7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.6. Kết luận chương 4
(1). Khả năng đáp ứng các yêu cầu về vật liệu làm mặt đường ô tô.
Trong phạm vi nghiên cứu tính toán thành phần vật liệu cho bê tông có cường độ kéo uốn thiết kế bằng 4,5 MPa, từ kết quả thí nghiệm cho thấy BTXM tro bay hoàn toàn có khả năng đáp ứng được các yêu cầu để làm mặt đường ô tô cho đường cấp III và cấp IV trở xuống, cụ thể như sau:
+ Về mặt cường độ, BTXM tro bay có cường độ kéo uốn, cường độ nén và mô đun đàn hồi cao hơn so với các quy định hiện hành về thiết kế và thi công mặt
đường BTXM thông thường ở nước ta.
+ Tro bay đã cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông gồm tăng độ sụt và duy trì sự ổn định; kéo dài thời gian đông kết; giảm nhiệt thủy hóa và làm chậm thời gian đạt tới nhiệt độ lớn nhất trong bê tông.
+ Về mặt môi trường, theo tính toán với mỗi kilomet đường ô tô sử dụng lớp mặt bằng BTXM tro bay sẽ giảm được từ 68,3 ÷ 119 tấn khí CO2 (tương đương từ 8,9 ÷ 15,5 % lượng khí CO2) thải ra môi trường so với BTXM thông thường; đồng thời tái sử dụng lại nguồn tài nguyên từ 128 ÷ 278 tấn tro bay.
(2). Thông qua tính và kiểm toán kết cấu áo đường, đề xuất chiều dày tấm mặt đường BTXM tro bay có chiều rộng bằng 3,5 m; chiều dài điển hình từ 4,5 ÷ 5,0 m như sau:
+ Đường cấp III quy mô giao thông cấp nặng có thể sử dụng bê tông 15% tro bay với chiều dày 25 cm.
+ Đường cấp III, IV quy mô giao thông cấp trung bình có thể sử dụng bê tông 15 ÷ 30 % tro bay với chiều dày 22 ÷ 24 cm.
+ Đường cấp V, VI quy mô giao thông cấp nhẹ có thể sử dụng bê tông 30 % tro bay với chiều dày 21 cm.
(3). Kết quả phân tích ảnh hưởng của tro bay đến cường độ và ứng suất trong mặt đường BTXM ở giai đoạn tuổi sớm cho thấy:
+ Ở giai đoạn tuổi sớm (72 giờ sau khi đổ bê tông) ứng suất uốn vồng và ứng suất kéo dọc trục phát sinh trong tấm BTXM do nhiệt độ thủy hóa và điều kiện môi trường, trong khi đó cường độ chịu kéo của bê tông mới hình thành và có giá trị thấp. Vì vậy mặt đường có nguy cơ cao xảy ra nứt trên bề mặt ở giai đoạn này.
+ Từ kết quả thí nghiệm và tính toán cho thấy, bê tông hàm lượng 15 ÷ 30 % tro bay đã làm giảm ứng suất kéo lớn nhất từ 8,8 ÷ 18,9 % so với bê tông không tro bay. Trung bình cứ thêm 5% tro bay thì giảm được 4,7 % ứng suất kéo.
+ Tro bay có tác dụng làm giảm ứng suất kéo nhiều hơn so với mức độ giảm cường độ chịu kéo, nhờ đó mà mặt đường BTXM tro bay có khả năng chống nứt ở giai đoạn tuổi sớm tốt hơn so với mặt đường BTXM thông thường không tro bay.
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO I. Kết luận
Các kết quả đạt được của Luận án được trình bày như sau:
(1). Đã phân tích cơ chế phản ứng thủy hóa và phản ứng puzơlan; ảnh hưởng của tro bay đến các tính năng bê tông xi măng, trong đó ảnh hưởng về mặt cường độ được thể hiện bằng hệ số hiệu quả tro bay trong bê tông (k).
(2). Đã xây dựng mô hình xác định hệ số hiệu quả tro bay trong bê tông (k) trên cơ sở công thức cường độ nén của Bolomey cải tiến như sau:
1 ) 1 ( ) 5 , 0 1 ( − − + = RS f k ω
trong đó: f, ω – tương ứng là tỷ lệ tro bay / chất kết dính và tỷ lệ nước / chất kết
dính; Rs – hệ số cường độ được xác định bằng thực nghiệm.
