Kết quả nghiên cứu bước đầu vật liệu bê tông nhựa vữa xi măng tự chèn

Bê tông nhựa vữa xi măng tự chèn này có cường độ chống cắt trượt cao và nhiều chỉ tiêu kỹ thuật vượt trội khác nên có khả năng chịu tải trọng nặng hoặc rất nặng. Nó thường sử dụng cho các công trình như: sân bay, bến cảng, kho hàng, đường chuyên dụng, nút giao thông, trạm thu phí, bãi đỗ, … Kết quả ứng dụng ở nhiều nước phát triển và nghiên cứu bước đầu trong luận văn cho thấy: vật liệu có chất lượng tốt, có thể nghiên cứu sâu hơn để áp dụng rộng rãi tại Việt Nam

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU VẬT LIỆU BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG TỰ CHÈN TS Nguyễn Mạnh Hùng KS Cao Đình Vũ Phịng Thí nghiệm trọng điểm đường III Tóm tắt - Bài báo trình bày tóm tắt kết nghiên cứu bước đầu vật liệu Bê tông nhựa vữa xi măng tự chèn Vật liệu có cường độ chớng cắt trượt cao nhiều tiêu kỹ thuật vượt trội khác nên có khả chịu tải trọng nặng nặng Nó thường sử dụng cho cơng trình như: sân bay, bến cảng, kho hàng, đường chuyên dụng, nút giao thông, trạm thu phí, bãi đỗ, … Kết ứng dụng nhiều nước phát triển nghiên cứu bước đầu luận văn cho thấy: vật liệu có chất lượng tớt, nghiên cứu sâu để áp dụng rộng rãi Việt Nam Từ khóa: Mặt đường bán mềm, mặt đường đá dăm chèn vữa, bê tông nhựa xi măng, mặt đường nhựa cải tiến, vv Abstract - This paper presents summary of result initial study about materials asphalt concrecte cement motar insertion order This material has high intensity shear slip and superior physical characteristics else should there be able to withstanding heavy or very heavy load It is often used for projects such as airport, port, warehouse, specialized road, interchanges, toll stations, parking, Results application in many developed countries and original research in master thesis show that good quality of this materials, can further study to apply widely in Vietnam Keywords: Semi-flexible pavement, grouted macadam, asfaltocementový beton, resin modified pavement Đặt vấn đề Hiện nay, áo đường mềm chiếm vị trí ưu dạng kết cấu áo đường xây dựng CSHT giao thông vận tải, phục vụ q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong đó, dạng mặt đường phổ biến bê tông nhựa Kinh tế phát triển địi hỏi lưu lượng phương tiện lưu thơng qua lại tỉnh thành, địa phương ngày tăng Xe tải (kể xe vượt tải) thành phần dòng xe chiếm tỷ lệ đáng kể làm gia tăng trọng tải tác dụng xuống mặt đường Qua thực tế xây dựng khai thác số tuyến quốc lộ xảy tượng biến dạng dư sớm vượt giới hạn cho phép (gây tượng lún trồi), ảnh hưởng tới yêu cầu nhanh, an toàn êm thuận vận chuyển Vài năm gần đây, ngành Giao thơng vận tải có nhận thức, đánh giá đầy đủ “hiểm họa” hằn, lún vệt bánh xe Nhiều tổ chức, cá nhân, nhà khoa học có nghiên cứu vấn đề đưa nhận định nguyên nhân Trong đó, có giảm thể tích bê tơng nhựa tác dụng đầm nén bánh xe ảnh hưởng trùng phục dịng xe tải nặng tới lớp mặt bê tơng nhựa điều kiện bất lợi nhiệt dẻo (mùa nóng) Để bảo đảm