Đang tải... (xem toàn văn)
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã được ứng dụng hơn 100 năm qua, đây là một trong hai loại hình mặt đường chính dùng trong xây dựng đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông, đã và đang tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều ở các nước có nền kinh tế phát triển như Canada, Mỹ, Đức, Anh, Hà Lan, Trung Quốc. Tỷ lệ mặt đường BTXM ở các nước này chiếm khoảng 40%, còn ở Việt Nam thì tỷ lệ này vẫn rất thấp khoảng 2,5%. Trong quá trình phát triển với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mới và công nghệ thi công liên tục được cải tiến đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều loại mặt đường, trong đó phải kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được đầm chặt bằng lu rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng. Công nghệ này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường (BTT), đặc biệt là cho một số đập thủy lợi, thủy điện lớn. Đối với công nghệ mới này, sự lựa chọn loại vật liệu sử dụng, sau đó là chất lượng và lượng dùng của chúng là nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của sản phẩm. Giống như với BTT, các thành phần vật liệu của BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước và phụ gia hóa học. Tuy nhiên điểm khác giữa hai loại bê tông này là chất kết dính sử dụng cho BTĐL ngoài xi măng còn có thêm phụ gia khoáng được xem như là thành phần bắt buộc. Phụ gia khoáng có vai trò quan trọng trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong qui trình thi công. Ở Việt Nam những năm gần đây, hàng loạt các công trình thủy điện được xây dựng mà ở đó vai trò của BTĐL đã thực sự được khẳng định. Tuy nhiên, việc ứng dụng BTĐL trong xây dựng hạ tầng giao thông chưa có nhiều. Trong khi đó hàng loạt các công trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình công nghiệp lớn, đang và sẽ được xây dựng trong tương lai gần.2 Năm 2013, Bộ giao thông vận tải ban hành Thông tư số 12/2013/TT – BGTVT về việc “Quy định sử dụng kết cấu mặt đường bê tông xi măng trong đầu tư xây dựng công trình giao thông”. Thông tư đã hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn kết cấu mặt đường BT cũng như các quy định pháp lý cho công tác thiết kế và thi công cho loại hình mặt đường này. Điều này càng khẳng định thêm xu thế sử dụng mặt đường bê tông trong những năm sắp tới ở Việt Nam. Trong tình hình kinh tế suy thoái như hiện nay, làm đường bê tông là một giải pháp kích cầu mà Đảng và Nhà nước ta khuyến khích. Điều này không chỉ thúc đẩy ngành xi măng trong nước phát triển, tạo việc làm cho người lao động mà còn giảm nhập siêu do hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu hàng trăm tấn nhựa đường, góp phần hiện thực hóa các giải pháp kích cầu của Chính phủ trong giai đoạn hiện nay. Vì vậy, từ thực tế này cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTĐL vào trong xây dựng giao thông là thực sự cần thiết, góp phần giảm giá thành đầu tư công trình mà vẫn đảm bảo tốt chất lượng, mang lại ý nghĩa thiết thực giúp cho công tác xây dựng ở nước ta làm chủ được một loại hình công nghệ tiên tiến, đồng thời phát huy các nguồn lực sẵn có trong nước. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là làm rõ các tính chất cơ lý chủ yếu của BTĐL, để áp dụng cho các công trình đường giao thông trên cơ sở nguyên vật liệu, thiết bị sẵn có trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam. Mong muốn kết quả nghiên cứu này sẽ trở thành cơ sở cho việc thiết kế hỗn hợp BTĐL và là cơ sở ứng dụng vật liệu trong công tác thiết kế kết cấu áo đường cứng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng của luận án là nghiên cứu BTĐL để ứng dụng trong xây dựng đường giao thông ở Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu là lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, xác định một số tính chất cơ bản của BTĐL trong phòng thí nghiệm. Trên cơ sở đó đề xuất một số phương án kết cấu phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và điều kiện môi trường ở Việt Nam.3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Mục đích của chương này nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới, từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu của luận án cho ứng dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam. 1.1. Khái niệm về bê tông đầm lăn 