Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án được thực hiện nghiên cứu với mục đích nhằm làm rõ các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông đầm lăn, 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. Để biết rõ hơn về nội dung chi tiết, mời các bạn cùng tham khảo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THỊ THU NGÀ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG TÍNH TỐN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ VÀ SÂN BAY Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố Mã số : 62.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2016 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Giao thơng Vận tải Người hường dẫn khoa học: - GS.TS Phạm Huy Khang - GS.TS Bùi Xuân Cậy Phản biện 1: GS TSKH Nguyễn Xuân Trục Phản biện 2: GS TS Vũ Đình Phụng Phản biện 3: GS TS Phạm Cao Thăng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: ……………………………………… vào hồi ngày tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Trường Đại học Giao thơng Vận tải CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ [1] Nguyễn Thị Thu Ngà (2014), Thiết kế cấp phối cốt liệu bê tông [2] đầm lăn theo tiêu chuẩn tối ưu, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số Nguyễn Thị Thu Ngà, Phạm Huy Khang, Bùi Xuân Cậy (2015), Khái quát phương pháp thiết kế bê tông đầm lăn xây dựng đường Việt [3] Nam, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 1-2 Nguyễn Thị Thu Ngà (2015), Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến tính cơng tác bê tông đầm lăn phương pháp qui hoạch thực nghiệm, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số [4] Nguyễn Thị Thu Ngà (2015), Đánh giá độ tin cậy đo lường cường độ chịu nén bê tơng đầm lăn, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 11 [5] Nguyễn thị Thu Ngà, Nguyễn Anh Tuấn (2015), Nghiên cứu thực nghiệm [6] tính co ngót bê tơng đầm lăn, Tạp chí Giao thơng vận tải số 10 Nguyen Thi Thu Nga, Vu Quoc Vuong (2016), Influence of some key factors on workability of RCC by experimental planing method, ACF Magazine Vol [7] Nguyen Thi Thu Nga, Pham Huy Khang, Vu Quoc Vuong (2016), influence of some key factors on coefficient of thermal expansion of roller compacted concrete in Viet Nam, the 7th International Conference of Asian Concrete Federation (ACF) 1 Đặt vấn đề Trong trình phát triển với xuất nhiều vật liệu công nghệ thi công liên tục cải tiến thúc đẩy đời nhiều loại mặt đường, phải kể đến công nghệ bê tông đầm lăn Bê tông đầm lăn (BTĐL) bê tơng khơng có độ sụt đầm chặt lu rung với thành phần tương tự bê tông xi măng Giống với BTT, thành phần vật liệu BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước phụ gia hóa học Phụ gia khống chất kết dính có vai trò quan trọng việc cải thiện tính chất bê tơng thỏa mãn yêu cầu cần thiết qui trình thi cơng Trong tình hình kinh tế suy thối nay, làm đường bê tông giải pháp kích cầu mà Đảng Nhà nước ta khuyến khích Điều không thúc đẩy ngành xi măng nước phát triển, tạo việc làm cho người lao động mà giảm nhập siêu nhựa đường Vì vậy, từ thực tế cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTĐL vào xây dựng giao thông thực cần thiết, góp phần