4.2.1.1. Xi m¨ng pooc l¨ng
Xi măng pooc lăng là sản phẩm nghiền từ clanker pooc lăng với thạch cao. Các chỉ tiêu cơ bản của nó là: tỷ trọng 3,0 3,2g/cm2, khối l-ợng thể tích ở trạng thái tơi xốp 1200 kg/m3,
độ mịn khi sàng qua mắt sàng 0,08 mm có diện tích bề mặt riêng 3500 5000 cm2/g.
Nhu cầu n-ớc để thuỷ hoá xi măng cần từ 24 28% khối l-ợng xi măng.
Theo TCVN 4316 - 1986, xi măng pooc lăng xuất x-ởng theo 5 mác: PC20, PC25, PC30, PC35 và PC40. Để sử dụng chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng và sửa chữa sân bay, cần sử dụng xi măng mác PC40 và trên PC40 (xi măng chuyên dụng), còn để chế tạo móng cát gia cố xi măng hoặc lớp d-ới của mặt đ-ờng 2 lớp thì có thể sử dụng xi măng mác PC30. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng pooc lăng đ-ợc xác định theo TCVN 4029 -1985, TCVN 4031 - 1985, và TCVN 4029 -1985.
4.2.1.2. Vữa xi măng - cát mịn
Vữa xi măng - cát mịn là sản phẩm của hỗn hợp xi măng, cát vàng, n-ớc (đôi khi có cả
các loại phụ gia hoá dẻo hoặc nhanh đông cứng), hỗn hợp đ-ợc trộn trong thùng trộn, kết quả
là nhận đ-ợc một hỗn hợp vữa mịn và có độ nhớt cao. Trong sửa chữa mặt đ-ờng cứng sân bay, vữa xi măng đựơc dùng làm lớp lót dính kết giữa lớp mặt mới với lớp bê tông cũ, dùng làm vật liệu sửa chữa các h- hỏng bề mặt có chiều dày d-ới 2cm. Đặc biệt có hiệu quả khi dùng vữa xi măng làm lớp lót dính kết khi tăng c-ờng liền khối lớp bê tông xi măng- cát lên trên lớp bê tông cũ vì hai loại vật liệu này có các tính chất cơ lý t-ơng đối đồng nhất với nhau.
Tỷ lệ sử dụng vật liệu xi măng- cát th-ờng là 70 - 30 hoặc 60 - 40. Xi măng cần sử dụng loại xi măng pooc lăng mác cao (không nhỏ hơn PC40) và phải đ-ợc nghiền lại để độ mịn phải
đạt mức diện tích bề mặt riêng không d-ới 5000cm2/g. Cát vàng đóng vai trò cốt liệu nhỏ cũng phải đ-ợc nghiền nhỏ đến khi đạt độ mịn có diện tích bề mặt riêng 3000cm2/g.
Các chất phụ gia sử dụng loại thích hợp với mục đích sử dụng của vữa xi măng. Khuyến nghị nên dùng phụ gia hoá dẻo sẵn có trên thị tr-ờng: Sikament R4, Plastiment R (SIKA).
Thời gian thi công vữa xi măng không đ-ợc kéo dài quá 2 2,5 giờ kể từ khi chế tạo, ở nhiệt độ 20 250C. C-ờng độ nén của mẫu đ-ợc kiểm tra qua mẫu 3x3x3cm và phải phù hợp với số liệu trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Tỷ lệ N/X C-ờng độ mẫu, kg /cm2
Sau 1 ngày Sau 7 ngày
0,3 200 500
0,35 150 400
0,45 100 250
4. 2.1.3. Vữa xi măng - cát - sét
Trong sửa chữa mặt đ-ờng sân bay, khi cần bơm thổi vữa vào lớp nền đất hoặc vào bề mặt lớp móng để xử lý nâng các tấm bê tông bị lún, vật liệu để bơm đ-ợc dùng là vữa xi măng (xi măng pooc lăng th-ờng không cần nghiền lại, có mác PC30, cát vàng tự nhiên loại mịn).
Tuy nhiên nếu chỉ dùng vữa cát - xi măng thì độ linh động thấp nên vữa khi bơm khó có thể chèn sâu vào các lỗ rỗng trong nền, do vậy, thông th-ờng ng-ời ta cho vào hỗn hợp vữa xi măng một l-ợng sét nhất định. Hàm l-ợng các vật liệu thành phần của hỗn hợp th-ờng đ-ợc dùng có thể tham khảo tỷ lệ sau: xi măng 1,5 phần, cát mịn 3,5 phần, bột sét 4 phần theo khối l-ợng, l-ợng n-ớc dùng sao cho độ sụt vữa trong phạm vi SN = 14 15cm.