1.1.1. Quá trình hình thành cường độ Quá trình hình thành cường độ của BTĐL cũng tương tự như BTT, cơ bản dựa trên quá trình hình thành cường độ của đá xi măng. Trước khi tạo hỗn hợp bê tông và bắt đầu đông kết, hồ xi măng tạo thành sau khi nhào trộn xi măng với nước thành loại huyền phù đặc có cấu trúc ngưng tụ. Trong đó những hạt rắn hút nhau bằng lực Vanđecvan và liên kết với nhau bằng lớp vỏ hydrat. Cấu trúc này sẽ bị phá hủy khi có lực cơ học tác dụng (nhào, trộn, rung và đầm) nó trở thành chất lỏng nhớt, dễ tạo hình. Việc chuyển hồ sang trạng thái chảy mang đặc trưng xúc biến, khi loại bỏ tác dụng của lực cơ học thì liên kết cấu trúc trong hệ lại được phục hồi. Tính chất cơ học của hồ xi măng tăng theo mức độ thủy hóa của xi măng. Theo thuyết Baikov – Rebinder, sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó diễn ra theo các giai đoạn như sau: - Giai đoạn hòa tan: khi nhào trộn xi măng với nước, các thành phần khoáng clanhke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt của hạt xi măng. Những sản phẩm mới tan được như Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sẽ hòa tan vào trong nước. Tuy nhiên độ tan của chúng không lớn do lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên bão hòa. Những phân tố cấu trúc đầu tiên được hình thành sau khi nhào trộn xi măng với nước là etringit, hydroxit canxi và các sợi gen Ca(OH)2 xuất hiện vài giờ sau đó. Những lớp gen mỏng tạo thành xen giữa các tinh thể Ca(OH)2 làm đặc chắc thêm hồ xi măng. - Giai đoạn hóa keo: dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo, trong khi đó các sản phẩm ettringit (CSH) vốn không tan, nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán. Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành,4 tỷ lệ rắn so với lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo. - Giai đoạn kết tinh: nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều, chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thống hóa cứng. Đến cuối giai đoạn đông kết cấu trúc của hồ xi măng được hình thành làm cho nó biến đổi thành đá xi măng và khả năng chịu lực tăng lên. Sự hình thành cấu trúc của đá xi măng trải qua các quá trình vật lý và hóa học phức tạp, là sự biến đổi tổng hợp mà ở đó các quá trình xảy ra đồng thời, xen kẽ và tác dụng tương hỗ nhau. Mặc dù, trong BTĐL lượng nước và lượng xi măng ít hơn nhiều so với BTT, song các quá trình thủy hỏa của xi măng vẫn diễn ra phức tạp như bản chất vốn có của nó, đồng thời là cơ sở căn bản cho sự hình thành cường độ bê tông sau này. Tuy nhiên, do lượng hồ xi măng không đủ lấp đầy khoảng rỗng giữa các hạt cốt liệu và bôi trơn bề mặt các hạt cốt liệu, nên hỗn hợp bê tông bị rời rạc và kém dẻo. Sự bổ sung của thành phần phụ gia khoáng (PGK) cùng với xi măng tạo thành chất kết dính cho cốt liệu lớn (bộ khung chịu lực chính của kết cấu). Phụ gia khoáng sẽ góp phần tăng thể tích hồ, bổ sung lượng hạt mịn còn thiếu để lấp đầy lỗ rỗng tại các khe giữa các hạt cốt liệu tăng tính dẻo cho hỗn hợp, tăng độ đặc chắc cho bê tông, do đó làm tăng khả năng chịu lực và chống thấm của bê tông. Ngoài ra, nó còn làm giảm lượng nhiệt tỏa ra từ các sản phẩm của quá trình thủy hóa xi măng, giảm độ co ngót cho bê tông, đây là nguyên nhân chính gây ra rạn nứt phá hoại kết cấu bê tông sau này. Bên cạnh đó, lực chấn động cũng là yếu tố quan trọng khác góp phần hình thành nên cường độ cho BTĐL. Trong giai đoạn đầu, nhờ máy trộn cưỡng bức, các thành phần trong hỗn hợp BTĐL có sự phân bố đồng đều không bị phân tầng hay vón cục. Trong giai đoạn thi công, với lu rung bánh thép gây ra một áp lực lớn lên hỗn hợp, làm cho các thành phần được xắp xếp chặt chẽ, kết cấu của BTĐL càng đặc chắc hơn. Với hàm lượng nước ít chỉ đủ cho quá trình thủy hóa của xi măng, nên hạn chế phần nào lượng nước dư thừa bay hơi gây ra lỗ rỗng là nguyên nhân làm giảm cường độ của bê tông. So với BTT thì cường độ của BTĐL được hình thành sớm hơn, mặc dù sự phát triển cường độ của nó vẫn biến đổi liên tục theo thời gian. Đến một giai đoạn sự phát5 triển đó được ổn định, tuy nhiên quá trình hình thành cường độ của nó là một quá trình phức tạp, mà ở đó sự biến đổi cơ – lý - hóa xen kẽ nhau và tác dụng tương hỗ bổ sung nhau. 1.1.2. Đặc điểm của BTĐL 1.1.2.1.Thành phần vật liệu Bê tông đầm lăn sử dụng trong xây dựng đường và đập về cơ bản có thành phần vật liệu giống nhau (gồm đá, cát, xi măng, phụ gia khoáng và nước), tuy nhiên về hàm lượng các thành phần trong hỗn hợp thì lại phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của mỗi loại công trình. Theo [76] thì yêu cầu về vật liệu cho BTĐL có những đặc điểm như trong bảng 1.1
Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học giao thông vận tải - - nguyN TH THU NG NGHIấN CU CC THễNG S CH YU CA Bấ TễNG M LN TRONG TNH TON KT CU MT NG ễ Tễ V SN BAY Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà nội - 2016 Bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học giao thông vận tải - - NGUYN TH THU NG NGHIấN CU CC THễNG S CH YU CA Bấ TễNG M LN TRONG TNH TON KT CU MT NG ễ Tễ V SN BAY chuyên ngành : xây dựng đường ô tô đường thành phố Mã số : 62.58.02.05 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học : GS TS PHM HUY KHANG GS TS BùI XUÂN CậY Hà nội - 2016 i l MC LC PHN M U 1 t Mc ớch nghiờn cu i tng v phm vi nghiờn cu CHNG TNG QUAN V Bấ TễNG M LN V NG DNG TRONG XY DNG NG TRấN TH GII V VIT NAM 1.1 Khỏi nim v bờ tụng m ln 1.1.1.Quỏtrỡnhhỡnhthnhcng 1.1.2.cimcaBTL 1.1.2.1.Thnhphnvtliu 1.1.2.2.Phngphỏpthitkcpphi 1.1.2.3.Cụngnghthicụng 10 1.1.3.NhngimkhỏcnhaucbngiaBTTvBTL 12 1.2 Tỡnh hỡnh nghiờn cu v ng dng BTL cụng trỡnh xõy dng ng ụ tụ v sõn bay 15 1.2.1.Trờnthgii 15 1.2.1.1.Lchsraivquỏtrỡnhphỏttrin 15 1.2.1.2.Mtsktqunghiờncuvngdng 18 1.2.2.TiVitNam 21 1.2.2.1.ThctrngngdngBTL 21 1.2.2.2.MtscụngtrỡnhnghiờncutiờubiuvngdngBTL 24 1.2.2.3.TimnngngdngcụngnghBTL 27 i ii 1.3 Cỏc thụng s ch yu ca vt liu bờ tụng cho thit k mt ng ụ tụ v ng sõn bay Vit Nam 28 1.4 Nhng tn ti lun ỏn cn gii quyt 33 1.5 Mc tiờu v ni dung nghiờn cu ca ti 34 1.5.1.Mctiờu 34 1.5.2.Nidung 34 1.6 Phng phỏp nghiờn cu 35 1.7 Kt lun chng 35 CHNG NGHIấN CU VT LIU CH TO V THIT K 36 THNH PHN Bấ TễNG M LN 36 2.1 Nghiờn cu vt liu s dng 36 2.1.1.Ctliulnvnh 36 2.1.1.1.Ctliuln 36 2.1.1.2.Ctliunh 37 2.1.1.3.Lachnhplýcpphicỏcctliu 38 2.1.1.4.ỏnhgiỏcỏccpphictliubngthcnghim 45 2.1.2.Ximng 47 2.1.3.Phgiakhoỏng 47 2.1.3.1.PhõnloivyờucukthutphgiakhoỏngtrongBTL 47 2.1.3.2.Vaitrũcaphgiakhoỏng 50 2.1.3.3.CslachnlngPGKtrongBTL 51 2.1.4.Nc 53 2.2 Nghiờn cu thit k thnh phn BTL xõy dng ng 2.2.1.ỏnhgiỏcỏcyutnhhngchớnh ii 53 53 iii 2.2.1.1.cụngtỏc 53 2.2.1.2.Cngchunộnvkộoun 64 2.2.2.XỏcnhphngphỏpthitkthnhphnBTL 72 2.2.2.1.Trỡnhtthitk 72 2.2.2.2.ỏnhgiỏtincy 73 2.3 Kt lun chng 78 CHNG NGHIấN CU CC TNH CHT CH YU 79 CA Bấ TễNG M LN 79 3.1 Tớnh cht cụng tỏc 79 3.1.1.Yờucuvcụngtỏctrongxõydngng 79 3.1.2.ỏnhgiỏtnthtcụngtỏc 80 3.1.3.Thigianụngkt 82 3.2 Tớnh cht c hc ca hn hp bờ tụng m ln 84 3.2.1.Cngchunộn 84 3.2.2.Cngchukộokhiun 86 3.2.2.1.Quanhgiacngchukộokhiunvcngchunộn 86 3.2.2.2.nhhngcatitrngtrựngphcncngchukộoun 89 3.2.3.Mụunnhi 91 3.2.5.mimũn 94 3.3 Tớnh cht vt lý 97 3.3.1.Khilngthtớch 97 2.3.2.congút 98 3.3.3.Hsgiónnnhit 106 Kt lun chng 111 iii iv CHNG NG DNG KT QU NGHIấN CU VO THIT K 112 KT CU O NG CNG TI VIT NAM 112 4.1 Tng quan v cỏc yờu cu thit k mt ng, múng ng 112 4.1.1.Yờucuvthitkcutomtng 112 4.1.2.Yờucukthutlpmúngmtng 113 4.1.3.Yờucuivivtliu 114 4.2 Tớnh toỏn v xut kt cu ỏo ng vi vt liu BTL 115 4.2.1.Cỏcthụngsthitkmtng 115 4.2.2.xutmụhỡnhktcuỏongBTLchonggiaothụngcpthp 117 4.2.2.1.XỏcnhchiudichophộpcatmBTL 117 4.2.2.2.PhõntớchktcumtngdựngBTLlmlpmtchongcpthp 118 4.2.3.TớnhtoỏnktcumúngmtngcngsdngBTLlmlpmúng 121 4.3 Kt lun chng 122 PHN KT LUN V KIN NGH 123 Kt lun 123 Nhng úng gúp mi ca lun ỏn 123 Hn ch 124 Kin ngh 124 Hng nghiờn cu tip theo 124 DANH MC CễNG TRèNH CA TC GI TI LIU THAM KHO II iv I v PH LC A KHI QUT CC PHNG PHP THIT K THNH PHN HT TI U VIII IX PH LC B TRèNH T CC BC THIT K THNH PHN BTL THEO MT S PHNG PHP XVII PH LC C BNG TNH CC KT CU O NG XXV PH LC D KT CU MT NG CNG VI MểNG BTL XXX v vi DANH MC CC Kí HIU, CH VIT TT Ký hiu í ngha BTL Bờtụngmln BTT Bờtụngthụngthng BT Bờtụng BTXM Bờtụngximngkhụngcúphgiakhoỏng KLTT Khilngthtớch TTT Thtớchtuyti TTHH Thtớchhnhp PP Phngphỏp N/CKD Tlncvchtktdớnh CKD Chtktdớnh C/CL Tlcỏtvctliu XM Ximng PGK Phgiakhoỏng TB Trobay N Nc C Cỏt ỏ KCAD Ktcuỏong HHBT Hnhpbờtụng HH Hnhp TPH Thnhphnht TCVN TiờuchunVitNam PPTK Phngphỏpthitk KLTT Khilngthtớch TKBT Thitkbờtụng CTE Hsgiónnnhit ML Mụunln vi vii VC cụngtỏc CSH Snphmettrignit PTHQ Phngtrỡnhhiquy LVDT Thitbcmbinovừng vii 0,6 0,3 0,15 0,075 21,1 15,5 11,3 8,3 10 18,45 18,675 19,125 19,575 20,025 20,475 20,925 21,375 10,25 10,375 10,625 10,875 