giảm giá thành đầu tư cơng trình mà đảm bảo tốt chất lượng Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án làm rõ tính chất lý chủ yếu BTĐL, để áp dụng cho công trình đường giao thơng sở ngun vật liệu, thiết bị sẵn có điều kiện khí hậu Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu BTĐL để ứng dụng xây dựng đường giao thông Việt Nam Phạm vi nghiên cứu lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, xác định số tính chất BTĐL phòng thí nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM Mục đích chương nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông đầm lăn nước giới, từ đưa định hướng nghiên cứu luận án cho ứng dụng xây dựng đường Việt Nam 1.1 Khái niệm bê tông đầm lăn 1.1.1 Quá trình hình thành cường độ Quá trình hình thành cường độ BTĐL tương tự BTT, dựa trình hình thành cường độ đá xi măng Theo thuyết Baikov – Rebinder, hình thành cấu trúc hồ xi măng cường độ diễn theo giai đoạn giai đoạn hòa tan, giai đoạn hóa keo giai đoạn kết tinh Bên cạnh đó, lực chấn động yếu tố quan trọng khác góp phần hình thành nên cường độ cho BTĐL 1.1.2 Đặc điểm BTĐL 1.1.2.1.Thành phần vật liệu Bê tông đầm lăn sử dụng xây dựng đường đập có thành phần vật liệu giống (gồm đá, cát, xi măng, phụ gia khoáng nước), nhiên hàm lượng thành phần hỗn hợp lại phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật loại cơng trình Theo [76] u cầu vật liệu cho BTĐL có đặc điểm bảng 1.1 Bảng 1.1 Đặc điểm BTĐL Thành phần Trong xây dựng đập Lượng chất kết dính (kg/m3) 60 250 Tỷ lệ N/CKD 0,4 0,8 Đường kính cốt liệu lớn (mm) 75 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi 15 (MPa) Độ công tác (sec.) 10 25 1.1.2.2 Phương pháp thiết kế cấp phối Trong xây dựng đường 0,3 0,4 20 45 30 60 Hiện có nhiều PPTK thành phần bê tơng đề xuất ứng dụng tồn giới cho hỗn hợp BTĐL Do vậy, khó để xác định phương pháp để làm chuẩn, nhiên có hai quan điểm thiết kế hỗn hợp BTĐL sau: - Quan điểm bê tơng: dựa vào tỷ lệ N/CKD giữ không đổi hỗn hợp trộn xác định khối lượng tuyệt đối - Quan điểm học đất: dựa vào mối quan hệ chất kết dính, cốt liệu hỗn hợp trộn xác định độ ẩm tối ưu tỷ trọng khô lớn Dù thiết kế theo phương pháp mục đích việc thiết kế BTĐL phải đảm bảo yếu tố như: - Có đủ lượng vữa cần thiết để bao bọc xung quanh hạt cốt liệu lấp đầy lỗ rỗng chúng - Có thể chế tạo BTĐL với cường độ mô đun đàn hồi theo yêu cầu - Khả thi công dễ dàng để đạt độ chặt yêu cầu có tuổi thọ cơng trình cao 1.1.3 Những điểm khác BTT BTĐL Cấp phối vật liệu: - BTT: cốt liệu lớn nhỏ thường chiếm từ 60% 75% thể tích hỗn hợp (TTHH); tỷ lệ N/XM dao động khoảng 0,4 0,45, làm vữa xi măng đủ ướt để tạo nên lớp bao bọc lấy cốt liệu nhét đầy lỗ rỗng chúng - BTĐL: cấp phối cốt liệu yêu cầu chặt chẽ thường chiếm từ 75% 85% TTHH; hỗn hợp thường trộn khô so với BTT lượng dùng nước thấp So sánh hàm lượng vật liệu BTĐL BTT hình 1.6 Hình 1.6 Biểu đồ vật liệu sử dụng BTĐL BTT [74] Độ công tác - BTT: hỗn hợp bê tơng (HHBT) có độ lưu động, tính cơng tác xác định độ sụt (tính cm) Hỗn hợp lưu động nhào trộn tốt hỗn hợp dẻo có đặc tính liên tục cấu tạo, cốt liệu hỗn hợp trạng thái “lơ lửng” môi trường liên tục hồ xi măng đảm bảo tính dính kết, tính khơng phân