4.2.1.4. Bê tông xi măng - cát c-ờng độ cao
Khác với bê tông xi măng th-ờng, trong bê tông xi măng cát không có cốt liệu lớn (đá
dăm), hàm l-ợng cát cao hơn từ 2 2,5 lần, còn hàm l-ợng xi măng tăng khoảng 10%.
Để sửa chữa mặt đ-ờng bê tông xi măng cát th-ờng sử dụng tỷ lệ cấp phối nh- sau:
- Xi măng pooc lăng hạt mịn mác PC40
(với diện tích bề mặt riêng 5000cm2/g): 420kg.
- Cát vàng nghiền mịn (diện tích bề mặt riêng 3000cm2/g): 180kg.
- Cát vàng tự nhiên có mô đun độ lớn M 2: 1600kg.
- N-íc: 180 lÝt
- Phụ gia dẻo theo yêu cầu.
Hỗn hợp đ-ợc trộn kỹ trong thùng trộn, thời gian trộn dài hơn so với bê tông th-ờng và vào khoảng 6 7phút.
Vật liệu xi măng cát c-ờng độ cao đ-ợc sử dụng trong các mục đích sửa chữa h- hỏng lớp bề mặt, bằng phủ đều một lớp (d-ới 5cm), để vá các sứt mẻ góc, cạnh tấm và các hố sâu trên 5cm. Tr-ớc khi đổ lớp bê tông cát, trên bề mặt cũ cần đ-ợc t-ới ẩm, làm sạch và quét 1 lớp
lót từ vữa xi măng cát dày 1mm. Thời gian thi công không đ-ợc kéo dài quá 1 1,5 giờ ở nhiệt
độ 20 250C.
C-ờng độ bê tông xi măng - cát theo cấp phối nêu trên có thể đạt:
- Sau 1 ngày đêm Rnén = 250kg/cm2; R kéo khi uốn: 32 kg/cm2 - Sau 7 ngày đêm Rnén = 450kg/cm2, c-ờng độ kéo uốn: 63 kg/cm2
- Còn sau 28 ngày tuổi: c-ờng độ nén: 600kg/cm2 và c-ờng độ kéo uốn: 80kg/cm2. 4.2.2. Bê tông xi măng Polime
Bê tông xi măng Polime là loại vật liệu sửa chữa cao cấp, có đặc tính độ bền và độ dính bám rất cao, do vậy trong sửa chữa mặt đ-ờng sân bay, nó đ-ợc dùng để tạo lớp phủ mỏng khi sửa chữa các h- hỏng bề mặt hoặc nâng cao cao độ bề mặt tấm cho các tấm bê tông bị lún, trám vá các hố, các sứt mẻ cạnh tấm, góc tấm.
Trong thành phần của bê tông xi măng polime, xi măng đ-ợc xem nh- thành phần vi cốt liệu, cát vàng là cốt liệu nhỏ và đá dăm (kích cỡ nhỏ) là cốt liệu lớn, chất dính kết là keo polime.
D-ới đây xem xét một loại chất dính kết polime th-ờng đ-ợc sử dụng khá rộng rãi trong sửa chữa sân bay - keo epoxy. Keo epoxy đ-ợc tổng hợp từ nhựa epoxy với các chất đóng rắn, phụ gia dẻo và dung môi.
Nhựa epoxy th-ờng có màu nâu sáng hoặc nâu sáng đến vàng sáng, hàm l-ợng các nhóm epoxy th-ờng chiếm không d-ới 15 20% trong nhựa epoxy, còn các chất bay hơi th-ờng chiếm không quá 1%, còn lại là các tạp chất khác. Nhựa epoxy là một chất đàn nhiệt, kém chịu n-ớc, có độ dính bám cao. Hiện tại trên thị tr-ờng Việt Nam đang có các loại nhựa epoxy của Nga (kí hiệu íÄ5, íÄ6) và các loại nhựa epoxy công nghiệp của Trung Quốc đóng thùng 10 và 20 lít.
Để đóng rắn nhựa epoxy, ng-ời ta th-ờng dùng các phụ gia đóng rắn khác nhau, trong
đó phổ biến nhất là phụ gia pôlyêtylen pôlyamin, hàm l-ợng sử dụng tuỳ theo yêu cầu về thời gian đóng rắn của keo epoxy, lấy trong phạm vi 8 30% khối l-ợng nhựa epoxy. Khi hàm l-ợng chất đóng rắn cao, keo epoxy nhanh đạt độ cứng nh-ng sẽ bị dòn, tính dính bám vì thế cũng giảm đi.
