MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VẬT LIỆU VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TẠI KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ VÀO XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TS. NGUYỄN ĐỨC TRỌNG Trường Đại học Giao thông Vận tải, Cơ sở 2 Tóm tắt: Tận dụng vật liệu có sẵn ở địa phương là một nguyên tắc quan trọng cho những người làm công tác thiết kế trong lĩnh vực xây dựng. Nguồn vật liệu địa phương tại khu vực Đông Nam Bộ trên thực tế không thể đáp ứng hoặc về số lượng hoặc về chất lượng để xây dựng công trình đường ô tô, đặc biệt là các công trình đường cấp cao. Bài báo đưa ra một số vấn đề chính về vật liệu và tình hình sử dụng vật liệu địa phương tại trong xây dựng đường ôtô ở khu vực Đông Nam Bộ và định hướng nghiên cứu để tăng cường sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô. Summary: Using local construction materials is a major principle for engineers in construction designing. Construction material sources in the South Eastern part of Vietnam in fact do not satisfy Road Construction Projects in terms of both quantity and quality, especially for high class roads. The article mentions the actual conditions of local materiasl for road construction in the Southeastern Vietnam, and proposed direction for research on local road construction materials. CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Xây dựng đường ô tô cần khối lượng vật liệu rất lớn. Một trong những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế đường ô tô là tận dụng vật liệu địa phương để xây dựng nền đường và móng mặt đường nhằm giảm giá thành xây dựng. Khảo sát vật liệu xây dựng quanh khu vực các dự án xây dựng đường bộ là một nội dung bắt buộc trong cả bước lập báo cáo đầu tư, chuẩn bị dự án và bước thiết kế kỹ thuật để thực hiện dự án. Tìm hiểu, thu thập các thông tin cơ bản, các chỉ tiêu cơ lý của một số vật liệu chính để xây dựng đường trong địa bàn khu vực miền Đông Nam Bộ và các định hướng cho việc nghiên cứu để tăng cường sử dụng vật liệu địa phương của khu vực vào xây dựng nền, mặt đường là bước mở đầu cho nghiên cứu nâng cao hiệu quả của việc sử dụng vật liệu địa phương cho các dự án xây dựng đường bộ trong địa bàn các tỉnh trong khu vực này. II. THÔNG TIN VỀ MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU DÙNG CHO XÂY ĐỰNG DƯỜNG NẰM KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ Một số loại vật liệu cơ bản dùng cho xây dựng đường ô tô có trong khu vực Đông Nam Bộ, cũng tương tự như một số địa phương khác của khu vực Nam bộ là đất đỏ bazan dùng để đắp nền đường, các loại đất á cát, á sét khác, cấp phối sỏi đỏ, cát, đá dăm. Cấp phối sỏi đỏ là loại vật liệu khá phổ biến ở Nam bộ. Nguồn cấp phối sỏi đỏ phân bố nhiều ở một số khu vực như Long Thành, Trị An (tỉnh Đồng Nai) và ở tỉnh Bình Dương. Cấp phối sỏi đỏ ở Bình Dương hiện nay được coi là có chất lượng tốt nhất trong khu vực Đông Nam bộ và Nam bộ, tuy nhiên giới hạn chảy (W L ) của chúng dao động từ 29.0% đến 36.0%, do đó chỉ số dẻo (I P ) của chúng cũng khá lớn (khoảng từ 11.0% đến 17.0%), lớn hơn khá nhiều so với yêu cầu sử dụng làm lớp móng dưới cho mặt đường. Một số mỏ cấp phối sỏi đỏ khác trong khu vực còn có các giá trị này lớn hơn với giới hạn chảy W L = (36 - 44)%, và chỉ số dẻo I P = (18.0 – 21.0)%. Thành phần cỡ hạt của một số loại cấp phối sỏi đỏ tại các mỏ trong khu vực Đông Nam bộ được thể hiện trong bảng 1 dưới đây. Bảng 1. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt cấp phối sỏi đỏ của một số mỏ trong khu vực Đông Nam bộ % Lọt sàng tích lũy Tên mỏ 50.8 25.4 9.50 4.75 2.00 0.425 0.075 Long Thành - Đồng Nai 100.00 94.75 67.07 45.58 34.20 24.57 12.11 Vĩnh Cửu - Đồng Nai 100.00 96.00 70.95 38.45 22.69 15.79 11.64 Lái Thiêu - Bình Dương 100.00 96.64 65.73 43.80 31.17 18.51 7.88 Nhơn Trạch - Đồng Nai 100.00 85.13 56.01 43.83 38.25 27.11 14.97 Số liệu thí nghiệm về thành phần cấp phối trên đây cho thấy các loại cấp phối sỏi đỏ của các mỏ trên có thể xem như thỏa mãn yêu cầu của cấp phối loại B (Quy trình thi công và nghiệm thu các lớp kết cấu áo đường bằng cấp phối thiên nhiên 22TCN-304-03). Hình 1 dưới đây thể hiện các đường cong cấp phối của vật liệu so với cấp phối tiêu chuẩn loại B. CT 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 Đường kính sàng (mm) Long Thành – Đồng Nai N hơn Trạch - Đồng Nai Lái Thiêu - Bình Dương B2 Vĩnh Cửu - Đồng Nai B1 % lọt sàng tích lũ Hình 1. Đường cong cấp phối hạt so với cấp phối tiêu chuẩn của cấp phối tự nhiên loại B Tuy nhiên, về các chỉ tiêu khác thì các loại cấp phối sỏi đỏ của các mỏ trên cũng khó đáp ứng được yêu cầu để làm lớp móng của mặt đường như theo yêu cầu trong 22TCN-304-03, (xem bảng 2 về chỉ tiêu kỹ thuật của một số loại cấp phối sỏi đỏ được xem là có chất lượng tốt của khu vực và bảng 3 về các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của cấp phối tự nhiên làm móng của kết cấu áo đường thể hiện dưới đây), ví dụ như đối với chỉ số dẻo I p . Bảng 2. Bảng các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối sỏi đỏ tại các mỏ trong khu vực Đông Nam bộ Tên mỏ Dung trọng khô lớn nhất (g/cm 3 ) Độ mài mòn L.A (%) CBR (%) Chỉ số dẻo (%) Long Thành - Đồng Nai 2.125 – 2.140 42 – 44 34 – 36 12.0 – 16.0 Vĩnh Cửu - Đồng Nai 2.150 – 2.200 37 – 40 40 – 44 11.0 – 15.0 Lái Thiêu - Bình Dương 2.120 – 2.150 41 – 43 35 – 37 12.0 – 16.0 Nhơn Trạch - Đồng Nai 2.085 – 2.100 43 – 45 32 – 35 13.0 – 16.0 Bảng 3. Bảng các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của cấp phối tự nhiên làm móng của kết cấu áo đường Trị số thí nghiệm yêu cầu với lớp Chỉ tiêu kỹ thuật Phương pháp thí nghiệm Móng dưới loại A1 Móng trên loại A2 Móng dưới loại A2 Móng loại B1, B2 Mặt loại B1, B2, gia cố lề Loại cấp phối áp dụng 22 TCN 211 – 93 A, B, C A, B, C A, B, C, D, E A, B, C, D, E A, B, C, D, E Giới hạn chảy W1, % TCVN 4197 – 95* AASHTO T – 89 ≤ 35 ≤ 25 ≤ 35 ≤ 35 ≤ 35 Chỉ số dẻo Ip, % TCVN 4197 – 95* AASHTO T – 90 ≤ 6 ≤ 6 ≤ 6 ≤ 12 Từ 9 đến 12 CBR, % AASHTO T – 193 ≥ 30 ≥ 70 ≥ 25 ≥ 25 ≥ 30 LosAngelesLA, % ASTM C – 131 ≤ 50 ≤ 35 ≤ 50 ≤ 50 ≤ 