11,125 11,375 11,625 11,875 7,38 7,47 7,65 7,83 8,01 8,19 8,37 8,55 4,1 4,15 4,25 4,35 4,45 4,55 4,65 4,75 According to Coarseness Factor: Figure 2.3 The coarseness factor of aggregate proportions 2.1.1.4 Evaluating aggregate gradation by experiments Based on the experimental results, charting the relationship between hardness index (VC) and the ratio fine aggregates to aggreagates (F/A) as shown in Figure 2.4 and Figure 2.5 Figure 2.4 The relationship between the F /A and VC Figure 2.5 The relationship between the F /A and compressive strength Through the experiment results, it has shown that mixtures with the level of sand composition ranged from 0.44 to 0.41 always have good workability and strength, this is extremely important for the design of any RCC mixture 2.1.2 Cement 11 2.1.3 Mineral Additives 2.1.3.1 Classification and technical requirements of mineral additives for RCC 2.1.3.2 The role of mineral additives - To replace a part of cement to reduce the amount of heat inside the concrete block - Adding fine particle component and adhesive in order to increase the ease of pouring of the concrete mixture and create dense structures when the concrete becoming hard - To join the reaction of forming hydrated crystal which can increase the strength and the physico mechanical properties of concrete 2.1.3.3 Selection basis of Mineral Additives in RCC The weight of cement used is m (g) and the percentages of mineral constituents in cement including C3S, C2S, C4AF and free lime is x, y, z and t (%), respectively The weight of active mineral additive that reacts with Ca(OH)2 due to mineral constituents and hydrated CaO is n (g) and the percentage of active oxides SiO2, Al2O3, Fe2O3 is p, q, s (%), respectively n( 0,0000658 x 0,0000581y 0,0000206 z 0,00018t ) m (2.8) 0,00017 p 0,000294q 0,0001875s Where: m: the weight of cement used in RCC x (%): portion of C3S y (%): portion of C2S z (%): portion of C4AF t (%): portion of free lime n: weight of active Mineral Additive From the known parameters m, x, y, z, t, p, q and s, it is possible to calculate n (g) the optimum amount of active mineral additive used in Portland cement In order to identify the optimum ratio in (2.8), it is highlt important to quantify the amount of active mineral additive 2.1.4 Water 2.2 Study on RCC proportion design in road construction 2.2.1 Evaluation of the main influencing factors 2.2.1.1 Workability The regression equation for the real variable: VC 1530.1 23.991W 109.9 W F W 215.9 0,12554W 13.44 CM A CM (2.15) W F W F F 3036.7 0.833W * 17.333N * 93.7 * A CM A CM A 12 Based on the experimental design program Design Expert, Minitab 17 and from the regression equation of VC functions, with the goal of achieving the workability ranged from 30s 40s The average amount of water can be used for preliminary design for RCC mixture is about (115 117) liters/m3 2.2.1.2 Compressive strength and bending tensile strength Table 2:13 The average compressive strength (Rn) of RCC with the ratio water to cementitious material (W/CM) and Fly Ash (FA) W/CM Rn28, 20% FA (MPa) Cv (%) Rn28, 30% FA (MPa) Cv (%) Rn28, 40% FA (MPa) Cv (%) 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 51.4 48.2 45.9 43.2 40.5 37.2 33.2 29.5 6.2 5.6 2.7 2.2 1.7 2.8 2.1 1.3 43.2 40.1 36.7 34.2 33.2 29.8 26.1 23.6 6.3 5.2 2.5 1.5 2.8 1.3 2.1 2.7 37.8 35.4 33.2 30.4 27.6 24.8 22.5 20.6 6.7 5.3 3.4 2.6 2.3 4.3 2.8 2.5 Figure 2.12 The relationship between the Rn28 and W/CM From the experimental results (Table 2.13), there was a correlation between Rn with variables Fly Ash (ranging from levels: 20%, 30% and 40%) and the ratio of W/ CM (ranging from levels from 0.34 0.48) The regression equation of Rn: Rn = 140.07 2.179 FA 178.1 W/CM + 0.01725 FA*FA + 1.315 FA*W/CM (2.15) From equation (2.15) we can preliminary calculate the RCC compressive strength of knowing the ratio W /CM and FA content Conducting casting combinations samples (each consisted of samples) from Table 2.9, the influences of W/CM and Fly Ash (FA) to average flexural strength of RCC at 28 days of age are shown in table 2.16 13 Table 2.16 Average flexural strength (Rku) with W/CM and FA W/CM 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46 Rku28, 20% FA 5.4 5.2 5.1 5.0 4.8 4.5 4.2 (MPa) 28 Rku , 30% FA 5.0 4.7 4.5 4.4 4.3 4.1 3.9 (MPa) 28 Rku , 40% FA 4.6 4.5 