Phụ gia hoá dẻo th-ờng đ-ợc dùng cho keo epoxy là: Đibutinphtalat hoặc Thiôkol. Hàm l-ợng dùng trong phạm vi 20 30% khối l-ợng nhựa epoxy.
Do nhựa epoxy xuất x-ởng công nghiệp th-ờng có độ đậm đặc cao, tr-ớc khi dùng cần
đ-ợc pha loãng bằng các chất dung môi. Các dung môi th-ờng đ-ợc dùng cho nhựa epoxy là:
axêton, cồn công nghiệp loại 900 hoặc một vài loại dung môi khác.
Về tỷ lệ pha trộn keo epoxy có thể sử dụng một số cấp phối nh- sau:
Đối với loại keo epoxy cần thời gian đóng rắn sau 2 giờ ở nhiệt độ 28 300C:
- Nhựa epoxy: 100 phần khối l-ợng;
- Chất đóng rắn: 15 25 phần khối l-ợng;
- Phụ gia dẻo: 20 30 phần khối l-ợng;
- Dung môi: 5 10 phần khối l-ợng;
Còn đối với loại keo đóng rắn sau 24 giờ:
- Nhựa epoxy: 100 phần khối l-ợng;
- Chất đóng rắn: 8 10 phần khối l-ợng;
- Phụ gia dẻo: 20 30 phần khối l-ợng;
- Dung môi: 5 10 phần khối l-ợng.
Keo epoxy sau khi đóng rắn có các chỉ tiêu cơ lý nh- sau:
- Khối l-ợng riêng: 1,2 1,23 g/cm3 - Tính chịu nhiệt: 105 1100C - C-ờng độ giới hạn kg/cm2:
Khi nÐn: 1300 1600
Khi kÐo: 700 800
Khi kÐo uèn: 1200 1300 Khi cắt: 650 700 C-ờng độ dính bám: 450 - 750 - Hệ số dãn nở nhiệt: 60.10-6
Cấp phối vật liệu bê tông xi măng epoxy cần đ-ợc tính toán phù hợp với mục đích và yêu cầu sử dụng và cần đ-ợc thử nghiệm tr-ớc khi dùng. Sơ bộ có thể tham khảo một số cấp phèi nh- sau:
Bảng 3.2 Vật liệu Chiều dày lớp bê
tông thi công d-ới 3cm
Chiều dày lớp thi công trên 3cm
Trám và sứt mẻ cạnh, góc
tÊm
1 2 3 1 2 3 1 2
Đá dăm kích cỡ 0,63 5mm
- 65 - 100 65 70 70 65
Cát vàng 80 25 100 - 25 30 20 35
Xi m¨ng 20 10 - - 10 - 10 -
Keo epoxy 1/5 1/6 1/7 1/10 1/3 1/4
* (tính % theo khối l-ợng)
Chế tạo hỗn hợp vật liệu bê tông epoxy:
Trình tự chế tạo và đong l-ờng các vật liệu thành phần phải thực hiện hết sức nghiêm ngặt. Trình tự chế tạo hỗn hợp nh- sau:
- Rót nhựa epoxy với khối l-ợng cần thiết cho mỗi mẻ trộn và thùng trộn.
- Tiếp theo cho dung môi, phụ gia dẻo vào thùng theo tỷ lệ dự kiến, trộn đều với nhựa epoxy. Sau đó cho phụ gia đóng rắn và trộn cho đến khi đồng nhất.
- Cho cốt liệu vào và tiếp tục trộn cho đến khi đồng đều.
Lúc này hỗn hợp đã đ-ợc chuẩn bị và có thể đem thi công. Cần l-u ý là sau khi đã trộn
đều, hỗn hợp cần cho thi công ngay. Khi đã quá thời gian cho phép thi công thì hỗn hợp vật liệu không đ-ợc dùng, cần loại bỏ.
Do nhựa epoxy là chất kỵ n-ớc, nên cần thi công vào lúc thời tiết khô ráo, bề mặt mặt
đ-ờng cần khô, sạch.