50 Tỷ lệ lọt qua sàng N 0 200/N 0 40 TCVN 4198 – 95 AASHTO T – 27 < 0,67 0,67 < 0,67 không thí nghiệm < 0,67 Hàm lượng hạt thoi dẹt max, % 22 TCN 57 - 84 ≤ 15 ≤ 15 không thí nghiệm không thí nghiệm không thí nghiệm CT 2 Nguồn vật liệu cát phục vụ xây dựng nền đường ở địa phương cũng không có nhiều. Cát mịn có các chỉ tiêu lý học kém như môđun độ lớn khá bé: 0.70 – 1.70, khối lượng riêng: (2.65- 2.68) g/cm 3 , khối lượng thể tích xốp: (1.31 – 1.36) g/cm 3 , hàm lượng chung bụi, bùn, sét lớn: (3.00 – 5.50)%, lượng mica cũng khá cao: (0.3 – 0.4) %. Qua một số kết quả nghiên cứu thì khi sử dụng cát mịn dùng trong bê tông xi măng cho thấy cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo uốn của bê tông đều giảm từ (15 - 22)% so với sử dụng cát hạt thô. Độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát mịn lớn hơn độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát hạt thô từ (15.0 - 16.5 )%. Nguồn cát thô sông Đồng Nai có các chỉ tiêu tốt hơn (ví dụ mô đun độ lớn từ 2.4 - 2.8), thì không được phép khai thác. Mỏ đá dùng cho xây dựng đường trong vùng Đông Nam bộ phân bố khá rộng rãi. Ở Bình Dương có mỏ đá: Hóa An, Châu Thới, mỏ đá 621, mỏ đá công ty 3/2, mỏ đá Tân Uyên. Ở Bình Phước có mỏ đá Suối Mơ, Đồng Xoài. Tại Đồng Nai có mỏ đá Long Thành, Nhơn Trạch, Biên Hòa… Bên cạnh đó một số mỏ đá không được phép khai thác như mỏ đá núi đá Bà Đen ở Tây Ninh. Các khu vực có phân bố nhiều mỏ đá trong vùng Đông Nam bộ thể hiện trong hình 2. Các đá trong khu vực Đông Nam bộ chủ yếu là đá bazan hoặc granite. Các hình ảnh về các mỏ đá ở tỉnh Đồng Nai và vị trí trên bản đồ địa chất của chúng được thể hiện trong các hình từ hình 3 đến hình 6 tiếp theo đây. CT 2 Hình 2. Phân bố mỏ đá trong vùng Đông Nam bộ Hình 3. Mỏ Sok Lu 1 (xã Quang Trung, huyện Thống nhất, Đồng Nai) - đá bazan có Olivine CT 2 Hình 4. Mỏ Sok Lu 2 (xã Quang Trung, huyện Thống nhất, Đồng Nai) - đá Trachy andesite - thành phần khoáng vật: fenldspar trong aphanitic Hình 5. Mỏ đá ở xã Sông Trâu, huyện Trảng Bom, Đồng Nai (đá bazan + đá puzolan có gốc aphanitic không kết tinh) Hình 6. Mỏ đá ở xã Xuân Tâm, huyện Xuân Lộc, Đồng Nai (đá Granite thuộc phức hệ Cà Ná với thành phần khoáng vật là thạch anh, fedspar và mica) Thành phần cấp phối của cấp phối đá dăm được sản xuất tại các mỏ đả ở khu vực Đông Nam bộ cho trong bảng 4 sau đây: Bảng 4. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cấp phối đá dăm đại diện của một số mỏ đá ở Vùng Đông Nam bộ % lọt sàng tích lũy Tên mỏ 50.8 37.5 25.0 19.0 9.5 4.75 2.36 0.425 0.074 Châu Thới 100.00 94.05 82.34 76.37 58.11 36.88 23.90 9.86 2.07 Hóa An 100.00 95.29 84.71 78.02 59.70 39.27 21.23 10.44 2.34 Mỏ Cty 3/2 100.00 99.12 87.09 73.45 47.73 30.62 19.26 9.19 1.98 Nhơn Trạch 100.00 99.63 80.32 64.27 36.98 21.45 12.52 5.66 1.63 Suối Mơ 100.00 89.01 54.97 41.51 21.57 11.91 7.08 3.99 0.82 Tân Uyên 100.00 86.63 73.84 65.87 38.19 23.20 13.45 6.22 1.70 Thành phần cỡ hạt của các loại cấp phối đá dăm của các mỏ đá trên đây so với tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu lớp móng cấp phối đá dăm trong kết cấu áo đường ô tô chỉ thỏa mãn đối với tiêu chuẩn cấp phối đá dăm 37.5 (22TCN 334 - 06) làm lớp móng dưới, có mỏ còn không thỏa mãn làm lớp móng dưới. Xem các đường cong cấp phối của các loại cấp phối đá dăm so với đường cong cấp phối tiêu chuẩn trong các hình từ hình 7 đến hình 9. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 Đường kính sàng (mm) % lọt sàng tích lũy f Châu Thới Hòa An Mỏ công ty 3/2 Nhơn Trạch 37.5_a 37.5_b Suối Mơ Tân Uyên CT 2 Hình 7. Thành phần cỡ hạt của cấp phối đá dăm tại các mỏ so với tiêu chuẩn của cấp phối đá dăm loại 37.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 Đường kính sàng (mm) CT 2 Châu Thới Hòa An Mỏ công ty 3/2 Nhơn Trạch 25_a 25_b Suối Mơ Tân Uyên % lọt sàng tích lũy Hình 8. Thành phần cỡ hạt của cấp phối đá dăm so với tiêu chuẩn của cấp phối đá dăm loại 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 Đường kính sàng (mm) Châu Thới Hòa An Mỏ công ty 3/2 Nhơn Trạch 19_a 19_b Suối Mơ Tân Uyên % lọt sàng tích lũy Hình 9. Thành phần cỡ hạt của cấp phối đá dăm tại các mỏ so với tiêu chuẩn của cấp phối đá dăm loại 19 Các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm của các mỏ trong vùng Đông Nam bộ như trong bảng 5, nhìn chung đều đạt yêu cầu của tiêu chuẩn 22TCN 334 – 06. Bảng 5. Các chỉ tiêu cơ lý chính của cấp phối đá dăm cho các mỏ đá vùng Đông Nam bộ Tên mỏ Dung trọng khô lớn nhất (g/cm 3 ) Độ mài mòn L.A (%) CBR (%) Hàm lượng hạt dẹt (%) Chỉ số dẻo (%) Châu Thới 2.389 18.9 106.4 12.1 - Hóa An 2.394 18.2 107.2 10.9 - Mỏ Cty 3/2 2.357 21.4 100.7 9.7 - Nhơn Trạch 2.378 19.8 102.1 13.2 - Suối Mơ 2.345 24.1 70.5 14.1 0 - 2 Tân Uyên 2.337 23.5 97.0 9.9 0 - 2 III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHÍNH ĐỐI VỚI VIỆC KHAI THÁC SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ ĐỂ XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Các số liệu trên đây cho thấy có thể có một số nhận xét như sau: - Cấp phối sỏi đỏ là nguồn vật liệu khá phổ biến ở khu vực Đông Nam bộ, trữ lượng khá lớn. Loại vật liệu này có đặc điểm chỉ số dẻo lớn, khả năng ổn định với nước là kém, rất khó khăn trong việc đảm bảo đầm nén khi độ ẩm thay đổi. Mỏ vật liệu cấp phối sỏi đỏ thỏa mãn chỉ tiêu về chỉ số dẻo như trong tiêu chuẩn hiện hành (22TCN 304 - 03) là rất hiếm. Tuy nhiên, hiện nay thì nguồn sỏi đỏ, kể cả các mỏ có chất lượng kém hơn trong khu vực cũng bị cạn kiệt dần, chưa kể đến một số nguồn sỏi đỏ có chất lượng tốt đã bị cấm khai thác do phá vỡ môi trường, cảnh quan. Cấp phối sỏi đỏ có thể sử dụng tốt làm móng của kết cấu áo đường ở những nơi khô hoặc làm vật liệu đỉnh nền ở những nơi có chế độ thủy nhiệt tốt. Việc sử dụng chúng ở những nơi chế độ thủy nhiệt kém là không hợp lý, rủi ro dẫn đến hư hỏng nền - mặt đường rất cao. Mặc dù vậy, hiện nay một số nhà tư vấn thiết kế vẫn đang sử dụng loại vật liệu này làm lớp móng nhưng không có những biện pháp cụ thể để cải thiện vật liệu. CT 2 - Nguồn cát xây dựng ở khu vực rất hiếm, hơn nữa hầu như chất lượng không