Thiết kế thành phần bờ tụng đầm lăn theo nguyờn lý gia cố đất được xõy dựng từ những năm 60 Nguyờn lý gia cố đất coi hỗn hợp bờ tụng đầm lăn như là vật liệu đất hay xi măng đất Thiết kế cấp phối là dựa trờn quan hệ giữa hàm lượng nước trong đất và độ đầm chặt Nguyờn lý gia cố đất với nguyờn tắc là đối với một lực đầm lốn nhất định tỡm được một "hàm lượng nước tối ưu" Dựa vào hàm lượng nước tối ưu này, hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sau khi đầm cú thể đạt được khối lượng thể tớch khụ lớn nhất Lực đầm lốn càng lớn, khối lượng thể tớch khụ lớn nhất tăng lờn, hàm lượng nước tối ưu giảm xuống Nguyờn lý này được sử dụng rộng rói để thiết kế thành phần bờ tụng đầm lăn trong xõy dựng đường ụ tụ
Thiết kế thành phần bờ tụng đầm lăn theo ACI 325 10R
Trỡnh tự tớnh toỏn thành phần như sau:
- Xỏc định tỷ lệ phối trộn của hỗn hợp cốt liệu thoả món yờu cầu về thành
phần hạt Cấp phối hạt nằm trong giới hạn cho phộp, yờu cầu thành phần hạt cốt liệu đối với bờ tụng đầm lăn cho đường ụ tụ theo ACI 325 10R [50]
- Lựa chọn hàm lượng chất kết dớnh được xỏc định dựa vào cường độ, tuổi
thọ yờu cầu của mặt đường và phần trăm khối lượng khụ của cốt liệu, thường lấy khoảng 10 - 17% theo khối lượng của hỗn hợp cốt liệu (khoảng 208- 356 kg/m3 BT)
- Phần trăm lượng chất kết dớnh (CKD) được tớnh như sau:
CKD = m8
m8 + mCI 100 % (2 9)
Trong đú: mc: khối lượng chất kết dớnh, kg
mCL: Khối lượng cốt liệu khụ đó sấy khụ, kg
CKD: phần trăm của lượng chất kết dớnh, % (thường 10 – 17%)
- Xỏc định khối lượng thể tớch khụ của bờ tụng đầm lăn tương ứng với độ ẩm
của cỏc mẫu theo thớ nghiệm Proctor cải tiến (ASTM D1557 [55]) + Sử dụng hỗn hợp cốt liệu đó xỏc định ở bước 1
+ Cố định lượng chất kết dớnh ở bước 2
+ Thay đổi độ ẩm và điều chỉnh thay đổi 0,5%
W= mB
m8 + mCI 100 % (2 10)
Trong đú: mN: khối lượng của nước, kg W: độ ẩm của vật liệu, %
+ Với hầu hết cỏc loại cốt liệu, độ ẩm thường trong khoảng 5 - 8% + Đầm nộn mẫu thử, xỏc định khối lượng thể tớch khụ
+ Xỏc định độ ẩm tối ưu: Vẽ đồ thị quan hệ giữa khối lượng thể tớch khụ và độ ẩm của bờ tụng đầm lăn, từ đú vẽ đường cong qua cỏc điểm trờn đồ thị Độ ẩm đầm nộn tốt nhất là giỏ trị trờn trục hoành ứng với đỉnh của đường cong
+ Xỏc định hàm lượng khụng khớ: thường lấy là 2%
+ Dựa trờn hàm lượng nước tớnh toỏn (độ ẩm tối ưu), hàm lượng chất kết dớnh và hàm lượng khụng khớ đó lựa chọn, tớnh thể tớch tuyệt đối và khối lượng của cỏc vật liệu cho 1 đơn vị thể tớch bờ tụng
- Đỳc mẫu thử để xỏc định cường độ chịu nộn
+ Với mỗi lượng chất kết dớnh, đỳc ớt nhất 3 mẫu thử Mỗi mẫu thử được đỳc tại độ ẩm tối ưu tương ứng với hàm lượng chất kết dớnh đó chọn
- Thớ nghiệm cỏc mẫu thử và lựa chọn lượng chất kết dớnh
+ Kiểm tra mẫu thử để xỏc định cường độ chịu nộn tương ứng với lượng chất kết dớnh đó dựng
+ Biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ chịu nộn và lượng chất kết dớnh
2 1 2 3 Mối liờn hệ giữa hai nguyờn lý
- Điểm chung: theo những nghiờn cứu về mặt lý thuyết, hai nguyờn lý thiết
Đồng thời đảm bảo khả năng thi cụng được dễ dàng, đạt được độ chặt yờu cầu và cú tuổi thọ cụng trỡnh cao
- Điểm khỏc nhau:
+ Nguyờn lý bờ tụng: thể hiện tớnh chất lấp đầy lỗ rỗng bởi hồ xi măng giữa cỏc hạt cốt liệu để hỗn hợp bờ tụng sau khi đầm chặt cú độ rỗng nhỏ nhất Thành
phần BTĐL được lựa chọn dựa trờn quan hệ giữa cường độ chịu nộn và một số tớnh chất khỏc Thường yờu cầu hàm lượng cụ thể như lượng nước, lượng chất kết dớnh, lượng cốt liệu và sau đú biến đổi một trong số cỏc nguyờn tố đú để cú được độ chặt yờu cầu Tuy nhiờn, phương phỏp này chưa nờu bật được sự liờn quan giữa đặc điểm đầm nộn trong thiết kế, mà đõy lại là một điểm khỏc biệt cơ bản giữa BTĐL với cỏc bờ tụng xi măng thụng thường Vậy, thụng số thiết kế là cường độ chịu nộn và độ cứng