Vật liệu bê tông xi măng - epoxy có các chỉ tiêu cơ lý rất cao, song giá thành cũng vì thế
đắt hơn nhiều so với bê tông xi măng th-ờng (th-ờng cao hơn từ 40 50%). Để giảm giá thành cho các loại vật liệu bê tông xi măng epoxy, các nhà khoa học Xô Viết (cũ) đã đề nghị thay thế chất kết dính epoxy bằng một loại chất kết dính tổng hợp epoxy - hắc ín than đá. So với vật liệu bê tông xi măng epoxy, bê tông xi măng epoxy- hắc ín tuy có các chỉ tiêu cơ lý thấp hơn, song giá thành rẻ hơn nhiều. C-ờng độ nén của bê tông xi măng epoxy- hắc ín sau 28 ngày tuổi có thể đạt 400 600 kg/cm2, c-ờng độ kéo uốn có thể đạt tới 200 250 kg/cm2 (c-ờng độ kéo uốn cao gấp 6 lần so với bê tông xi măng th-ờng cùng một mác bê tông).
Thành phần cấp phối loại vật liệu này sơ bộ có thể lấy nh- sau:
Bảng 4.3 Tên vật liệu Hàm l-ợng % theo khối
l-ợng
Nhùa epoxy 4,0
Hắc ín than đá. 7,4
Dung môi 0,6
Phụ gia đóng rắn 1,0
Cát vàng 37,0
Đá 0,63 - 5mm 50,0
Mặt đ-ờng thi công lớp mặt bằng vật liệu bê tông xi măng epoxy- hắc ín than đá, độ nhám bề mặt tốt hơn so với bê tông xi măng th-ờng. Theo các kết quả thử nghiệm, hệ số ma sát tăng lên 1,4 1,5 lần. Độ dính bám giữa lớp bê tông xi măng epoxy- hắc ín than đá với lớp bê tông cũ cũng cao gấp 3 lần so với loại bê tông xi măng th-ờng, đạt c-ờng độ bám dính tới 15 kg/cm2.
4.2.3.Vật liệu sửa chữa từ chất kết dính hữu cơ.
4. 2.3.1. Vật liệu bê tông asphalt
Yêu cầu cơ bản nhất đối với các loại vật liệu dùng trong công tác sửa chữa mặt đ-ờng sân bay, đặc biệt là trong công tác sửa chữa cơ bản với khối l-ợng công tác lớn là khả năng tiến hành thi công mà không làm gián đoạn hoặc gián đoạn mức thấp nhất các hoạt động khai thác bay của sân bay. Trong số các loại vật liệu có thể sử dụng thì vật liệu bê tông asphalt thoả mãn một cách tốt nhất yêu cầu này. Đây là vật liệu có chất l-ợng khai thác cao (mặt đ-ờng êm thuận), có độ bền t-ơng đối cao, tuổi thọ thai thác nếu thi công đảm bảo chất l-ợng thì có thể
đạt tới 15 năm.
Ngoài các -u điểm kể trên, vật liệu bê tông asphalt cũng có một số các nh-ợc điểm là kém ổn định do tác động của nhiệt độ môi tr-ờng và tải trọng bánh xe (bị lún bánh, tr-ợt, dồn sóng, bị nứt).
Để tận dụng tối đa các -u điểm của vật liệu bê tông asphalt và hạn chế đến mức thấp nhất các nh-ợc điểm của loại vật liệu này, ở nhiều n-ớc trên thế giới cũng nh- ở trong n-ớc, trong một vài năm gần đây đã có các kết quả nghiên cứu tìm kiếm biện pháp tăng độ ổn định nhiệt và tăng khả năng chống nứt cho lớp vật liệu: bằng sử dụng các loại phụ gia tăng độ ổn
định nhiệt cho nhựa bi tum, bổ sung các cốt liệu sợi để tăng khả năng chống nứt cho lớp vật liệu, sử dụng l-ới thép trong lớp vật liệu...
* Bổ sung bột cao su trong vật liệu 1:
Bột cao su đ-ợc gia công từ các loại vật phẩm cao su phế thải, có kích th-ớc D 1mm, tác dụng của bột cao su là làm tăng độ đàn hồi cho lớp mặt đ-ờng. Theo kinh nghiệm sử dụng ở các n-ớc trên thế giới, hàm l-ợng bột cao su lấy từ 1 2% khối l-ợng cốt liệu. Bột cao su đ-ợc trộn cùng 1 lúc với các cốt liệu khi chế tạo bê tông asphalt.
