ 0,45) g /cm2, nên dùng để làm mặt đường BTXM tới đường cấp IV trở xuống sân bãi 3) Một số quan hệ phục vụ cho việc thiết kế thành phần bê tông đường sử dụng cốt liệu nhỏ cát mịn (Mdl=1,2÷1,9), cát mịn phối hợp mạt đá (Mdl=2,2÷2,6) với phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate rút sau: a) Tương quan lượng nước trộn – độ sụt tính chất hỗn hợp bê tông: Lượng nước trộn hỗn hợp bê tông tăng từ (148 ÷ 157) l/m3 (với Dmax =20mm, Độ sụt = 1÷2 cm) mơ đun độ lớn cốt liệu nhỏ giảm từ 2,6 (cát mịn phối hợp mạt đá) đến 1,2 Với Dmax độ sụt khác, quy luật tương tự dẫn Quyết định số 778/1998/QĐ-BXD Ở bê tơng cát mịn (Mdl = 1,2÷1,9) xuất độ tách vữa (2,2÷2,6) %, tính chất không thấy bê tông cốt liệu nhỏ cát thô cát mịn phối hợp mạt đá b) Hệ số dư vữa hợp lý cho bê tông (Kdu – hệ số dư vữa ưu tiên) Khi áp dụng hệ số Kdu bê tông thông thường, cho thấy cường độ nén đạt giá trị cao nhất, độ mài mòn đạt giá trị nhỏ nhất; Khi tăng hệ số Kdu thêm 0,15 ± 0,05, cường độ chịu nén giảm (2 ÷ 4) %, cường độ kéo uốn tăng (4 ÷ 10) %, độ mài mòn tăng (0,04 ÷ 0,05) g/cm2 Việc chọn hệ số Kdu thực theo tiêu cần ưu tiên c) Tương quan cường độ - Cường độ chịu nén (Rbn) bê tông với cường độ chịu nén xi măng (Rxn) tỷ lệ N/X phù hợp công thức Bolomey – Skramtaev, với hệ số Bn = 0,5, hệ số An(với cát Mdl = 1,2 ÷ 1, 9) = 0,47 ÷ 0,59; An(với cát mịn phối hợp mạt đá) = 0,59 ÷ 0,64, so với 0,64 dùng cát thô Mdl = 2,5; - Cường độ chịu kéo uốn bê tông (Rbku) với cường độ chịu kéo uốn xi măng (Rxku) tỷ lệ N/X, phù hợp công thức Y.M.Bazenov, với hệ số Bku = 0,2, hệ số Aku(với cát Mdl = 1,2 ÷ 1, 9) = 0,39 ÷ 0,44; Aku(với cát mịn phối hợp mạt đá) = 0,50 ÷ 0,54 so với 0,48 dùng cát thô Mdl = 2,5; - Quan hệ cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn bê tông (Rn Rku)cho thấy phụ gia polycarboxylate làm tăng mạnh cường độ chịu kéo uốn bê tông dùng cốt liệu nhỏ cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá cát thô Tỷ lệ Rn/Rku đạt 40/6,5-7,0 so với 40/5,0 – 5,5 bê tông thông thường Hỗn hợp cát mịn phối hợp mạt đá cho cường độ chịu kéo uốn cao dùng cát thô Tuy nhiên kết bước đầu, cần có thêm nhiều kiểm nghiệm d) Tương quan độ mài mòn Sử dụng cốt liệu nhỏ cát mịn phối hợp mạt đá giảm độ mài mòn bê tơng từ (0,31 ÷ 0,45) g/cm2 xuống ( 0,18 ÷ 0,28) g/cm2 Chương 4: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG CÁT MỊN ĐỐI VỚI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 4.1 Một số tính chất bê tơng 21 4.1.1 Mất nước co mềm bê tông Để nghiên cứu trình nước, co mềm hỗn hợp bê tông bê tông Luận án sử dụng cấp phối đại diện: CP (8,4,10,12) Bảng 3.1 bê tông sử dụng cát mịn, CPM(2,4,6), CP12 Bảng 3.2 bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá 4.1.1.1 Mất nước co mềm bê tông sử dụng cát mịn Kết nghiên cứu cho thấy, sau 2h đầu hỗn hợp bê tông bê tơng nước từ (13÷20)%, sau 4h nước từ (25÷32) % khoảng (4÷8)h nước từ (33÷43)% tổng lượng nước trộn ban đầu Sau 8h, mức độ nước giảm đáng kể Trong điều kiện đó, co mềm bê tơng có hướng phát triển mạnh vòng 4h đầu với giá trị lên đến (- 1,402÷- 1,742)mm/m giảm dần sau Tổng giá trị co mềm bê tơng sau 9h đạt (-1,660÷-1,804)mm/m bê tông sử dụng cát mịn, đạt -1,540mm/m bê tông sử dụng cát thô Kết nghiên cứu cho thấy trình nước hỗn hợp bê tông bê tông, co mềm bê tôngtăng giá trị tuyệt đối