tiêu chí chớng hằn lún vệt bánh xe, đặc biệt đới với đoạn tuyến có lưu lượng xe lớn, giải pháp kỹ thuật lựa chọn sử dụng vật liệu có cường độ chớng cắt trượt cao Một số vật liệu đáp ứng được điều có nhiều tiêu kỹ thuật vượt trội khác Bê tơng nhựa vữa xi măng tự chèn Sau gọi tắt bê tông nhựa vữa xi măng (BTNVXM) Bê tông nhựa vữa xi măng tự chèn thuật ngữ gọi theo Tiếng Việt Trong đó, khung cớt liệu hình thành từ bê tông nhựa rỗng, phần lỗ rỗng BTN được lấp đầy bằng loại vữa xi măng (đặc biệt) mác cao tự chèn Do lỗ rỗng khung cớt liệu được chèn kín bằng vật liệu có tính đóng rắn với cường độ cao nên hạn chế được giảm thể tích tác dụng tải trọng nâng cao cường độ vật liệu so với sản phẩm bê tông nhựa thông thường khác Hiện tại, nước ta vật liệu chưa được ứng dụng vào xây dựng mặt đường, kho bãi, sân bay, bãi đỗ xe, trạm xe buýt, Tuy nhiên, có đơn vị phía Nam (cơng ty Infrasol) bước đầu tiếp cận nghiên cứu ứng dụng vật liệu vào cơng trình “Sửa chữa, tu đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm (từ trụ đèn T08/07 đến trụ đèn T07/37) - bên phải tuyến hướng từ Chợ Đệm Quốc lộ 1”, huyện Bình Chánh, Thành phớ Hồ Chí Minh dành cho xe tải lưu thông Sau thời gian 14 tháng khai thác, đoạn thử nghiệm chưa xuất biến dạng dư Kết thử nghiệm lần khẳng định đặc tính kỹ thuật vượt trội vật liệu BTNVXM Nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng BTNVXM nước ta cần thiết Kết nghiên cứu: 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu: Trên sở tham khảo, tổng hợp quy định kỹ thuật, kết nghiên cứu thực nghiệm nước giới như: Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Cộng hịa Séc, BTNVXM, tổng hợp yêu cầu kỹ thuật Bảng 1, [4], [5], [7] Bảng 1: Chỉ tiêu kỹ thuật vữa xi măng Các tiêu Yêu cầu 28 ngày tuổi Bảng 2: Chỉ tiêu kỹ thuật bê tông nhựa rỗng Các tiêu Yêu cầu Cường độ chịu 22,8 - 97,9 25 – 30 (TCVN3121:2003) Độ rỗng dư, % nén, MPa (TCVN8860-9:2011) Cường độ chịu - 12 (TCVN3121:2003) uốn, MPa Max 0,3 Độ chảy nhựa, % Độ nhớt 10 - 18 (TCVN8860-6:2011) (ASTM C 939) vữa, giây Ghi chú: (…) phương pháp thí nghiệm tương đương Bảng 3: Chỉ tiêu kỹ thuật BTNVXM Các tiêu Yêu cầu 28 ngày tuổi Cường độ chịu nén 3,87 - 12 (22 TCN 62-84) 300C, MPa Cường độ chịu kéo Min 1,5 gián tiếp, 300C, MPa (TCVN 8862:2011) Độ ổn định kháng Min 0,8 (AASHTO T283) nước 250C 2.2 Thiết kế vữa xi măng tự chèn: Thành phần vữa xi măng gồm xi măng pc lăng PCB50, chất độn khống vật (cát, bột đá), chất hóa dẻo (Sika Viscoceret 3000-20 loại G), chất chớng co ngót (Intraplast Z-HV) nước Để lựa chọn được tỷ lệ thích hợp cho vữa xi măng tự chèn đáp ứng yêu cầu độ nhớt lấp đầy lỗ rỗng bê tông nhựa cấp phối hở đạt được cường độ cần thiết, góp phần nâng cao khả chịu tải hỗn hợp BTNVXM, công tác thiết kế hỗn hợp vữa thực nhiều mẫu phối trộn thành phần vật liệu Từ đó, xác định thành phần vữa phới trộn tới ưu, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật Kết tuyển chọn xem Bảng Bảng 4: Độ nhớt cường độ mẫu vữa Hỗn hợp Công thức Công thức