4.3 4.1 3.9 3.8 3.6 (MPa) 0.48 4.0 3.6 3.3 Figure 2.14 The relationship between flexural strength Rku28 and W/CM Similar to compressive strength calculation, the flexural strength as well as function with variables as FA and W/CM ratio Based on the experimental results in Table 2.16, we find the Rku regression equation is: Rku = 6.73 0.0869* FA + 6.90* W/CM + 0.000812 FA*FA 19.84 W/CM*W/CM (2.16) From equation (2.16) can preliminary calculate the RCC flexural strength of knowing the ratio W /CM and FA content 2.2.2 Determine RCC content design method 2.2.2.2 Reliability assessment In the thesis to assess the reliability of the RCC content design methods manner mentioned in Section 2.2.2.1, I have examined the compressive strength of 30 RCC samples with characteristic strength of 30MPa and 35MPa Based on the results obtained, evaluated the accuracy for the method mentioned No Table 2.20 Test Results M30 39.2 40.3 42.2 M35 44.1 41.3 36.7 14 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Mean value x Deviation S Dipersion ratio Cv (%) Theoretical fcr : () [ACI214] Standard diviation [ACI214] Lower limit fcr Upper limit fcr Differential x - (MPa) Error (%) 37.6 38.4 40.1 35.4 35.8 36.4 38.5 43.1 41.3 35.9 34.7 33.7 34.1 39.2 34.5 35.8 38.5 33.5 41.2 35.7 36.4 38.3 37.4 34.6 36.5 35.5 35.2 37.47 2.71 7.23 38.4 40.6 41.3 35.4 43.2 45.2 37.8 42.3 43.3 39.4 34.8 38.3 41.3 44.6 37.5 36.3 34.7 40.6 41.3 35.3 36.6 35.8 42.4 35.5 39.4 40.4 34.8 39.22 3.16 8.06 36.7 41.7 4.1 4.1 28.5 44.9 33.5 49.9 0.77 2.48 2.1% 5.94% Put test results in Table 2.20 into Shewhart control chart From the measurement results of the compressive strength of 28-day-old RCC samples, plotted into chart as shown in Figure 2.16 and 2.17 for two classes of RCC 15 Figure 2.16 Quality control chart of RCC class M30 Figure 2.17 Quality control chart of RCC class M35 Use the chart to compare the quality characteristics of the actual product and the control limits The distance from the upper limit to the lower limit expresses acceptable fluctuation range of the results Looking at the chart control (Figure 2.16; 2.17), the samples have compressive strengths within the limit, the strength dispersion between the groups is not large, although the dispersion of RCC 30MPa is greater variability However, both the quality control chart shows that the average experimental strength is within the estimated limits with confidence is about 90% probability of achieving the expected average strength So, I can conclude 16 experimental compressive strength has less dispersion, good quality control in the laboratory, or in other words the RCC design methods as item 2.2.2.1 is reliable enough to be used Through the Shewhart control chart, the samples are objectively evaluated to see the reliability is enough or not, how the variation in results are obtained, if it exceeds the minimum limit, the process of trial will be seem as substandard Serious consequences of unreliable measurement or low confidence can lead the introduction of relevant parameters be wrong and unnecessary Especially in the study of RCC, compressive strength has been greatly influenced, because some of other mechanical factors of materials such as bending tensile strength, elastic modulus usually have a relationship with it These are key factors to put the material into use in the construction industry Therefore, evaluation of measurement reliability is a step should not be missing in the course of the experiment, because after determining the reliability we will know how the next step will use this information If the indicators in assessing the reliability are within the allowed scope the conduct of experiments will be continued, otherwise it should be stopped to correct or find remedial measures 17 CHAPTER RESEARCH THE MAIN CHARACTERISTICS OF ROLLER COMPACTED CONCRETE 3.1 Work properties 3.1.1 Requirements of workability in Road Construction Based on the experimental results and the actual process used RCC as in documents [62,47,51] it shows that, if the workability of the concrete is high (vebe index of concrete mixture is over 40 seconds) it is difficult to ensure the tightness of the concrete in the process of rolling, even the concrete can not be compacted Conversely, if the workability of RCC is low (vebe index of concrete mixture is under 