C.1.1 Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp
Để có hỗn hợp BTXM làm mặt đường BTXM cần phải thiết kế các thành phần vật liệu của hỗn hợp BTXM để thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật – kinh tế
hỗn hợp BTXM được thiết kế theo 2 phương pháp, phương pháp lý thuyết và thực nghiệm theo lý thuyết, hỗn hợp BTXM được lý tưởng hoá bằng các hình cầu nhỏ được bọc xung quanh bởi vữa xi măng sao cho:
• hàm lượng của cốt liệu trong bêtông đạt cực đại
• xi măng và vữa xi măng ít nhất
• độ co ngót của bêtông được giảm tối thiểu
• tối ưu hoá tính dễ thi công (độ chặt lớn nhất)
• tối thiểu hoá (điều hoà) tỷ lệ nước/ximăng
a Giả thiết các khối cầu nhỏ được sử dụng để làm cốt liệu, để được độ ổn định khối lượng lớn nhất (có nghĩa là độ co ngót khi khô nhỏ nhất) vật chứa được lấp đầy bằng những hình cầu đường kính 20mm, sau đó phần rỗng còn lại giữa các hình cầu có đường kính 20mm thì được lấp bằng các hình cầu có kích thước bằng 50% của hình cầu trước nó (10mm) và tiếp tục lấp lỗ rỗng giữa các hình cầu 10mm bằng các hình cầu có đường kính bằng 50% đường kính hình cầu 10mm (tức là 5mm) và cứ theo cách như vậy đến các hạt cốt liệu bé nhất có trong hỗn hợp. Sau đó điều chỉnh lượng vữa vừa đủ để lấp đầy các lỗ rỗng có trong cốt liệu. Theo hướng này Fuller đã đưa ra đường cong cấp phối tốt nhất trong đó cấp phối có được từ các cỡ hạt kế tiếp nhau, cỡ hạt sau có kích cỡ bằng nửa cỡ hạt trước
% lọt sàng = 100(d/D)0.5
b Một cấp phối theo kiểu này sẽ cho kết quả tối ưu về hai khía cạnh chủ yếu sau:
• Nó chỉ yêu cầu một lượng xi măng tuyệt đối nhỏ để lấp các lỗ rỗng (đây là điểm tốt vì xi măng là phần đắt nhất và là phần gây ra co ngót),
• Hỗn hợp sẽ có độ ổn định thể tích tối ưu bởi vì nó có độ lèn chặt cốt liệu tối đa có thể (cài móc cơ học) và do đó không thể co thêm được nữa về mặt vật lý ngay cả nếu vữa bêtông có co ngót.
c Cốt liệu thực không có hình cầu và để có cường độ tối đa người ta mong muốn sản xuất ra cốt liệu có hình lập phương. Điều này làm giảm tính dễ thi công và cấp phối cần được điều chỉnh. Điều này được thực hiện bằng cách giảm thành phần cốt liệu và tăng thành phần vữa của hỗn hợp bêtông nhưng không đi quá xa theo hướng này để tránh một hỗn hợp quá béo. Đây là tình huống ngược với bêtông nhựa trong đó cấp phối lý tưởng được làm thô hơn (hạt lớn hơn) để có được các lỗ rỗng dành cho chất kết dính và một số lỗ rỗng khí còn lại khi đầm tới hạn với mục đích giữ cho BT nhựa được ổn định.
Lợi ích của cấp phối tốt là:
• Ít có nguy cơ bị phân tầng khi vận chuyển và đầm
• Ít có nguy cơ bị chẩy vữa
• Độ co ngót thấp hơn
Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng quy định một đường bao cấp phối mà nó mịn hơn bêtông kết cấu có độ sụt cao nhưng có yêu cầu chặt chẽ hơn về cốt liệu sạch nhằm đem lại tính dễ thi công khi sử dụng ván khuôn trượt với bêtông có độ sụt thấp.
Thường có áp lực để tăng kích cỡ cốt liệu tối đa từ 20mm lên 32mm đến 40mm nhưng dường như kích cỡ hạt tối đa nhỏ hơn đem lại cường độ mỏi cao hơn , có lẽ bởi vì độ đồng nhất cao hơn của bêtông. Cốt liệu có kích cỡ tối đa nhỏ hơn cũng cho phép sử dụng cỡ mẫu thí nghiệm nhỏ hơn.
C.1.2 Cường độ
a Khái quát
Cường độ kéo uốn của bêtông là số liệu đầu vào chính trong việc xác định chiều dày mặt đường. Tuy nhiên, thường để tiện lợi hơn và kinh tế hơn, người ta sử dụng cường độ nén để làm thí nghiệm nghiệm thu. Thí nghiệm cường độ nén cũng cho kết quả đồng nhất hơn. Cường độ nén 28 ngày tối thiểu được quy định là 35MPa và cường độ kéo uốn được quy định tối thiểu là 4.5MPa cho đường cao tốc và đường ô tô với một số thí nghiệm kéo gián tiếp được làm trong quá trình sản xuất bêtông.