tầng hỗn hợp - BTĐL: HHBT cứng, tính cơng tác xác định số Vebe (tính giây - s) Do HHBT có nội lực ma sát lực dính kết lớn, có giá trị ứng suất cắt lớn, nên đổ khuôn đầm chặt thiết phải có tác dụng học mạnh Đặc điểm thi cơng Hình 1.7 Hình ảnh thi công mặt đường BTĐL [74] Đặc điểm chịu lực Hình 1.8 Biểu đồ trình phát triển cường độ BTT BTĐL [74] Tính kinh tế Cơng nghệ đặc biệt hiệu khối lượng bê tơng thi cơng lớn, thí dụ thi công đập trọng lực công nghệ BTĐL đem lại hiệu kinh tế cao so với đập BTT đập đất đá, việc đảm bảo chất lượng giá thành cơng trình giảm đáng kể giảm lượng dùng xi măng, giảm chi phí kết cấu phụ trợ biện pháp thi cơng 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng BTĐL cơng trình xây dựng đường ô tô sân bay 1.2.1 Trên giới 1.2.1.1 Lịch sử đời trình phát triển Theo số liệu thống kê [69], đến năm 1998 giới có 184 đập BTĐL (cao 15m) xây dựng xong với tổng khối lượng bê tông 57 triệu m3 Các đập tập trung 28 quốc gia (hình 1.9) Hình 1.9 Số lượng đập BTĐL (cao 15m) xây dựng số quốc gia giới tính tới 1998 [69] Lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn số nước minh họa sơ đồ hình 1.10 Hình 1.10 Sơ đồ lịch sử phát triển cơng nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường, mặt bãi theo [74] 1.2.1.2 Một số kết nghiên cứu ứng dụng Cơng trình nghiên cứu “Hướng dẫn thiết kế & thi công mặt đường bê tông đầm lăn” trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74] Cơng trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn Viện bê tông Hoa kỳ (ACI) , năm 1995 [33] Cơng trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho đường ô tô đường cao tốc Hiệp hội xi măng Portland (PCA)- Mỹ, năm 2005[77] Cơng trình nghiên cứu ứng dụng bê tông đầm lăn cho đường giao thông Colorado nhóm tác giả Nattapong, Yu- Chang Liang Yunping Xi thuộc Khoa cơng trình trường đại học Colarado Boulder, 8/2012,[75] Cơng trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho giao thông theo dự án phát triển phủ Ấn Độ, trung tâm thí nghiệm thuộc ngành cơng trình trường đại học Purdue, 11/2010, [64] 1.2.2 Tại Việt Nam 1.2.2.1 Thực trạng ứng dụng BTĐL Được áp dụng lần cho đập Pleikrong (Kontum) vào năm 2005, đến hàng chục cơng trình đập xây dựng VN với công nghệ (bảng 1.2) Bảng 1.2 Một số cơng trình đập xây dựng nước Năm Năm khởi khởi Tên cơng trình cơng cơng Pleikrong 2003 Định Bình 2005 AVương 2003 Sơng Tranh 2006 Bản Vẽ 2004 Bản Chát 2006 Sê San 2004 Dakmi4 2007 Đồng Nai 2004 Sông Bung 2010 Đồng Nai 2004 Lai Châu 2011 Sơn La 2005 Trung Sơn 2013 Trong đó, cơng nghệ thi cơng mặt đường BTĐL nghiên cứu thử nghiệm Việt Nam từ năm 2001 với khoảng 2.000m2 thị xã Bắc Ninh ( chiều dầy 20cm; mác 350/45) (hình 1.12) Tên cơng trình Hình 1.12 Thi công thử nghiệm mặt đường BTĐL - IBST thực 2001[13] Năm 2013, nhóm tác giả nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTĐL cho thi công đường giao thông nông thôn tỉnh Tây Ninh Kết thu từ việc ứng dụng 10 2,36 73 93 80 1,18 - - 55 80 67 0,6 - - 34 60 45 0,3 - - 24 40 25 0,15 - - 10 27 18 0,075 - - 18 10 Xét theo tiêu chuẩn 0.45 Power Chart (Fuller - Thompson) Bảng 2.4 Kết tính tốn chi tiết cấp phối cốt liệu theo mức ngậm cát Cỡ sàng (mm) Fuller