Công thức Công thức Công thức Tỷ lệ N/XM 0,4 0,5 0,544 0,45 0,456 Độ nhớt, giây Không đo được 26 14 20,03 16 Cường độ chịu uốn R28, MPa 11,72 8,58 8,25 9,81 10,25 Cường độ chịu nén R28, MPa 73,44 40,75 53,05 43,37 53,46 Từ kết thu được Bảng 4, cho phép lựa chọn công thức số (cấp phối tối ưu) dùng để sản xuất vữa xi măng tự chèn 2.3 Thiết kế đường cong cấp phối xác định hàm lượng nhựa tối ưu: Vật liệu đá qua nghiền lấy từ mỏ Tân Đơng Hiệp (tỉnh Bình Dương) được thí nghiệm phân tích thành phần hạt xác định tiêu lý cốt liệu Nhựa đường Petrolimex 60/70 được thí nghiệm tiêu lý; Tỷ lệ phối trộn thành phần hạt loại cốt liệu được thiết kế thỏa mãn yêu cầu theo AASHTO M43(Size Number 67); Hàm lượng nhựa tối ưu được xác định trước tiên theo công thức lý thuyết [6]: (1) Trong đó: ; - pi hàm lượng hạt lưu mắt sàng đường cong cấp phối, tính bằng %; - σi tỷ diện bề mặt tiếp xúc riêng hạt qua hai mắt sàng liên tiếp: lưu sàng d(mm) lọt qua sàng D(mm), tính bằng m2/kg; - K hệ sớ thực nghiệm nước Đông Âu, phụ thuộc vào quy mô giao thông loại mặt đường thiết kế như: đường ô tô hay sân bay, lấy từ 3,75 đến 4,25 Tuy nhiên, điều kiện Việt Nam với đặc điểm nóng ẩm, nhiệt độ khơng âm nên học viên kiến nghị chọn hệ số K từ 2,7 đến 3,2 đối với bê tông nhựa chặt từ 2,0 đến 2,5 đới với bê tơng nhựa rỗng có độ rỗng dư lớn 10% Lựa chọn 05 hàm lượng nhựa xung quanh giá trị tính tốn, hàm lượng nhựa sai khác 0,2% (1,96%, 2,16%, 2,36%, 2,56% 2,76%) Trộn tạo mẫu hỗn hợp BTN rỗng theo phương pháp Marshall, tuân thủ trình tự Tiêu chuẩn TCVN 8820:2011; Thí nghiệm tiêu 05 tổ mẫu hỗn hợp ứng với 05 hàm lượng nhựa lựa chọn Vẽ biểu đồ quan hệ hàm lượng nhựa với độ rỗng dư độ chảy nhựa từ lựa chọn được hàm lượng nhựa tối ưu; Công thức thiết kế tiêu kỹ thuật được thể Bảng Bảng 5: Thành phần hỗn hợp tiêu kỹ thuật Cỡ sàng mắt Tỷ lệ hỗn vuông, mm hợp, % 25 100,00 19 95,30 Thành phần hạt Phần trăm lọt sàng(%) 9,5 35,80 4,75 8,80 2,36 3,20 1,18 2,06 0,6 2,04 Thành phần hạt Phần trăm lọt sàng(%) 0,3 2,03 0,15 1,97 0,075 1,63 Hàm lượng nhựa tối ưu theo hỗn hợp, % 2,36 Khối lượng thể tích, g/cm 1,827 Khối lượng riêng, g/cm 2,606 Các tiêu Tiêu chuẩn thí nghiệm TCVN 8820:2011 TCVN8860-5:2011 TCVN8860-4:2011 Yêu cầu KT 100 90-100 20-55 0-10 0-5 - TCVN8860-3:2011 TCVN8860-3:2011 Độ rỗng dư, % 29,9 TCVN8860-9:2011 25-30 Độ chảy nhựa đường, % 0,24 TCVN8860-6:2011 Max 0,3 2.4 Đúc mẫu xác định tiêu kỹ thuật: + Đúc mẫu: Mẫu thí nghiệm khảo sát mô đun đàn hồi vật liệu cường độ chịu nén mẫu hình trụ có khn đường kính 101,6mm chiều cao 101,6 + 2mm (3 mẫu cho loại tuổi nhiệt độ thí nghiệm) Mẫu thí nghiệm ép chẻ (3 mẫu cho loại tuổi nhiệt độ thí nghiệm) độ ổn định kháng nước (6 mẫu) mẫu Marshall có đường kính 101,6mm chiều cao 63,5 + 1,3 mm Khối lượng mẫu được tính cho mẫu có dung trọng ứng với độ rỗng dư thiết kế chiều cao mẫu cần đạt được + Rót vữa xi măng tự chèn: Trước rót vữa, mẫu giữ nhiệt độ phòng (27 0C) tối thiểu Để kiểm soát hàm lượng vữa chèn vào mẫu thử, trước rót vữa