+ Nguyờn lý gia cố đất: được thiết lập dựa trờn mối quan hệ giữa độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tớch khụ lớn nhất của hỗn hợp bằng việc đầm chặt mẫu với cỏc độ ẩm khỏc nhau, từ đú tỡm ra lượng nước hợp lý cho hỗn hợp Thớ nghiệm đầm nộn dựng Proctor cải tiến là biện phỏp cú hiệu quả cho việc lựa chọn hàm lượng nước để đảm bảo tớnh cụng tỏc cũng như cỏc tớnh chất khỏc của BTĐL ngoài hiện trường Trong lý thuyết đầm nộn đất, nước ở trong hỗn hợp cốt liệu cú tỏc dụng bụi trơn và dưới tỏc dụng của lực đầm, đất đạt được giỏ trị khối lượng thể tớch khụ cao Thụng số thiết kế là độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tớch khụ lớn nhất
2 1 3 Phõn tớch và lựa chọn phương phỏp thiết kế thành phần hỗn hợp bờ tụngđầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
Với nguyờn lý bờ tụng, một trong cỏc thụng số cần thiết để thiết kế là cường độ mục tiờu, từ đú tớnh toỏn lượng chất kết dớnh Nguyờn lý này coi bờ tụng đầm lăn như là bờ tụng dẻo thụng thường Cường độ chịu nộn và cỏc tớnh năng khỏc của nú tuõn theo quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD được Abrams thành lập [56] Cỏc cụng thức liờn hệ đú được xõy dựng dựa trờn cỏc nghiờn cứu sử dụng cốt liệu tự nhiờn và cú xột đến cỏc hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tớnh chất của cốt liệu tự nhiờn (cốt liệu tự nhiờn phải sạch và rắn chắc) Do đú, khi sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ để thiết kế hỗn hợp bờ tụng đầm lăn, bờn ngoài cốt liệu tỏi chế cú một lớp màng nhựa cũ bao bọc xung quanh cỏc hạt cốt liệu, cốt liệu lớn và cỏc cốt liệu nhỏ dớnh bỏm với nhau bởi lớp nhựa đường cũ, vỡ vậy, ỏp dụng cỏc cụng thức thực nghiệm theo nguyờn lý bờ tụng để tớnh toỏn chưa chớnh xỏc và hợp lý, kết quả tớnh toỏn chưa phản ỏnh được tớnh chất của cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
Với nguyờn lý gia cố đất, cường độ bờ tụng phụ thuộc mức độ đầm lốn, sự dớnh kết và độ đặc của hỗn hợp vật liệu Khi mức độ đầm lốn và sự dớnh kết càng cao thỡ cường độ của bờ tụng càng lớn Mặt khỏc, khi đầm lốn chấn động nhẹ, chưa xuất hiện đầy đủ lượng vữa trờn bề mặt, do đú, trong bờ tụng khụng đủ lượng vữa để lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu, dẫn đến hỗn hợp bờ tụng khụng cú khả năng kết dớnh hoàn toàn Do đú, khi coi hỗn hợp bờ tụng đầm lăn như vật liệu đất, sau đú phỏt triển thành vật liệu bờ tụng thỡ nguyờn lý này rất hữu ớch cho hỗn hợp bờ tụng đầm
lăn (cú hàm lượng xi măng > 99 kg/m3), kiểm soỏt được tỷ lệ N/XM, CLL/CLN,
giảm lỗ rỗng trong hỗn hợp bờ tụng, cú thể lấp đầy lỗ rỗng giữa cỏc hạt cốt liệu nhỏ bằng hồ xi măng Trong bờ tụng đầm lăn sử dụng một tỷ lệ cốt liệu mịn lớn hơn so với BTXM thụng thường nờn theo tiờu chuẩn ASTM 325-10R, với nguyờn lý gia cố đất, bờ tụng đầm lăn đủ khụ để cú thể được đầm chặt và đủ ướt để hồ xi măng phõn bố đều khắp nơi trong hỗn hợp cốt liệu [50]
Nguyờn lý gia cố đất được sử dụng phổ biến ở Anh và nhiều nước trờn thế giới vỡ nú thiết lập được quan hệ giữa độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tớch khụ lớn nhất, điều này rất cần thiết để kiểm soỏt quỏ trỡnh đầm nộn ngoài hiện trường Đõy được coi là cụng nghệ mở rộng của cụng nghệ đất - xi măng Trờn cơ sở đú, nguyờn lý gia cố đất phự hợp nhất để thiết kế bờ tụng đầm lăn, mụ phỏng điều kiện đầm nộn tại hiện trường và cho biết thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp [72]
Mặt khỏc, một số nghiờn cứu gần đõy ở cỏc nước phỏt triển trờn thế giới như Mỹ, Phỏp, Bỉ, Hà Lan, Iran, đó đề cập đến nguyờn lý tớnh toỏn thành phần hỗn