Đã thí nghiệm xác định hệ số hiệu quả k với nguồn vật liệu tro bay ở nước ta và đề xuất giá trị như sau:
+ Với tỷ lệ tro bay / CKD (f = 15 ÷ 35 %): hệ số k = 0,70 ÷ 0,40; + Với tỷ lệ tro bay / CKD (f = 35 ÷ 70 %): hệ số k = 0,40 ÷ 0,27.
(3). Đã thiết lập trình tự thiết kế thành phần vật liệu BTXM tro bay gồm 8 bước. Trong đó hệ số k được dùng để điều chỉnh hàm lượng chất kết dính gồm xi măng (XFC) và tro bay (F) nhằm đạt được cường độ nén và cường độ kéo uốn thiết kế ở tuổi 28 ngày như sau:
0 ) 1 ( 1 1 X f k f XFC − + − = và 0 ) 1 ( 1 k f X f F − + = (kg)
trong đó: XFC , X0 – khối lượng xi măng trong BTXM tro bay và khối lượng xi
măng trong BTXM thông thường (không có tro bay).
(4). Đã thí nghiệm để đưa ra các thông số chủ yếu về cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ mài mòn, độ thấm nước, tính công tác của BTXM tro bay trong kết cấu mặt đường ô tô; đề xuất cấu tạo các dạng kết cấu mặt đường ô tô sử dụng BTXM tro bay và kiến nghị phạm vi áp dụng như sau:
tỷ lệ tro bay / CKD là 15%.
+ Đường ô tô cấp III, IV quy mô giao thông cấp trung bình có thể sử dụng bê tông có tỷ lệ tro bay / CKD từ 15 ÷ 30 %.
+ Đường cấp V, VI quy mô giao thông cấp nhẹ nên sử dụng bê tông có tỷ lệ
tro bay / CKD là 30 %.
(5). Đã nghiên cứu tính toán cường độ, ứng suất nhiệt trong mặt đường BTXM ở giai đoạn tuổi sớm và phân tích ảnh hưởng của tro bay đến việc cải thiện
đáng kể khả năng kháng nứt mặt đường trong giai đoạn này như sau:
+ Từ kết quả thí nghiệm và tính toán cho thấy, bê tông có tỷ lệ tro bay / chất kết dính từ 15 ÷ 30 % đã làm giảm ứng suất kéo lớn nhất từ 8,8 ÷ 18,9 % so với bê tông không có tro bay.
+ Trung bình cứ thêm 5% tro bay thì giảm được 4,7 % ứng suất kéo lớn nhất. Những kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm phong phú thêm kiến thức về sử dụng BTXM tro bay trong kết cấu mặt đường ô tô ở Việt Nam, là tài liệu tham khảo tốt khi nghiên cứu và giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng đường ô tô và đường thành phố.
II. Những hạn chế, tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo
(1). Nghiên cứu của luận án có tính định hướng với một số loại vật liệu nhất
định, vì vậy sẽ tiếp tục hướng nghiên cứu mở rộng cho các loại vật liệu khác (tro bay loại C và xi măng hỗn hợp PCB).
(2). Nội dung thiết kế chế tạo thành phần vật liệu và thử nghiệm các tính năng của BTXM tro bay mới dừng lại ở việc áp dụng cho đường ô tô cấp III và cấp IV trở xuống. Vì vậy sẽ tiếp tục nghiên cứu giải pháp đểứng dụng làm các loại mặt
đường cấp cao, đường cao tốc hoặc làm các lớp móng mặt đường.
(3). Kích thước tấm BTXM tro bay được lựa chọn theo quy định kỹ thuật về
thiết kế mặt đường BTXM (Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT), sẽ tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm về trường nhiệt và giãn nở nhiệt trong BTXM tro bay để tính toán thiết kế kích thước tấm cho phù hợp.
kiện kiểm nghiệm hiện trường. Vì vậy cần xây dựng chương trình áp dụng thử nghiệm hiện trường kết cấu mặt đường BTXM tro bay để so sánh đối chiếu với các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Trần Trung Hiếu, Phạm Duy Hữu, “Khả năng ứng dụng bê tông tro bay trong xây dựng mặt đường ô tô ở Việt Nam”, Tạp chí Giao thông vận tải số chuyên đề Hội
thảo Khoa học Công nghệ Kỹ thuật giao thông, tháng 4 năm 2014.