Thomso n 25 100 19 12,5 9,5 4,75 100 82,8 73,2 53,6 2,36 39,1 1,18 28,6 0,6 21,1 0,3 15,5 0,15 0,07 11,3 8,3 Tỷ lệ phối hợp cốt liệu (C/CL – theo thể tích) 0,41 0,42 0,43 0,44 0,45 0,46 0,47 0,48 100,0 97,05 79,65 66,37 46,61 10,25 7,38 100,0 97,08 79,82 66,66 47,06 36,12 27,80 18,67 10,37 7,47 100,0 97,13 80,16 67,23 47,96 36,87 28,47 19,12 10,62 7,65 100,0 97,18 80,51 67,80 48,87 37,62 29,14 19,57 10,87 7,83 100,0 97,23 80,85 68,37 49,77 38,37 29,81 20,02 11,12 8,01 100,0 97,28 81,20 68,94 50,68 39,12 30,48 20,47 11,37 8,19 100,0 97,33 81,54 69,51 51,58 39,87 31,15 20,92 11,62 8,37 100,0 97,38 81,89 70,08 52,49 40,62 31,82 21,37 11,87 8,55 4,1 4,15 4,25 4,35 4,45 4,55 4,65 4,75 35,75 27,47 18,45 Xét theo số độ thô ( Coarsness Factor): 11 Hình 2.3 Chỉ số độ thơ cấp phối cốt liệu 2.1.1.4 Đánh giá cấp phối cốt liệu thực nghiệm Căn vào kết thí nghiệm, vẽ biểu đồ quan hệ số độ cứng tỷ lệ C/CL hình 2.4 hình 2.5 Hình 2.4 Mối quan hệ tỷ lệ Hình 2.5 Mối quan hệ tỷ lệ C/Cl C/Cl độ cứng VC cường độ chịu nén Qua thí nghiệm thấy cấp phối có mức ngậm cát dao động khoảng 0,41 ÷ 0,44 ln đảm bảo tính cơng tác cường độ cho hỗn hợp, điều vô quan trọng cho việc thiết kế hỗn hợp BTĐL 2.1.2 Xi măng 2.1.3 Phụ gia khoáng 12 2.1.3.1 Phân loại yêu cầu kỹ thuật phụ gia khoáng BTĐL 2.1.3.2 Vai trò phụ gia khống - Thay phần xi măng để giảm lượng tỏa nhiệt bên khối bê tông - Bổ sung thêm thành phần hạt mịn bột kết dính để tăng tính dễ đổ cho hỗn hợp bê tông tạo cấu trúc đặc cho bê tơng đóng rắn - Tham gia phản ứng tạo nên tinh thể hyđrat làm tăng cường độ tính chất lý cho bê tông 2.1.3.3 Cơ sở lựa chọn lượng PGK BTĐL Gọi khối lượng XM sử dụng m (g) tỷ lệ thành phần khoáng XM gồm C3S, C2S, C4AF vôi tự chiếm x, y, z, t (%) Gọi khối lượng PGK hoạt tính tham gia phản ứng hết với Ca(OH)2 khoáng CaO thuỷ hoá n (g) tỷ lệ ơxit hoạt tính SiO2, Al2O3, Fe2O3 p, q, s (%) n( 0,0000658 x 0,0000581y 0,0000206 z 0,00018t ) m (2.8) 0,00017 p 0,000294q 0,0001875s Từ thông số biết: m, x, y, z, t, p, q, s ta tính n(g) - Lượng PGK hoạt tính sử dụng hợp lý xi măng pooclăng Để tìm tỷ lệ hợp lý theo (2.8) việc xác định lượng PGK hoạt tính lại quan trọng 2.1.4 Nước 2.2 Nghiên cứu thiết kế thành phần BTĐL xây dựng đường 2.2.1 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng 2.2.1.1 Độ cơng tác Phương trình hồi qui biến thực : VC 1530,1 23,991N 109,9 N C N 215,9 0,12554 N 13, 44 CKD CL CKD 2 N C N C C 3036,7 17,333 N 93, 0,833 N CKD CL CKD CL CL (2.15) Trên sở chương trình thiết kế thực nghiệm Design Expert, Minitab 17 từ phương trình hồi qui hàm VC, với mục tiêu đạt độ công tác dao động từ 30s 40s Vậy trung bình lượng nước dùng để tính sơ cho việc thiết kế hỗn hợp BTĐL khoảng (115117) lít/m3 2.2.1.2 Cường độ chịu nén kéo uốn Bảng 2.13 Cường độ chịu nén trung bình BTĐL với tỷ lệ N/CKD TB N/CKD 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 Rn28, 20% TB 51,4 48,2 45,9 43,2 40,5 37,2 33,2 29,5 (MPa) 13 Cv (%) Rn28, 30% TB (MPa) Cv (%) Rn28, 40% TB (MPa) Cv (%) 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 Hình 2.12 Quan hệ Rn28 với tỷ lệ N/CKD Từ bảng kết thí nghiệm (Bảng 2.13), có mối tương quan Rn với biến số TB (dao động mức 20%, 30% 