theo chiều giảm mô đun độ lớn cát Quá trình nước, co mềm hỗn hợp bê tông bê tông sử dụng cát mịn lớn sử dụng cát thô 4.1.1.2 Mất nước co mềm bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá Kết nghiên cứu cho thấy, sau 2h đầu hỗn hợp bê tông bê tơng nước từ (13÷18)%, sau 4h nước từ (25÷29)% khoảng (4÷ 8)h nước từ (33÷39)% tổng lượng nước trộn ban đầu Sau 8h, mức độ nước giảm đáng kể Trong điều kiện đó, co mềm bê tơng có hướng phát triển mạnh vòng 4h đầu với giá trị lên đến (-1,402÷-1,568)mm/m giảm dần sau Tổng giá trị co mềm bê tông sau 9h đạt (-1,596÷-1,762)mm/m bê tơng sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá, đạt -1,540 mm/m bê tông sử dụng cát thô Như vậy, thấy rằngkhi phối hợp cát mịn với mạt đá q trình nướccủa hỗn hợp bê tơng bê tông, co mềm bê tông: a) giảm so với sử dụng riêng cát mịn tương đương so với sử dụng cát thô mô đu độ lớn; b) tăng giá trị tuyệt đối theo chiều giảm mô đun độ lớn cốt liệu nhỏ (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) 4.1.2 Co ngót bê tơng Để nghiên cứu co ngót bê tơng Luận án sử dụng cấp phối đại diện: CP (8,4,10,12) Bảng 3.1 bê tông sử dụng cát mịn, CPM(2,4,6), CP12 Bảng 3.2 bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá 4.1.2.1 Co ngót bê tơng sử dụng cát mịn Kết nghiên cứu cho thấy, mẫu bê tơng có xu hướng co mạnh khoảng thời gian 28 ngày đầu, mức độ co bê tông giảm dần ngày Sau 90 ngày giá trị độ co đạt tới (-0,289 ÷ -0,329) mm/m bê tông sử dụng cát mịn, đạt - 0,275 mm/m bê tông sử dụng cát thơ Giá trị co có xu hướng giảm dần giá trị tuyệt chiều tăng mô đun độ lớn cát Đối với bê tông sử dụng cát mịn mức độ co lớn so với bê tơng sử dụng cát thơ 4.1.2.2 Co ngót bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá 22 Kết nghiên cứu cho thấy, mẫu bê tơng có xu hướng co mạnh khoảng thời gian 28 ngày đầu, mức độ co bê tông giảm dần ngày Sau 90 ngày giá trị độ co đạt tới từ (- 0,281÷- 0,306)mm/m bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá, đạt -0,275mm/m bê tông sử dụng cát thơ Như vậy, thấy phối hợp cát mịn với mạt đá độ co bê tông: a) giảm so với sử dụng riêng cát mịn tương đương so với sử dụng cát thô mô đu độ lớn; b) giảm giá trị tuyệt đối theo chiều tăng mô đun độ lớn cốt liệu nhỏ (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) 4.1.3 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian Để nghiên cứu phát triển cường độ bê tông theo thời gian Luận án sử dụng cấp phối đại diện: a) CP (7,3,9,11) Bảng 3.1 CPM (1,3,5), CP11 Bảng 3.2 để nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén bê tông.b) CP (8,4,10,12) Bảng 3.1 CPM (2,4,6), CP12 Bảng 3.2 để nghiên cứu phát triển cường độ chịu kéo uốn bê tông 4.1.3.1 Sự phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ (cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) theo thời gian Kết nghiên cứu cho thấy, phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ (cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá, cát thơ) có mơ đun độ lớn khác tuân theo quy luật chung Mức độ phát triển cường độ chịu nén theo thời gian mẫu bê tơng đánh giá thơng qua hệ số phương trình hồi quy Khi giảm mô đun độ lớn cốt liệu nhỏ, hệ số phương trình có xu hướng giảm Điều cho thấy với cấp phối sử dụng cốt liệu nhỏ có mơ đun độ lớncao mức phát triển giá trị tuyệt đối cường độ chịu