phải xác định thể tích vữa cần thiết chèn kín lỗ rỗng cho mẫu thử Sau kết thúc rót vữa khoảng 10 phút, tiến hành cào loại bỏ vữa dư bề mặt mẫu lộ mặt hạt cốt liệu bê tơng nhựa dừng đồng thời bảo dưỡng mẫu điều kiện nhiệt độ phòng thời gian ngày tuổi Tổ hợp mẫu đúc, rót vữa hồn thành: Xem Hình Hình Mẫu đúc, rót vữa hồn thiện + Thí nghiệm tiêu kỹ thuật: Thí nghiệm xác định tiêu mơ đun đàn hồi vật liệu được thực theo 22 TCN 211-06, cường độ chịu nén theo 22 TCN 62-84, độ bền chịu kéo gián TCVN 8862:2011 độ ổn định kháng nước theo AASHTO T283 Kết được tập hợp Bảng 6[3] Bảng Các tiêu kỹ thuật BTNVXM Các tiêu kỹ thuật Mô đun đàn hồi vật liệu 300C, (MPa) Cường độ chịu nén 300C, (MPa) Cường độ chịu kéo gián tiếp 300C, (MPa) Độ ổn định kháng nước 250C Thời gian bảo dưỡng, ngày 28 473 805 1217 3,66 4,43 5,10 1,05 1,22 1,87 0,82 Phạm vi ứng dụng: Với đặc tính kỹ thuật cường độ vượt trội so với bê tông nhựa chặt thông thường nên BTN VXM phù hợp làm lớp phủ cho tầng mặt cơng trình chịu tải trọng nặng như: - Đường sân bay (bến đậu, bãi chứa hàng, sàn nhà sửa chữa máy bay, ) Cầu cảng (bến bãi bớc xếp container, hàng hóa, ) Đường vào cảng, đường khu công nghiệp Đường chịu tải trọng nặng nặng Đường vị trí nút giao có mật độ xe lớn Đường trạm thu phí, bến đỗ ga xe bt Ví dụ: Hình trình tự lớp đặc trưng đàn hồi biến dạng dùng tính tốn kết cấu áo đường bán cứng với trục xe tiêu chuẩn 120 kN trục xe tải 160 kN Kết chạy lời giải theo chương trình Alizé Lcpc (Pháp) cho biết trạng thái ứng suất (r, z) biến dạng (z) nhiệt độ tính tốn t=300C (Bảng 7): Bảng 7: Ứng suất biến dạng tải trọng gây tính theo Alizé Lcpc Pháp Hình Sơ đồ tiêu kỹ thuật lớp vật liệu kết cấu áo đường bán cứng (liên kết lớp chặt chẽ) Kiểm toán điều kiện ứng suất chịu kéo uốn lớn r,max (dấu “- ”) sinh đáy lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng điều kiện ứng suất pháp z tác dụng x́ng đường được tính theo 22 TCN 211:06 Tổng trục xe khai thác tích lũy thời hạn thiết kế được lấy phù hợp cho điều kiện kiểm tốn Tổng hợp kết tính từ [3] được giới thiệu Bảng 8, Kết luận: Kết cấu đáp ứng điều kiện “làm việc” vượt tải Bảng Kết kiểm toán khả làm việc kết cấu áo đường theo [1]: Ứng suất cắt trượt tác Áp lực tính dụng x́ng đường, MPa toán mặt đường, Lớn Cho phép MPa a,max a, chf =Ctt/Ktrcđ Ứng suất kéo uốn đáy lớp CPĐD GCXM Lớn Cho phép ku,max ku,chf =Rttku/Kcđku p = 0,6 0,0036 ≤ 0,022 0,13 ≤ 0,19 p = 0,8 0,0056 ≤ 0,022 0,17 ≤ 0,22 Mô đun đàn hồi chung kết cấu, MPa 285,8 Tổng số trục xe khai thác tích lũy (Ne), trục 160.106 32.106 Bảng Kết kiểm toán khả làm việc kết cấu áo đường theo [1]: Ứng suất kéo ́n lớp BTNVXM, MPa Áp lực tính tốn mặt đường, Cho phép Lớn MPa a,chf ku,max =Rttku/Kcđku p = 0,6 0,58 ≤ 0,69 Ứng suất kéo uốn Tổng số lớp BTN C19 nhựa 40/50, Mô đun trục xe khai đàn hồi MPa thác tích lũy chung (Ne), trục Cho phép kết cấu, Lớn ku k ku,chf=Rtt /Kcđ MPa ku,max u 0,49 ≤ 0,52 285,8 160.106 p = 0,8 0,77 ≤ 0,99 0,65 ≤ 0,73 32.106 Kết luận kiến nghị: - Vật liệu