40%) tỷ lệ N/CKD (dao động mức từ 0,34 0,48) Phương trình hồi quy Rn: Rn = 140,07 – 2,179 TB – 178,1 N/CKD + 0,01725 TB*TB + 1,315 TB*N/CKD (2.15) Từ phương trình (2.15) tính sơ cường độ chịu nén BTĐL biết tỷ lệ N/CKD hàm lượng TB Tiến hành đúc tổ hợp mẫu thí nghiệm (mỗi tổ gồm mẫu) từ bảng 2.9, thu kết ảnh hưởng N/CKD TB đến cường độ chịu kéo uốn trung bình BTĐL 28 ngày tuổi thể bảng 2.16 Bảng 2.16 Cường độ chịu kéo uốn trung bình với tỷ lệ N/CKD TB N/CKD Rku28, 20% TB (MPa) Rku28, 30% TB (MPa) Rku28, 40% TB (MPa) 0,34 0,36 0,38 0,40 0,42 0,44 0,46 0,48 5,4 5,2 5,1 5,0 4,8 4,5 4,2 4,0 5,0 4,7 4,5 4,4 4,3 4,1 3,9 3,6 4,6 4,5 4,3 4,1 3,9 3,8 3,6 3,3 14 Hình 2.14 Quan hệ Rku28 với tỷ lệ N/CKD Cũng tương tự cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn làm hàm số với biến số hàm lượng TB tỷ lệ N/CKD Dựa vào kết thí nghiệm bảng 2.16, ta tìm phương trình hồi quy Rku là: Rku = 6,73 – 0,0869* TB + 6,90* N/CKD + 0,000812 TB*TB – 19,84 N/CKD*N/CKD (2.16) Từ phương trình (2.16), tính sơ cường độ chịu kéo uốn BTĐL biết tỷ lệ N/CKD hàm lượng TB 2.2.2 Xác định phương pháp thiết kế thành phần BTĐL 2.2.2.2 Đánh giá độ tin cậy Trong luận án để đánh giá độ tin cậy phương pháp thiết kế thành phần BTĐL theo cách thức đề cập mục 2.2.2.1, tác giả tiến hành kiểm tra cường độ chịu nén 30 mẫu BTĐL có cường độ đặc trưng 30MPa 35MPa Trên sở kết thu được, tiến hành đánh giá mức độ xác cho phương pháp đề cập Bảng 2.20 Thống kê kết thí nghiệm cường độ nén STT – TN M30 39,2 40,3 42,2 37,6 38,4 40,1 35,4 35,8 36,4 M35 44,1 41,3 36,7 38,4 40,6 41,3 35,4 43,2 45,2 15 10 38,5 37,8 11 43,1 42,3 12 41,3 43,3 13 35,9 39,4 14 34,7 34,8 15 33,7 38,3 16 34,1 41,3 17 39,2 44,6 18 34,5 37,5 19 35,8 36,3 20 38,5 34,7 21 33,5 40,6 22 41,2 41,3 23 35,7 35,3 24 36,4 36,6 25 38,3 35,8 26 37,4 42,4 27 34,6 35,5 28 36,5 39,4 29 35,5 40,4 30 35,2 34,8 Giá trị trung bình x 37,47 39,22 Độ lệch chuẩn S 2,71 3,16 Hệ số phân tán Cv (%) 7,23 8,06 f’cr lý thuyết () 36,7 41,7 [ACI214] Độ lệch chuẩn 4,1 4,1 [ACI214] Giới hạn f’cr 28,5 33,5 Giới hạn f’cr 44,9 49,9 Chênh lệch x - 0,77 2,48 (MPa) Sai khác (%) 2,1% 5,94% Các kết đo từ bảng 2.20 biểu diễn đồ thị kiểm soát Shewhart Dựa vào kết đo cường độ nén BT ĐL 28 ngày tuổi, vẽ biểu đồ hình 2.16 hình 2.17 cho hai loại mác BTĐL 16 Hình 2.16 Biểu đồ kiểm sốt chất lượng BTĐL có mác M30 Hình 2.17 Biểu đồ kiểm sốt chất lượng BTĐL có mác M35 Sử dụng biểu đồ để so sánh đặc tính chất lượng sản phẩm thực tế giới hạn kiểm soát Khoảng cách từ giới hạn đến giới hạn thể phạm vi biến động chấp nhận kết thu Nhìn vào biểu đồ kiểm sốt (hình 2.16; 2.17), mẫu thí nghiệm có cường độ chịu nén nằm phạm vi giới hạn, mức độ phân tán cường độ tổ hợp không lớn, độ phân tán 17 BTĐL với cường độ đặc trưng 30MPa biến thiên mạnh Tuy nhiên, hai biểu đồ kiểm soát chất lượng cho thấy cường độ trung bình thí nghiệm nằm giới hạn ước tính với khoảng tin cậy đạt xác xuất 90% cường độ trung bình dự kiến Vì vậy, cho phép kết luận cường độ nén thí nghiệm có phân tán ít, chất lượng kiểm sốt tốt phòng thí nghiệm, hay nói cách khác phương pháp thiết kế BTĐL mục 2.2.2.1 đủ độ tin cậy để áp dụng Thông qua biểu đồ kiểm soát Shewhart đánh giá khách