20s) it often causes wavy and it does not ensure the road surface flatness in the construction process So the workability in the range of 30s 40s is suitable with the environmental conditions in Vietnam 3.1.2 Assessment of workability loss ỏnh giỏ tn tht cụng tỏc Ensure the workability is one of the very basic requirements for any kind of concrete, this requirement is very important for RCC, it ensures construction quality of concrete mixtures Therefore, assessing the workability loss should be considered Workability loss that can be interpreted as the stiffness change of RCC mixture over time in a climate conditions Within the scope of the thesis, samples were mostly measured in Hanoi area Measuring stiffness of RCC samples with W/CM was 0.38 in different environmental conditions of temperatures ranging from 20oC to 30oC and at different times In samples, samples of aggregate used in saturated surface dry (SSD) condition, the remaining sample with aggregates used in the dry condition, measurement results in Table 3.1 o Figure 3.1 RCC stiffness by the time (tmt= 20 C 30oC) Therefore, we need to accelerate the process of rolling in the range (30 40) minutes when the workability remains satisfactory 18 3.1.3 Setting time Figure 3.2 The change of RCC mortar setting time From the experimental results we have comments as follow: The use of fly ash in RCC was effectively increasing the setting time from hours increased to nearly 10 hours The prolonged setting time of RCC creates favorable conditions for the RCC construction in Vietnam hot weather conditions 3.2 Mechanical properties of roller compacted concrete mixture 3.2.1 Compressive strength Table 3.3 Component and the results of the RCC compressive strength Compressive strength at different ages, R n (MPa) Concrete composition, kg/m3 Sample code N CKD %Rn28 Water (lớt) Cement (kg) Fly ash (kg) Fine aggre -gate (kg) Coarse aggreg -ate (kg) Rn3 Rn7 Rn28 Rn90 M 20 0.49 117 191 47.8 883 1256 9,42 34,6 16, 03 58,9 27, 21 100 29, 45 108, M25 0.46 117 203.5 50.9 877 1248 11, 69 36, 19,7 60,5 32,5 100 M30 0.43 117 217.7 54.4 870 1238 23, 45 63,8 36, 78 100 M35 0.39 117 240 60 859 1222 14,19 38, 17,13 40, 36,11 111,1 42, 115, 28, 23 66,9 42,19 100 49,87 118, M40 0.36 117 260 65 849 1208 18,11 42,9 29,87 70,8 46,58 100 51, 73 122, 19 Figure 3.3 The relationship between the compressive strength and timing - RCC compressive strength develops rapidly in the first days, can achieve in about 30% 43% strength requirements, and days, reaching between 55% and 75% and up to 90 days, about 105% 125% So the application of RCC technology will reduce a lot of waiting time to open for traffic, it is usually days after finish, reducing costs 3.2.2 Bending tensile strength 3.2.2.1 Relations between the bending tensile strength and compressive strength Rku 0,6243Rn0,5585 (3.1) Where: Rku is the RCC bending tensile strength; Rn is the RCC compressive strength 3.2.2.2 Effect of Cyclic loading to bending tensile strength 3.2.3 Elastic Modulus Ebt = 4,7418 (Rn)0,4912 Where: Ebt is the elastic modulus in 28 day age of RCC, GPa; Rn is 28 day age compressive strength of RCC, MPa 3.2.4 Abrasion Table 3.9 Test results of abrasion of concrete Type 30 0,34 0,32 Concrete grade, MPa 35 0,30 0,29 40 RCC (g/cm2) 0,18 PCC (g/cm2) 0,17 3.3 Physical properties 3.3.1 Bulk Weigh 2.3.2 Shrinkage Normal cement concrete generally have shrinkage stages as diagrams 3.15 20 Figure 3.25 Endogenous shrinkage of RCC and PCC Figure 3.26 Drying shrinkage of RCC and PCC Maximum dry shrinkage of RCC generally is in range of (400 ữ 500) m/m, and the PCCs is usually bigger than 700 m/m [70]) 3.3.3 Coefficient of thermal expansion In fact, the coefficient of thermal expansion of the concrete (CTE) is determined according to AASHTO T60 standards, usually calculated by the following formula: CTE = (L / L0 ) / T Figure 3:29 The process of determining experimental thermal expansion CTE Figure 3.29 CTE test results of PCC and RCC - For materials used in the experiment, the coefficient of thermal expansion of the RCC range is about (9,5 10) /C, while the CTE of RCC range is within (9 9,5) /C 21 CHAPTER APPLICATION OF THE RESULTS INTO DESIGN HARD PAVEMENT IN VIETNAM 4.1 Overview of road pavement, foundation design requirements 4.1.1 Design requirements on pavement structure 4.1.2 