2. Trần Trung Hiếu, “Nghiên cứu đánh giá mức độ phản ứng hóa học trong bê tông tro bay làm mặt đường ô tô”, Tạp chí Cầu đường số 10 năm 2014.
3. Trần Trung Hiếu, Phạm Duy Hữu, “Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay và nước / chất kết dính đến hiệu quả tro bay trong bê tông”, Tạp chí Giao thông vận tải số chuyên
đề Hội nghị Khoa học Công nghệ giao thông vận tải lần thứ III, tháng 10 năm 2015. 4. Trần Trung Hiếu, Phạm Duy Hữu “Thiết kế thành phần bê tông tro bay theo hệ
số hiệu quả (k) và chế tạo thử nghiệm bê tông làm mặt đường ô tô”, Tạp chí Người
xây dựng số 289 & 290 tháng 11 & 12 năm 2015.
5. Trần Trung Hiếu, Phạm Duy Hữu, Lã Văn Chăm, “Nghiên cứu thử nghiệm một số các tính năng của bê tông tro bay làm mặt đường ô tô”, Tạp chí Người xây dựng
số tháng 01 & 02 năm 2016.
6. Trần Trung Hiếu, Phạm Duy Hữu, Nguyễn Thị Giang “Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến nhiệt độ bê tông mặt đường ô tô”, Tạp chí Cầu đường số 6 năm 2016.
7. Trần Trung Hiếu, Nguyễn Văn Tươi, Đào Phúc Lâm “Nghiên cứu giải pháp tăng cường khả năng kháng nứt mặt đường BTXM giai đoạn tuổi sớm”, Tạp chí Giao
thông vận tải Kỷ yếu Hội thảo nhà khoa học trẻ ngành GTVT năm 2016, số đặc biệt, năm 2017.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. TIẾNG VIỆT
[1] Trần Đình Bửu, Dương Học Hải (2009), Giáo trình xây dựng mặt đường ô tô – Tập II, Nxb Giáo dục Việt Nam.
[2] Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn Xuân Đào (2003), Mặt đường đá gia cố chất liên kết vô cơ, Nxb Xây dựng.
[3] Nguyễn Quang Chiêu (2010), Mặt đường bê tông xi măng, Nxb Giao thông
vận tải.
[4] Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang (2002), Xây dựng mặt đường ô tô,
Nxb Giao thông vận tải.
[5] Dương Học Hải, Hoàng Tùng (2010), Mặt đường bê tông xi măng cho đường ô tô – sân bay, Nxb Xây Dựng.
[6] Phan Hiếu Hiền (2001), Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu thống kê thực nghiệm, Nxb Nông nghiệp.
[7] Hội tuyển khoáng Việt Nam (2010), Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KHCN Tuyển khoáng Toàn quốc lần III, Hà Nội.
[8] Phạm Duy Hữu, Ngô Xuân Quảng (2004), Vật liệu xây dựng đường ô tô và sân bay, Nxb Xây Dựng.
[9] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Pham Duy Anh (2008),
Bê tông cường độ cao và chất lượng cao, Nxb Giao thông vận tải.
[10] Phạm Duy Hữu, Đào Văn Đông (2009), Vật liệu xây dựng mới, Nxb Giao
thông vận tải.
[11] Phạm Huy Khang, Thiết kế mặt đường bê tông xi măng đường ô tô và mặt
đường sân bay (2008), Nxb Giao thông vận tải.
[12] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định 3230/QĐ-BGTVT ngày 24/12/2012 ban hành“Quy định kỹ thuật tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông (QĐ3230)”,
Việt Nam.
[13] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/08/2012 ban hành“Quy định kỹ thuật tạm thời về thi công và nghiệm thu mặt bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông (QĐ1951)”, Việt Nam.
[14] Bộ Giao thông vận tải (2015), Đề tài KHCN, Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới đến quá trình hình thành cường độ của mặt đường bêtông xi măng - Mã số: DT114053, Trường Đại học Công nghệ GTVT.