quan mẫu thí nghiệm có đảm bảo độ tin cậy hay khơng, biến thiên kết thu nào, vượt giới hạn tối thiểu q trình thí nghiệm coi khơng đạt tiêu chuẩn Bởi hệ nghiêm trọng đo lường không đáng tin cậy hay có độ tin cậy thấp dẫn đến việc đưa thông số liên quan bị sai không cần thiết Đặc biệt nghiên cứu BTĐL, cường độ chịu nén có ảnh hưởng lớn, số tiêu học khác vật liệu cường độ chịu kéo uốn, mơ đun đàn hồi thường có mối quan hệ với Đây thơng số để đưa vật liệu vào ứng dụng thực tế ngành xây dựng cơng trình Chính vậy, đánh giá độ tin cậy đo lường bước không nên thiếu trình làm thực nghiệm, sau xác định độ tin cậy biết bước sử dụng thông tin Nếu số việc đánh giá độ tin cậy nằm phạm vi cho phép việc tiến hành thí nghiệm tiếp tục, ngược lại cần dừng lại để hiệu chỉnh tìm biện pháp khắc phục CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA BÊ TƠNG ĐẦM LĂN 3.1 Tính chất cơng tác 3.1.1 Yêu cầu độ công tác xây dựng đường Dựa theo nhiều kết thực nghiệm cơng trình thực tế sử dụng BTĐL tài liệu [62,47,51] cho thấy, tính cơng tác bê tông cao (vebe hỗn hợp bê tông 40 giây) khó đảm bảo độ chặt bê tơng q trình lu lèn, chí khơng thể lu Ngược lại, tính cơng tác BTĐL thấp (vebe hỗn hợp bê tông 20s) q trình thi cơng thường gây tượng dợn sóng khơng đảm bảo độ phẳng cho mặt đường Do mà độ công tác BTĐL nên khoảng 30s - 40s phù hợp với điều kiện môi trường Việt Nam 3.1.2 Đánh giá tổn thất độ công tác Đảm bảo độ công tác yêu cầu loại bê tông nào, BTĐL u cầu quan trọng, đảm bảo chất lượng thi công cho hỗn hợp bê tông Chính thế, đánh giá mức độ tổn thất tính cơng tác cần xét đến Tổn thất tính cơng tác hiểu mức độ thay đổi độ cứng hỗn hợp BTĐL theo thời gian điều kiện mơi trường khí hậu Trong phạm vi nghiên cứu luận án mẫu thí nghiệm chủ yếu tiến hành đo đạc khu vực Hà Nội Tiến hành thí nghiệm đo độ cứng mẫu BTĐL với tỷ lệ N/CKD 0,38 điều kiện nhiệt độ môi trường khác dao động từ 200C đến 300C thời gian khác Trong mẫu thí nghiệm, mẫu sử dụng cốt liệu trạng thái ẩm bão 18 hồ khơ mặt, mẫu lại sử dụng cốt liệu trạng thái khơ, kết đo bảng 3.1 Hình 3.1 Độ cứng HHBTĐL theo thời gian (tmt= 200C 30oC) Vì vậy, cần đẩy nhanh trình đầm nén khoảng (30 40) phút để độ công tác hỗn hợp đạt yêu cầu 3.1.3 Thời gian đông kết Hình 3.2 Sự thay đổi thời gian đơng kết vữa BTĐL Từ kết thí nghiệm rút nhận xét: Việc sử dụng tro làm PGK cho BTĐL đem lại hiệu kéo dài thời gian đông kết cho HH BTĐL từ h tăng lên thành gần 10 Sự kéo dài thời gian đông kết HH BTĐL tạo điều kiện thuận lợi cho thi cơng BTĐL điều kiện nắng nóng Việt Nam 3.2 Tính chất học hỗn hợp bê tơng đầm lăn 3.2.1 Cường độ chịu nén Bảng 3.3 Thành phần vật liệu kết cường độ chịu nén BTĐL 19 Cường độ nén ngày tuổi, Mã BTĐL M 20 N CKD 0,49 Thành phần bê tông, kg/m R n (MPa) %Rn28 N (lít) XM (kg) TB (kg) C (kg) Đ (kg) 117 191 47,8 883 1256 Rn3 Rn7 Rn28 9,42 34,6 16, 03 58,9 27, 21 100 19,7 60,5 32,5 100 36, 78 100 M25 0,46 117 203,5 50,9 877 1248 11, 69 36, M30 0,43 117 217,7 54.4 870 1238 14,19 38, 23, 45 63,8 M35 0,39 117 240 60 859 1222 17,13 40, 28, 23 66,9 M40 0,36 117 260 65 849 1208 18,11 42,9 29,87 70,8 42,19 100 46, 58 100 Rn90 29, 45 108, 36,11 111,1 42, 115, 49,87 118, 51, 73 122, Hình 