néncao Khi bổ sung thay 40% cát mịn mạt đá, hệ số phương trình hồi quay tăng lên, điều đồng nghĩa với cường độ chịu néncủa bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá nâng cao so với sử dụng riêng cát mịn tương đương với cát thô mô đun độ lớn 4.1.3.2.Phát triển cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ (cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá) theo thời gian Kết nghiên cứu cho thấy, phát triển cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ (cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá, cát thơ) có mơ đun độ lớn khác tuân theo quy luật chung Mức độ phát triển cường độ chịu kéo uốn theo thời gian mẫu bê tơng đánh giá thơng qua hệ số phương trình hồi quy Khi giảm mô đun độ lớn cốt liệu nhỏ, hệ số phương trình có xu hướng giảm Điều cho thấy với cấp phối sử dụng cốt liệu nhỏ có mơ đun độ lớn cao mức phát triển giá trị tuyệt đối cường độ chịu kéo uốn cao Khi bổ sung thay 40% cát mịn mạt đá, hệ số phương trình hồi quay tăng lên, điều đồng nghĩa với cường độ chịu kéo uốn bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá nâng cao so với sử dụng riêng cát mịn tương đương với cát thô mô đun độ lớn 23 4.1.4 Độ chống thấm nước bê tông Để nghiên cứu độ chống thấm nước bê tông Luận án sử dụng cấp phối đại diệnCP(8,4,10,12) Bảng 3.1 bê tông sử dụng cát mịn CPM(2,4,6),CP12trong Bảng 3.2 bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá 4.1.4.1 Độ chống thấm nước bê tơng sử dụng cát mịn Kết thí nghiệm cho thấy độ chống thấm nước cấp phối bê tơng sử dụng cát mịn nghiên cứu đạt (B8÷B10) nhỏ so với sử dụng cát thô B12 4.1.4.2 Độ chống thấm bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá Kết thí nghiệm cho thấy độ chống thấm nước cấp phối bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá nghiên cứu đạt (B10÷B12) cao so với sử dụng riêng cát mịn 4.1.5 Mô đun đàn hồi bê tông Để nghiên cứu mô đun đàn hồi bê tông Luận án sử dụng cấp phối đại diện CP(8,4,10,12) Bảng 3.1 bê tông sử dụng cát mịn CPM (2,4,6), CP12 Bảng 3.2 bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá 4.1.5.1 Mô đun đàn hồi bê tông sử dụng cát mịn Kết nghiên cứu cho thấy, tuổi 28 ngày bê tơng sử dụng (cát thô, cát mịn) với cường độ chịu nén đạt giá trị từ (34,0 ÷46,6) MPa, cường độ chịu kéo uốn đạt giá trị từ (6,29÷7,72) MPa, mơ đun đàn hồi có giá trị khoảng từ (27,4÷35,4) GPa Mơ đun đàn hồi bê tơng có xu hướng tăng theo chiều tăng mơ đun độ lớn cát cường độ chịu nén Mô đun đàn hồi bê tông sử dụng cát mịn nhỏ bê tông sử dụng cát thô 4.1.5.2 Mô đun đàn hồi bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá Kết nghiên cứu cho thấy, tuổi 28 ngày bê tơng sử dụng (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) với cường độ chịu nén đạt giá trị từ (42,8÷46,6) MPa, cường độ chịu kéo uốn đạt giá trị từ (7,72÷8,68) MPa, mơ đun đàn hồi có giá trị khoảng từ (32,4÷35,6) GPa Mơ đun đàn hồi bê tơng có xu hướng tăng theo chiều tăng mô đun độ lớn (cát mịn phối hợp mạt đá, cát thô) cường độ chịu nén Mô đun đàn hồi bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá có giá trị tương đương cát thơ mơ đun độ lớn có giá trị cao so với sử dụng riêng cát mịn 4.2 Một số biện pháp công nghệ nâng cao khả chống nứt cho bê tông cát mịn mặt đường BTXMtrong giai đoạn đầu đóng rắn a) Sử dụng cát mịn (Mdl