Technical requirements on pavement foundation 4.1.3 Material requirements 4.2 Calculate and propose the RCC pavement structure 4.2.1 The pavement design parameters Design load Coefficient of shock Safety factor in considering the fatigue of concrete Mechanical properties of materials Pavement foundation 4.2.2 Recommended models of RCC pavement for low grade roads 4.2.2.1 Determine the suitable length of the RCC plate Table 4.2 The maximum calculated length of RCC and PCC RCC PCC Shrinkage 500m/m 700m/m Coefficient of thermal 9/0C 9,5/0C expansion Length L 7,38m 5,8m Therefore, when designing hard pavement for low-grade road with RCC surfacing material, the length of RCC plate can be expanded about (0.5 1.5) m more than PCC plate, proposed RCC length for road pavement should be about (5.5 7)m 4.2.2.2 Pavement structure analysis of RCC road surfacing for low-grade road - Medium traffic volume: 3.104 1.106 (axle/lane) : Figure 4.2 Structural model (KC1) Figure 4.3 Structural model (KC2) 22 - Light traffic (axle/lane) volume: < 3.104 Figure 4.4 Structural model (KC3) 4.2.3 Calculate the hard pavement foundation structure used RCC as the base Audit the proposed structure, if the conditions meet the requirements, select sheet thickness as well as the calculated parameters Details of structural calculation (KC4) in Annex D, structural calculations for cement concrete pavement under the 3230 / QD-BGTVT Figure 4.5 Structural model 23 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS Based on my studies of laboratory experiments and the analysis on evaluation of experimental results, I can summarize the valuable contributions of the thesis as follows: Conclusion By combining experiments with scientific arguments in the component design of RCC mix, the thesis has obtained the following results: - The thesis studied and proposed grading grain composition table for the aggregate mixture and RCC mix design methods - The thesis recommends the composition of aggregate for RCC construction in traffic works: sand portion ratio (F/A): 0.41 ữ 0.44; W: (115 ữ 117) litters / m3; Workability the VC: 30s ữ 40s; FA/ CM: 20% ữ 40% by weight; - The thesis built the experimental regression functions on the relationship between bending tensile strength and modulus of elasticity with compressive strength of RCC: (3.1) and Ec = 4.7418 Rn0,4912 (3.6), dry shrinkage in 90 days is 205m/m, the maximum range is generally about (400500)m/m and the thermal expansion coefficient of the RCC material = 9.10-6 / oC; - Length of RCC surface plate for low-traffic roads can be up to 7m; - RCC can be used as a surface layer for low-traffic roads or as a foundation of high-grade hard pavement road - Besides, the thesis is a good reference when studying, teaching RCC materials New contributions of the thesis - Provide reasonable grain composition tables for each aggregate to make the mixture achieves high density, meets the optimum standards; - Develop a RCC mix design method in road construction in Vietnam - Experimental research of characteristic values of compressive strength, bending tensile strength, elastic modulus and their relationship function in RCC road construction - Preliminary studies for determination of RCC shrinkage and thermal expansion, contributing to heat stress calculations, which determine a reasonable length of RCC plate in climatic conditions in the North VietNam Limitation - Within the scope of the subject, the thesis mainly researchs and assesses the nature of RCC with fly ash only, it has not conducted research with other mineral admixtures - Due to the limited experimental conditions, no trial road has been built for assessment of economic efficiency (minimum of 200 meters); - The thesis initially studies the expansion of RCC, but not studies to evaluate many different influence levels of the RCC components to the thermal expansion - Not many kinds of the materials were used in the thesis, so the results obtained during the study are suitable for certain number of materials only Request 24 Its necessary to continue research RCC with materials from different areas for wider applications in pavement structure; - Its necessary to research on site to have a better overview of this material - Its necessary to have further research with other types of aggregate to determine the RCC expansion coefficient Further research directions - To research and apply mineral additives for high strength RCCs production; - To study the effects of certain components in RCC to the thermal expansion - To research fiber reinforced roller compacted concrete - [...]