Các cấp cường độ quan trọng không chỉ vì ý nghĩa kết cấu của chúng mà còn bởi vì chúng đưa ra một chỉ số về các đặc tính có liên quan như độ chống mài mòn. Cường độ tối thiểu 30MPa là cần thiết để giữ cấu trúc bề mặt (nhám) vi thể dưới tác dụng xe cộ.
Thí nghiệm mẫu trụ được dùng như một thước đo chất lượng bêtông được cung cấp và cũng có thể được coi là một chỉ số về cường độ tiềm năng của hỗ hợp
Thí nghiệm mẫu khoan của vật liệu trong công trình phản ánh không chỉ chất lượng của bêtông được cung cấp mà còn là chất lượng của việc chuyên chở, rải, đầm và hoàn thiện. Thí nghiệm cường độ chỉ riêng nó không phải luôn luôn là một chỉ số thích hợp về chất lượng. bêtông.ở mẫu bị phá hỏng mỏi có các hạt cốt liệu bị vỡ ít hơn các mẫu bị phá hỏng trong thí nghiệm tĩnh. Do vậy sự phá hỏng tại bề mặt dính kết có thể là nguyên nhân chủ yếu trong vấn đề phá hỏng mỏi.
b hàm lượng xi măng và tỉ lệ nước/ximăng
Hàm lượng tối thiểu ximăng dùng để chế tạo BTXM theo tiêu chuẩn độ bền là 335kg/m3. Tỷ lệ nước/ximăng được khống chế trực tiếp theo giá trị lớn nhất 0.49 và gián tiếp khống chế bằng các giá trị độ sụt cho phép lớn nhất và giới hạn co ngót thấp.
C.2 TRỘN VÀ VẬN CHUYỂN BTXM
C.2.1 Trạm trộn cân tựđộng và các thiết bị
a Trạm trộn trung tâm
Toàn bộ công việc trộn bêtông được thực hiện trong máy trộn cố định được bố trí gần với thiết bị cân đong theo mẻ. Với các dự án lớn thường dùng trống trộn di động kiểu nón nằm nghiêng hoặc hai thùng trộn thông với nhau, đặt cố định tại hiện trường và bêtông được vận chuyển đến máy rải bằng xe ben
Bêtông được trộn hoàn toàn trong trống trộn đặt trên xe tải (gọi là xe trộn). Xe trộn được nạp tất cả các thành phần vật liệu của mẻ trộn ở trạm cân trung tâm và thực hiện công tác trộn trên đường vận chuyển đến công trường.
Các dự án đường đô thị hay có quy mô tương đối nhỏ thường sử dụng kiểu xe trộn, với bêtông được lấy từ nhà cung cấp bêtông đã được chấp nhận.
Vận chuyển, bảo quản và trộn vật liệu phải tuân theo AASHTO M-157. Các yêu cầu đối với trạm, thiết bị và phương pháp trộn bao gồm:
• Các thùng chứa và silô
• Các thùng chứa cốt liệu
• Các thiết bị cân đong; độ chính xác và kiểm định
• Thiết bị hoà trộn chất lỏng
• Tính năng và công suất của máy trộn
• Thí nghiệm tính đồng đều của máy trộn
• Thời gian trộn
• Biển xác định tên và đặc điểm xe trộn
• Trình tự và độ chính xác của mẻ cân
• Trút hỗn hợp ra
• Bổ sung nước
• Ghi chép thời gian vận chuyển
• Khống chế độ đồng nhất
Hiện nay trong thực tế thi công mặt đường BTXM, thường việc rải liên tục theo từng ngày một. Khi lập kế hoạch để rải BTXM, nếu muốn công tác rải liên tục thì cần phải xem xét các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình thi công, bằng cách này tránh được các thao tác dừng-chạy không mong muốn của máy rải.
• Tốc độ rải tối ưu hay tốc độ hợp lý, chiều rộng và độ dày bêtông cần rải và từ đó tính ra yêu cầu về bêtông theo giờ.
• khả năng cung cấp của trạm trộn theo yêu cầu khối lượng cần rải (m3/giờ hoặc m3/ngày) và nó phải được cung cấp liên tục không gián đoạn theo tốc độ rải đã định.
• Kích thước và số lượng cụ thể của các xe chở hỗn hợp bêtông phải dựa trên công suất trạm trộn và chiều dài vận chuyển từ trạm đến công trường. Các loại xe vận chuyển cần phù hợp nhất với loại mặt đường, điều kiện hạn chế ở công trường và thiết bị rải.