* Sử dụng xi măng:
Để tăng tính chịu nhiệt và tăng độ ma sát cho bề mặt mặt đ-ờng, ở Ba Lan và Liên Xô
(cũ) có kinh nghiệm trộn vữa xi măng vào trong lớp vật liệu với một hàm l-ợng nhất định khi thi công. Công nghệ sử dụng nh- sau: hỗn hợp bê tông asphalt sau khi san rải song, tr-ớc khi tiến hành lu lèn, ng-ời ta trải đều trên bề mặt một l-ợng vữa xi măng từ 2 3 lít/m2. Sau chừng 5 10 phút khi lớp vữa xi măng đã thẩm thấu sâu vào lớp vật liệu, tiến hành lu lèn nh- bình
th-ờng. Nhờ có sự thẩm thấu sâu vào các lớp vật liệu, các cốt liệu trong lớp asphalt lúc này không chỉ có liên kết bằng vữa asphalt (nhựa bi tum và bột đá) mà còn đ-ợc tăng c-ờng thêm lực liên kết bởi vữa xi măng (xi măng + cát + n-ớc), do vậy c-ờng độ lớp bề mặt mặt đ-ờng bê tông asphalt đ-ợc tăng lên, và do tồn tại lực liên kết vữa xi măng nên lớp vật liệu bê tông asphalt sẽ ít nhạy cảm hơn do tác động của nhiệt độ, vì thế độ ổn định nhiệt của mặt đ-ờng tăng lên, c-ờng độ mặt đ-ờng (môđun đàn hồi E) tăng trung bình 1,3 1,5 lần. Độ nhám mặt
đ-ờng bê tông asphalt có vữa xi măng càng tăng lên, theo kết quả đo hiện tr-ờng, hệ số ma sát
đ-ợc tăng từ 40 - 50%.
Vữa xi măng cát cũng có thể đ-ợc trộn vào trong hỗn hợp khi chế tạo bê tông asphalt, trong tr-ờng hợp này l-ợng vữa sử dụng có thể lấy 5 10% trọng l-ợng cốt liệu.
* Bố trí l-ới sợi trong lớp vật liệu:
Bố trí các loại l-ới sợi (sợi hoá học, sợi thép) có c-ờng độ kéo đứt cao trong lớp vật liệu bê tông asphalt có tác dụng tăng c-ờng c-ờng độ kéo, tăng khả năng chống nứt, tăng độ ổn
định tr-ợt cho lớp vật liệu. Sử dụng l-ới sợi trong lớp bê tông asphalt hạt mịn có hiệu quả cao hơn so với các loại bê tông asphalt trung và hạt thô. Để tăng hiệu quả chống nứt cho lớp tăng c-ờng trên lớp mặt đ-ờng bê tông xi măng thì dọc theo các đ-ờng nứt hoặc các khe tấm bê tông cũ, có thể đặt một dải giấy dầu hoặc rắc một lớp vôi bột rộng 30 50cm về mỗi phía
đ-ờng nứt, mục đích là cách ly một phần lớp bê tông asphalt dọc theo các đ-ờng nứt để quá
trình co dãn tấm bê tông do nhiệt độ sẽ không làm nứt lớp bê tông nhựa (nứt phản ảnh).
L-ới có thể đ-ợc gia công từ các sợi thép có đ-ờng kính 2 4mm, mắt l-ới th-ờng lấy là 10x10cm. Các số liệu theo dõi hiện tr-ờng [4] cho thấy ở các khu vực trong bê tông asphalt có dùng l-ới thép, số l-ợng chiều dài các đ-ờng nứt giảm từ 8 10 lần so với các khu vực đối chứng không dùng l-ới thép.
ở Việt Nam, Cục hàng không dân dụng khi tiến hành nâng cấp đ-ờng hạ cất cánh 25R cảng hàng không quốc tế Tân Sơn Nhất (1992 - 1995), khi thi công lề nhựa phía Bắc, do chất l-ợng lớp móng cát xi măng 1 số khu vực không đồng đều, c-ờng độ chịu nén chỉ đạt Rn= 30 50 kg/cm2 so với yêu cầu 50 70 kg/cm2, để khắc phục tình trạng nền yếu, các tác giả nhóm thiết kế đã đề nghị sử dụng l-ới thép (D = 4mm, a = 10x10cm) trong lớp bê tông nhựa (chiều dày 7 cm), l-ới thép đặt cách mặt nền cát-xi 1 cm. Sau 8 năm khai thác (từ 1994 - 2001), trên mặt đ-ờng lề nhựa tại các khu vực này, chất l-ợng lề đ-ờng hiện trạng ch-a có dấu hiệu h- háng.
L-ới sợi cũng có thể đ-ợc làm từ các sợi hoá học. Một số hãng sản xuất trên thế giới (hãng Enka Glanstop của Hà Lan, hãng Tenax của Italia) đã đề xuất sử dụng các loại l-ới sợi trong bê tông asphalt từ sợi polyeste: các cáp sợi bao gồm gần 2000 sợi mảnh có đ-ờng kính