... công nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường, mặt bãi theo [74] 1.2.1.2 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng 1 Công trình nghiên cứu “Hướng dẫn thiết kế & thi công mặt đường bê tông đầm lăn của trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74] Đây được coi là tài liệu hướng dẫn đầy đủ nhất cho các nhà thiết kế mong muốn ứng dụng công nghệ BTĐL vào xây dựng mặt đường giao thông như: ... Thời gian thi công nhanh và sớm đưa vào khai thác sử dụng nên hạn chế được ách tắc giao thông đặc biệt là trong những khu vực ô thị. 4 Công trình nghiên cứu ứng dụng bê tông đầm lăn cho đường giao thông ở Colorado của nhóm tác giả Nattapong, Yu- Chang Liang và Yunping Xi thuộc Khoa công trình trường đại học Colarado tại Boulder, 8/2012,[75] - Nghiên cứu các đặc tính cơ lý chủ yếu của bê tông đầm lăn thông qua thí nghiệm ... trình đường giao thông qua các vùng thường xuyên chịu lũ lụt, các bãi đỗ xe, sân cảng và sân bãi các công trình công nghiệp lớn, đang và sẽ được xây dựng trong tương lai gần. 2 Năm 2013, Bộ giao thông vận tải ban hành Thông tư số 12/2013/TT – BGTVT về việc “Quy định sử dụng kết cấu mặt đường bê tông xi măng trong đầu tư xây dựng công trình giao thông . Thông tư đã hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn kết cấu mặt đường BT cũng ... kết cấu phù hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và điều kiện môi trường ở Việt Nam. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Mục đích của chương này nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới, từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu của luận án cho ứng dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam. 1.1 Khái niệm về bê tông đầm lăn 1.1.1 Quá trình hình thành cường... PCA với các yếu tố cần quan tâm như: loại tải trọng, lưu lượng xe, đặc điểm bề mặt và khe liên kết. - Trình tự thi công mặt đường bê tông đầm lăn. Công trình nghiên cứu đã đưa ra khá nhiều ưu điểm của loại mặt đường này: Khả năng chịu tải trọng tương tự như mặt đường bê tông thường; Tuổi thọ công trình cao; Khả năng thông xe nhanh, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng; Mặt đường BTĐL sáng hơn nên giảm yêu cầu về chiếu sáng; ... Do lượng nước sử dụng ít, độ sụt bằng không, nên yêu cầu về trộn và vận chuyển khá chặt chẽ, để tránh khả năng phân tầng của vật liệu; Trong thời tiết nóng, mặt đường BTĐL cần yêu cầu tưới nước để đảm bảo quá trình thủy hóa cho xi măng. 2 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn của Viện bê tông Hoa kỳ (ACI) , năm 1995 [33] Gần đây, mặt đường bêt tông đầm lăn đã và đang phát triển ở nhiều nước trên thế giới do những tính ... kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có độ sụt được đầm chặt bằng lu rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng. Công nghệ này bắt đầu được áp dụng từ những năm 60 ở một số nước như Canada, Italia, Đài loan và sau đó đã được lần lượt áp dụng ở nhiều nước khác nhờ các đặc tính ưu việt như tốc độ thi công nhanh, giá thành thấp so với bê tông thông thường (BTT), đặc biệt là cho một ... thành sản phẩm, đồng thời còn tăng tính công tác cho bê tông. Qua nghiên cứu với 10% - 20% lượng tro bay được thay thế cho cốt liệu nhỏ, thì cường độ của BTĐL tăng lên 19% - 23%. 5 Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho giao thông theo dự án phát triển của chính phủ Ấn Độ, của trung tâm thí nghiệm thuộc ngành công trình trường đại học Purdue, 11/2010, [64] - Khẳng định lại những điểm mạnh của BTĐL và các hạn chế của nó giống như ... Hình A.2. Biểu đồ chỉ số độ thô xii xii 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) đã được ứng dụng hơn 100 năm qua, đây là một trong hai loại hình mặt đường chính dùng trong xây dựng đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông, đã và đang tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết các ... hành thí nghiệm chặt chẽ từ lý thuyết đến thực nghiệm. Các chuyên gia bê tông đã đưa ra những kết luận quan trọng như: Cấp phối cốt liệu lớn và nhỏ phải phù hợp với tiêu chuẩn ASTMC33; Kích cỡ cốt liệu lớn nên