C.2.2 Khống chế tính đồng nhất (độ sụt)
Trong thi công mặt đường bêtông tính đồng nhất (còn gọi là độ sệt) của bêtông được xác
định bằng thí nghiệm độ sụt, đây là phương pháp đơn giản mà cơ bản nhất để khống chế chất lượng của bêtông.
Muốn có độ sụt đồng nhất (trong phạm vi quy định) cần có sự đồng đều về các vật liệu thành phần, mẻ cân, lượng nước, công tác trộn.
Trong các thao tác ở trạm trộn trung tâm, một phần nào việc khống chế độ sụt được thực hiện thường bằng cách kiểm tra lực (năng lượng) kéo bằng điện của máy trộn. Ngay sau khi đổ vật liệu vào máy trộn, lực kéo là cao và nó giảm xuống một giá trị không đổi khi đã tạo thành hỗn hợp. Để hỗn hợp hoàn chỉnh đạt yêu cầu thí nghiệm độ đồng đều của máy trộn được quy định theo điều 10 của AASHTO M-157, thời gian trộn thêm là cần thiết và được quy định tối thiểu là 90 giây. Hàm lượng nước và độ sụt càng cao thì lực kéo của động cơ điện của máy trộn càng thấp
Tiêu chuẩn thi công mặt đường đã xác định dung sai về độ sụt cho phương pháp thi công kiểu ván khuôn trượt và ván khuôn cố định. Dung sai này cần phải duy trì trong suốt thời gian từ khi trộn đến khi trút bêtông ra khỏi thùng trộn. Với xe trộn bêtông, tiến hành thí nghiệm độ sụt nên thực hiện tại điểm trút bêtông khỏi xe trộn.
Ở các dự án lớn, thường có yêu cầu bố trí một trạm trộn tự động chuyên dựng tại hiện trường nhằm đảm bảo các điều kiện tối ưu trong sản xuất bêtông xi măng. Tiêu chuẩn cao về độ sệt có thể đáp ứng được một cách hợp lý bằng những thiết bị như thế và kinh nghiệm luôn chỉ ra rằng việc không đạt các tiêu chuẩn có thể quy về sự kiểm soát không phù hợp ở một hay nhiều bước của quá trình sản xuất.
Từ khi nước bắt đầu đưa vào trạm trộn với xi măng thì hỗn hợp bắt đầu hoá cứng và nó tiếp tục hoá cứng với thời gian. Với các điều kiện thông thường (về nhiệt độ và loại xi măng), mức độ hoá cứng thường không lớn trong phạm vi 30 phút đầu tiên. Ở thời tiết nóng, tính dễ thi công của bêtông giảm nhanh hơn vì cả hai tỉ lệ bốc hơi và thủy hoá đều tăng nhanh. Tiêu chuẩn thi công mặt đường cứng yêu cầu bêtông rải trong vòng 45 phút kể từ sau khi đưa nước vào đối với xe vận chuyển bêtông không có thiết bị khuấy.
Tiêu chuẩn cho phép đưa thêm nước vào hỗn hợp trong khoảng 45 phút kể từ lúc xi măng và cốt liệu được đưa thêm vào, nhưng ở điều kiện thờì tiết nóng phải giảm xuống chỉ còn 30 phút. Trong thời gian nêu ở trên có thể điều chỉnh hợp lý hỗn hợp để đạt được độ sụt quy định. Sau thời gian nêu trên, thêm nước vào thực ra là thế chỗ nước đã bị mất do thủy hóa, và tăng tỉ lệ nước/XM sẽ có ảnh hưởng không tốt đến cường độ và độ co ngót của bêtông. Trong hầu hết các trường hợp việc sử dụng có kiểm soát các phụ gia làm chậm đông cứng đã chấp thuận được ưa chuộng hơn việc điều chỉnh hàm lượng nước để khống chế độ sệt. Lượng chất phụ gia có thể thay đổi theo sự hướng dẫn của nhà sản xuất chất phụ gia để tính đến các thay đổi của nhiệt độ không khí và chiều dài vận chuyển. Khi sử dụng nên phù hợp các giới hạn đã khuyến nghị, các chất phụ gia có thể tác động đến sự thay đổi các tính chất của bêtông đã hoá cứng nhưng nhỏ hơn nhiều so với thêm nước vào.
Một yếu tố rất quan trọng là liệu hỗn hợp có thể được rải và hoàn thiện để cho ra một sản phẩm cuối cùng đạt được yêu cầu của Tiêu chuẩn hay không. Các yếu tố chính có liên quan đến vấn đề này là:
• Tính dễ thi công đạt yêu cầu, phù hợp với phương pháp rải.
• Tạo được sự bề mặt hoàn thiện đạt yêu cầu mà không cần làm ướt bề mặt và xoa bề mặt quá nhiều.
• Tạo được bêtông có độ chặt theo đúng quy định, đều, đồng nhất.