đảm bảo. Khu vực có cát chất lượng tốt hơn không được phép khai thác - Cốt liệu đá ở khu vực chủ yếu là đá bazan hoặc đá granit. Các cơ sở sản xuất cấp phối đá dăm trong khu vực chưa có được loại sản phẩm tốt để thỏa mãn được tiêu chuẩn thi công. Việc không thỏa mãn về thành phần cỡ hạt có thể bắt nguồn từ hai nguyên nhân. Một là, do thiết bị nghiền đá loại cũ hoặc đã cũ, các hàm nghiền được cấu tạo không đưa ra được thành phần cỡ hạt yêu cầu. Hai là, do loại đá, cấu trúc tinh thể và nguồn gốc khoáng vật để khi nghiền, cách vỡ của cốt liệu khi nghiền tạo kích thước hạt khó đảm bảo tiêu chuẩn. Loại đá granit với thành phần thạch anh, mica… còn không thích hợp với sử dụng làm cốt liệu cho hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường do khả năng dính bám kém với bitum. IV. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ CHO XÂY DỰNG ĐƯỜNG Để khắc phục tình trạng khan hiếm vật liệu địa phương đủ chất lượng cho công trình xây dựng đường ô tô trong khu vực Đông Nam bộ, cần có một chương trình nghiên cứu quy mô để có thể phát huy hiệu quả của việc sử dụng vật liệu tại chỗ, bao gồm: - Tiến hành thu thập số liệu sẵn có và thực hiện điều tra tổng thể về các nguồn vật liệu và các mỏ vật liệu trong khu vực, bao gồm vật liệu đất, cấp phối tự nhiên, cát, cốt liệu… có trong khu vực. - Với vật liệu đất và cấp phối tự nhiên, nghiên cứu về giải pháp và công nghệ cải thiện các chỉ tiêu vật liệu, gia cố vật liệu để sử dụng cho xây dựng nền đường và móng của kết cấu áo đường. Để khắc phục việc khan hiếm nguồn cát, nghiên cứu về khả năng sử dụng cát xay (từ đá) và nguồn vật liệu đáp ứng cho các lớp kết cấu áo đường và các hạng mục công trình trên đường. - Nghiên cứu giải pháp về công nghệ sản xuất để khắc phục nhược điểm về thành phần cỡ hạt của cấp phối đá dăm và/ hoặc phạm vi sử dụng thích hợp cho vật liệu sẵn có địa phương. Nghiên cứu giải pháp cải thiện và công nghệ gia cố vật liệu. Tài liệu tham khảo [1]. Báo cáo điều tra vật liệu xây dựng - Dự án Bảo trì mạng lưới quốc lộ - RNIP - nguồn Tư vấn BCEOM. [2]. Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cấp phối thiên nhiên làm móng của kết cấu áo đường 22TCN - 304 - 03 [3]. Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cấp phối đá dăm làm móng của kết cấu áo đường - 22TCN 334 - 06♦ CT 2 . MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VẬT LIỆU VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TẠI KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ VÀO XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TS. NGUYỄN ĐỨC TRỌNG Trường Đại học Giao thông Vận tải, Cơ sở 2 Tóm tắt: Tận dụng. LIỆU ĐỊA PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ CHO XÂY DỰNG ĐƯỜNG Để khắc phục tình trạng khan hiếm vật liệu địa phương đủ chất lượng cho công trình xây dựng đường ô tô trong khu vực Đông Nam bộ, cần có. thiết kế đường ô tô là tận dụng vật liệu địa phương để xây dựng nền đường và móng mặt đường nhằm giảm giá thành xây dựng. Khảo sát vật liệu xây dựng quanh khu vực các dự án xây dựng đường bộ là