BTNVXM có tiêu kỹ thuật như: cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn mô đun đàn hồi cao nhiều so với bê tông nhựa thông thường phát triển theo thời gian Đó vật liệu thích hợp làm lớp phủ tầng mặt cho kết cấu áo đường chịu tải trọng nặng hay nặng, cần ổn định nhiệt cao chống lại biến dạng dư, khắc phục tượng gây lún trồi, … - Kết nghiên cứu ứng dụng giới chứng minh loại vật liệu có chất lượng tốt, cường độ cao - Phải lưu ý: + Khả xuất vết nứt mặt co ngót nên cần có biện pháp phun chất bảo dưỡng hiệu (hoặc phương pháp khác), tránh để nước nhanh + Đảm bảo vữa sản xuất có độ sệt đồng nhằm đạt mức độ tự chèn cao để đáp ứng chất lượng yêu cầu + Thời gian thông xe chậm so với mặt đường bê tông nhựa chặt: sau ngày tuổi cho xe nhẹ, sau ngày tuổi cho xe tải vừa sau ngày tuổi cho xe tải nặng - Do vậy, cần có nghiên cứu đầy đủ mặt lý thuyết thực nghiệm Trên sở kết nghiên cứu xây dựng hồn thiện hệ thớng tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu cho phù hợp với điều kiện Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ GTVT (2006), Áo đường mềm – Các yêu cầu dẫn thiết kế 22TCN 211:06, NXB GTVT, Hà Nội [2] Trần Anh Tuấn (2015), Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng bê tông nhựa nóng sử dụng tỉnh Khánh Hịa, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội [3] Cao Đình Vũ (2016), Nghiên cứu ứng dụng, giải pháp kỹ thuật công nghệ thi công bê tông nhựa-xi măng xây dựng đường khu vực phía Nam, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội [4] Anderton, G L (2000), Engineering properties of resin modified pavement (RMP) for mechanistic design, ERDC/GL TR-00-2, U.S Army Engineer Research and Development Center, Vicksburg, MS, U.S [5] Bc Lukáš hruška (2012), Asfaltocementový beton, Diplomová práce, Vysoké učení technické v Brně, Česká republika [6] Kolektiv Katedry (1981), Navody pro cvičení ze silničního stavitelství II, Silnični laborator, česká republika [7] www.euclidchemical.com/fileshare/ProductFiles/MiscProductFiles/Densiphalt.pdf (EUCODensit, Densiphalt®Handbook) Ghi : 1)Bê tông nhựa vữa xi măng tự chèn thuật ngữ gọi theo Tiếng Việt Trong đó, khung cốt liệu hình thành từ bê tơng nhựa rỗng, phần lỗ rỗng BTN lấp đầy loại vữa xi măng (đặc biệt) mác cao Kolektiv Katedry (1967), Na1vody pro cvičení ze silničního stavitelství II, Silnični laborator, česká republika tự chèn ... Densiphalt®Handbook) Ghi : 1 )Bê tơng nhựa vữa xi măng tự chèn thuật ngữ gọi theo Tiếng Việt Trong đó, khung cốt liệu hình thành từ bê tông nhựa rỗng, phần lỗ rỗng BTN lấp đầy loại vữa xi măng (đặc biệt) mác... 8862:2011) Độ ổn định kháng Min 0,8 (AASHTO T283) nước 250C 2.2 Thiết kế vữa xi măng tự chèn: Thành phần vữa xi măng gồm xi măng poóc lăng PCB50, chất độn khống vật (cát, bột đá), chất hóa dẻo (Sika... học Giao thơng vận tải, Hà Nội [3] Cao Đình Vũ (2016), Nghiên cứu ứng dụng, giải pháp kỹ thuật công nghệ thi công bê tông nhựa -xi măng xây dựng đường khu vực phía Nam, Luận văn thạc sỹ, Trường