[15] Bộ Khoa học và Công nghệ (1993), TCVN 3105:1993, Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử, Việt Nam.
[16] Bộ Khoa học và Công nghệ (1993), TCVN 3106:1993, Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thửđộ sụt, Việt Nam.
[17] Bộ Khoa học và Công nghệ (1993), TCVN 3119:1993, Bêtông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo khi uốn, Việt Nam.
[18] Bộ Khoa học và Công nghệ (1993), TCVN 3114:1993, Bê tông nặng - phương pháp xác định độ mài mòn, Việt Nam.
[19] Bộ Khoa học và Công nghệ (1993), TCVN 3116:1993, Bê tông nặng – Phương phác xác định độ chống thấm nước, Việt Nam.
[20] Bộ Khoa học và Công nghệ (2003), TCVN 3121-11:2003, Vữa xây dựng - Phương pháp thử - Xác định cường độ uốn và nén của vữa đã đóng rắn, Việt Nam.
[21] Bộ Khoa học và Công nghệ (2012), TCVN 9338:2012, Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp xác định thời gian đông kết, Việt Nam.
[22] Bộ Khoa học và Công nghệ (2014), TCVN 10306:2014, Bê tông cường độ
cao – Thiết kế thành phần mẫu hình trụ, Việt Nam.
[23] Phùng Văn Lự, Phan Khắc Trí, Phạm Duy Hữu (2004), Vật liệu xây dựng,
Nxb Giao thông vận tải.
[24] Vũ Hải Nam (2006), Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của tro bay và xỉ hạt lò cao của Việt Nam và nước ngoài đến tính chất của xi măng và bê tông, Đại học Xây
dựng Hà Nội.
[25] Đỗ Văn Nụ (2010), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ và vật liệu mới trong xây dựng đường giao thông nông thôn, Sở Khoa học công nghệ tỉnh Hưng Yên.
[26] Phan Hữu Duy Quốc, Phân tích việc sử dụng tro xỉ than thải ra từ các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam, Viện khoa học công nghiệp, Đại Học Tokyo, Nhật Bản.
[27] Nguyễn Thanh Sang (2011), Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt
đường ôtô, Đại học Giao thông vận tải.
[28] Thái Duy Sâm (2006), Báo cáo kết quả đề tài Nghiên cứu và ứng dụng bê tông chất lượng cao, Viện vật liệu xây dựng.
[29] Phạm Cao Thăng (2010), Cơ sở lý thuyết xác định trạng thái ứng suất biến dạng mặt đường, Học Viện Kỹ thuật Quân sự.
[30] Nguyễn Mạnh Thủy, Đỗ Đức Tuấn (10/2005), Một số kết quả nghiên cứu gia cố vật liệu đất tại chỗ bằng xi măng tro bay làm móng trong kết cấu áo đường tại tỉnh Tây Ninh, Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, trường Đại học Bách
[31] Nguyễn Hữu Trí, Lê Anh Tuấn, Vũ Đức Chính (2009), Nghiên cứu ứng dụng mặt đường BTXM ở việt Nam trong điều kiện hiện nay, Tạp chí Cầu Đường
Việt Nam.
[32] Bùi Tuấn Anh (2016), Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt
điện đốt than trong xây dựng đường ô tô, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học
GTVT.
[33] Viện Vật liệu xây dựng (2011), Nghiên cứu và phát triển vật liệu xây dựng, Tạp chí số 2 năm 2011, Nxb Xây dựng.
B. TIẾNG NƯỚC NGOÀI
[34] American Association of State Highway and Transportation Officials (2011), AASHTO M295, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or
Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, American.
[35] American Association of State Highway and Transportation Officials and Federal Highway Administration (2013), Methods for Evaluationg Fly Ash for Use
in Highway Concrete, National Cooperative Highway Research Program – NCHRP
Report 749.
[36] American Concrete Institute (2008), ACI 211.4R-08, Guide for Selecting
Propotions for High-Strength Concrete with Portland Cement and Fly Ash,
American.
[37] American Concrete Institute (2011), ACI 232R-11, Fly Ash in Concrete, American.