3.3 Quan hệ cường độ chịu nén thời gian - Cường độ BTĐL phát triển mạnh ngày đầu đạt khoảng 30% 43% cường độ u cầu, ngày đạt khoảng từ 55% 75% đến 90 ngày tốc độ phát triển khoảng 105% 125% Cho nên việc ứng dụng công nghệ BTĐL rút ngắn thời gian thông xe sớm lên nhiều thường ngày sau thi công, giảm nhiều chi phí cho xã hội 3.2.2 Cường độ chịu kéo uốn 3.2.2.1 Quan hệ cường độ chịu kéo uốn cường độ chịu nén 20 Rku 0,6243Rn0,5585 (3.1) dó: Rku cường độ chịu kéo uốn BTĐL; Rn cường độ chịu nén BTĐL 3.2.2.2 Ảnh hưởng tải trọng trùng phục đến cường độ chịu kéo uốn 3.2.3 Mô đun đàn hồi Ebt = 4,7418 (Rn)0,4912 đó: Ebt mơ đun đàn hồi 28 ngày tuổi BTĐL, GPa; Rn cường độ chịu nén 28 ngày tuổi, MPa 3.2.5 Độ mài mòn Bảng 3.9 Kết thí nghiệm độ mài mòn bê tơng Cấp bê tơng, MPa Loại bê tông 30 35 40 BTĐL (g/cm2) 0,34 0,30 0,18 BTXM (g/cm ) 0,32 0,29 0,17 3.3 Tính chất vật lý 3.3.1 Khối lượng thể tích 2.3.2 Độ co ngót BTT nói chung thường có giai đoạn co ngót sơ đồ hình 3.15 Hình 3.25 Co ngót nội sinh Hình 3.26 Co ngót khơ BTĐL BTT BTĐL BTT Co ngót khơ tối đa BTĐL thường nằm khoảng (400 ÷ 500)m/m, BTT thường lớn 700m/m [70]) 3.3.3 Hệ số giãn nở nhiệt Trong thực tế, hệ số giãn nở nhiệt bê tông (CTE) xác định theo tiêu chuẩn thí nghiệm AASHTO T60, thường tính theo cơng thức sau: CTE = (ΔL / L0 ) / ΔT Hình 3.29 Q trình thí nghiệm xác định độ giãn nở nhiệt CTE 21 Hình 3.29 Kết thí nghiệm CTE BTT BTĐL - Với vật liệu sử dụng thí nghiệm, hệ số giãn nở nhiệt BTT dao động từ khoảng (9,5 10) /°C, BTĐL nằm khoảng (9 9,5) /°C CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG TẠI VIỆT NAM 4.1 Tổng quan yêu cầu thiết kế mặt đường, móng đường 4.1.1 Yêu cầu thiết kế cấu tạo mặt đường 4.1.2 Yêu cầu kỹ thuật lớp móng mặt đường 4.1.3 u cầu vật liệu 4.2 Tính tốn đề xuất kết cấu áo đường với vật liệu BTĐL 4.2.1 Các thông số thiết kế mặt đường Tải trọng thiết kế Hệ số xung kích Hệ số an tồn xét đến mỏi bêtơng Tính học vật liệu Móng mặt đường 4.2.2 Đề xuất mơ hình kết cấu áo đường BTĐL cho đường giao thông cấp thấp 4.2.2.1 Xác định chiều dài cho phép BTĐL Bảng 4.2 Chiều dài tính tốn tối đa BTĐL BTT 22 BTĐL BTT Độ co ngót 500m/m 700m/m Hệ số giãn nở nhiệt 9/ C 9,5/0C Chiều dài L 7,38m 5,8m Do vậy, thiết kế kết cấu áo đường cứng cho đường cấp thấp với lớp mặt vật liệu BTĐL chiều dài mở rộng so với BTT khoảng (0,5 1,5)m, nên đề xuất chiều dài BTĐL cho lớp mặt khoảng (5,5 7)m 4.2.2.2 Phân tích kết cấu mặt đường dùng BTĐL làm lớp mặt cho đường cấp thấp - Quy mơ giao thơng mức trung bình: 3.104 1.106 (trục xe/làn) : Hình 4.2 Mơ hình kết cấu (KC1) Hình 4.3 Mơ hình kết cấu (KC2) - Quy mô giao thông mức nhẹ: < 3.104 (trục xe/làn Hình 4.4 Mơ hình kết cấu (KC3) 4.2.3 Tính tốn kết cấu móng mặt đường cứng sử dụng BTĐL làm lớp móng 23 Kiểm tốn lại kết cấu đề xuất, điều kiện kiểm toán đạt yêu cầu đề việc lựa chọn chiều dày thơng số tính tốn Chi tiết tính tốn kết cấu (KC4) phụ lục D tính tốn cho kết cấu mặt đường bê tơng xi măng theo 3230/QĐBGTVT Hình 4.6 Lớp móng BTĐL (KC4) PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở nghiên cứu thí nghiệm phòng tác giả phân tích đánh giá kết thí nghiệm, tóm lược đóng góp có giá trị luận án sau: Kết luận Bằng