[38] American Concrete Institute (2002), ACI 318-02, Building Code
Requirement for Structural Concrete and Commentary, American.
[39] American Society for Testing and Materials (2014), ASTM C469, Standard
Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression, American.
[40] American Society for Testing and Materials (2012), ASTM C143, Standard
Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete, American.
[41] American Society for Testing and Materials (2010), ASTM C78-10,
Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete, American.
[42] American Society for Testing and Materials (2012), ASTM C944-12,
Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method, American.
[43] American Society for Testing and Materials ASTM (2008), C618-08a,
Use in Concrete, American.
[44] American Society for Testing and Materials (2014), ASTM C192, Standard
Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory,
American.
[45] American Society for Testing and Materials (2014), ASTM C39, Standard
Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens,
American.
[46] American Society for Testing and Materials (2012), ASTM C1202-12,
Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration, American.
[47] American Coal Ash Association (2015), Benifical Use of Coal Combustion
Products, An American Recycling Success Story.
[48] Adams, T. H (1988), Marketing of Fly Ash Concrete, MSU seminar: Fly ash applications to concrete (January), East Lansing: Michigan State University.
[49] Atis C. D. (2003), Accelerated Carbonation and Testing of Concrete Made
with Fly Ash, Construction and Building Materials.
[50] K.G.Babu, G.S.N. Rao (1996), Efficiency of Fly Ash in Concrete with Age, Cem Concr Res 26.
[51] Bazant, Z. P. and Baweja, Sandeep (1995), Creep and Shrinkage Prediction
Model for Analysis and Design of Concrete Structures - Model B3, RILEM
Materials and Structures, Vol 28.
[52] E.E.Berry, R.T. He mmings, B.J. Cornelius (1990), Mechanism of Hydration
Reactions in High Volume Fly Ash Pastes and Mortars, Cem Concr Compos 12.
[53] J.Bijen and R.Van Selst (1993), Cement Equivalence Factors for Fly Ash. Volume 23, Issue 5, Cement and Concrete Research.
[54] CEN/TR16639:2014 (2014), Use of k-value Concept, Equivalent Concrete
Performance Concept and Equivalent Performance of Combinations Concept, Irish
Standard Reco mmendation.
[55] Cho HB, Jee NY (2011), Prediction Model for Cementing Efficiency of Fly
Ash Concrete by Statistical Analyses, Advanced Materials Research.
[56] Cho HB, Jee NY (2012), Cementing Efficiency of Fly-ash in Mortar Matrix
According to Binder-Water Ratio and Fly-ash Replacement Ratio. Journal of the
Korea Institute of Building Construction.
[57] Concrete Society (1991), The Use of Fly ash in Concrete, Technical Report No. 40, The Concrete Society, Wexham, Slough.
[58] CSA-A23.5-98 (1998), Supplementary Cementing Materials, Canada
Standards.
[59] De Larrard E (1990), Method Propotioning High – Strength Concrete
Mixtures.
[60] Dhir, R.K., (1989), Near - Surface Characteristics of Concrete: Prediction
of Carbonation Resistance, Magazine Concrete Research.
[61] Dunstan, E.R., (1980), A Possible Method for Identifying Fly Ashes That
Will Improve the Sulfate Resistance of Concretes, Cement, Concrete and
Aggregates.
[62] European Committee for Standardization (2013), EN206, Concrete.
Specification, Performance, Production and Conformity, European.
[63] Federal Highway Administration (2013), Fly Ash Facts for Highway
Engineers, American Coal Ash Association, FHWA-IF-03-019 report.
[64] Federal Highway Administration (2006), Computer-Based Guidelines For
Concrete Pavements Volume II-Design and Construction Guidelines and HIPERPAV III User's Manual.
[65] Gebler, S., and Klieger, P., (1983), Effect of Fly Ash on the Air-Void
Stability of Concrete, Fly Ash, Silica Fume, Slag and Other Mineral By- Products in
Concrete, ACI SP-79, Vol. 1, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI. [66] Gebler, S.H. and Klieger, P., (1986), Effect of Fly Ash on the Durability of
Air-Entrained Concrete, Proceedings of the 2nd International Conference on Fly
Ash, Silica Fume, Slag, and Natural puzơlans in Concrete, ACI SP-91, Vol. 1,