thí nghiệm kết hợp với lập luận khoa học thiết kế cấp phối thành phần hạt cốt liệu hỗn hợp BTĐL, luận án thu kết sau: - Luận án nghiên cứu đề xuất bảng cấp phối thành phần hạt cho hỗn hợp cốt liệu phương pháp thiết kế hỗn hợp BTĐL; - Luận án đưa khuyến cáo thành phần cốt liệu cho BTĐL xây dựng cơng trình giao thơng: mức ngậm cát (C/CL): 0,41 ÷ 0,44; N: (115 ÷ 117) lít/m3; độ cơng tác VC: 30s ÷ 40s; TB/CKD : 20% ÷ 40% theo khối lượng; - Luận án xây dựng hàm hồi qui thực nghiệm quan hệ cường độ chịu kéo uốn mô đun đàn hồi với cường độ chịu nén BTĐL: Rku 0, 6243Rn0,5585 (3.1) Ec = 4,7418 Rn0,4912 (3.6), độ co ngót khơ - 90 ngày 205m/m, tối đa thường nằm khoảng (400500)m/m hệ số dãn nở nhiệt loại vật liệu BTĐL α = 9.10-6/0C; Chiều dài dùng BTĐL làm lớp mặt cho đường giao thông cấp thấp lên đến 7m; BTĐL sử dụng làm lớp mặt cho đường giao thông cấp thấp làm lớp mong cho mặt đường cứng cấp cao; 24 Bên cạnh đó, luận án tài liệu tham khảo tốt nghiên cứu, giảng dạy vật liệu BTĐL Những đóng góp luận án - Đưa bảng thành phần hạt hợp lý cho cốt liệu để hỗn hợp cốt liệu đạt độ đặc cao thỏa mãn tiêu chuẩn tối ưu; - Xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối thành phần bê tông đầm lăn xây dựng đường Việt Nam; - Nghiên cứu thí nghiệm phòng giá trị đặc trưng cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi hàm quan hệ chúng cho BTĐL xây dựng đường; - Bước đầu nghiên cứu xác định độ co ngót giãn nở nhiệt BTĐL, góp phần cho tính tốn ứng suất nhiệt, từ xác định chiều dài BTĐL hợp lý điều kiện khí hậu miền Bắc; Hạn chế - Trong phạm vi đề tài, luận án mởi tập trung nghiên cứu đánh giá tính chất BTĐL với phụ gia khoáng tro bay mà luận án chưa tiến hành nghiên cứu với loại phụ gia khoáng khác nhau; - Trong điều kiện thực nghiệm hạn chế, luận án chưa có đánh giá hiệu kinh tế cách thi công thử nghiệm đoạn đường (tối thiểu 200m); - Luận án bước đầu nghiên cứu độ dãn nở BTĐL, nhiên mức độ nghiên cứu chưa có nhiều để đánh giá mức độ ảnh hưởng khác thành phần BTĐL đến độ dãn nở nhiệt; - Mức độ phong phú vật liệu sử dụng luận án chưa nhiều, nên kết thu trình nghiên cứu phù hợp với số loại vật liệu định Kiến nghị - Cần tiếp tục nghiên cứu ứng dụng BTĐL với vật liệu vùng khác để ứng dụng kết cấu mặt đường ô tô rộng rãi hơn; - Cần nghiên cứu thực nghiệm ngồi trường, để có đánh giá tổng quan loại vật liệu này; - Cần có nghiên cứu tiếp với loại cốt liệu để xác định hệ số dãn nở BTĐL Hướng nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng loại PGK cho sản xuất BTĐL cường độ cao; - Nghiên cứu ảnh hưởng số thành phần BTĐL đến độ dãn nở nhiệt; - Nghiên cứu bê tông đầm lăn cốt sợi - ... công mặt đường bê tông đầm lăn trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74] Cơng trình nghiên cứu mặt đường bê tơng đầm lăn Viện bê. .. chọn tên luận án có nội dung sau: Nghiên cứu thơng số chủ yếu bê tơng đầm lăn tính tốn kết cấu mặt đường ô tô sân bay Để từ làm sáng tỏ tính chất BTĐL cho việc ứng dụng chúng vào xây dựng đường. .. thông số chủ yếu vật liệu bê tông cho thiết kế mặt đường ô tô đường sân bay Việt Nam a Cường độ bê tông b Mô đun đàn hồi bê tơng (Eđh) c Độ co ngót giãn nở d Độ mài mòn 1.4 Những vấn đề tồn luận