Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng cát đỏ Bình Thuận và tro bay nhiệt điện Vĩnh Tân làm móng và mặt đường giao thông nông thôn khu vực duyên hải Nam Trung Bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VŨ HOÀNG GIANG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỎ BÌNH THUẬN VÀ TRO BAY NHIỆT ĐIỆN VĨNH TÂN LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VŨ HOÀNG GIANG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỎ BÌNH THUẬN VÀ TRO BAY NHIỆT ĐIỆN VĨNH TÂN LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ

Ngành

: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số

: 9.58.02.05

Chuyên ngành

: Xây dựng đƣờng ô tô và đƣờng thành phố

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Bùi Xuân Cậy 2. PGS. TS. Nguyễn Thanh Sang

HÀ NỘI - 2021

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hà Nội, tháng 01 năm 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nghiên cứu và kết luận trong trong Luận án là trung thực. Trong luận án có sử

dụng một số tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo

quy định.

Tác giả Luận án Vũ Hoàng Giang

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu và học tập tại trƣờng đại học Giao thông vận tải,

Nghiên cứu sinh (NCS) đã hoàn thành luận án “Nghiên cứu sử dụng cát đỏ Bình

Thuận và tro bay nhiệt điện Vĩnh Tân làm móng và mặt đƣờng giao thông nông

thôn khu vực duyên hải Nam Trung Bộ”.

Để hoàn thành đƣợc luận án này, NCS xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến hai

thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn là GS.TS Bùi Xuân Cậy, PGS.TS Nguyễn Thanh

Sang đã tận tình giúp đỡ, định hƣớng nghiên cứu và truyền đạt kiến thức cũng nhƣ

cung cấp các tài liệu quí, hỗ trợ trực tiếp thực nghiệm trong suốt quá trình học tập,

nghiên cứu, hoàn thiện Luận án.

NCS xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến các thầy, cô trong khoa công trình, bộ

môn Đƣờng bộ, phòng thí nghiệm bộ môn vật liệu xây dựng, phòng thí nghiệm

trƣờng đại học giao thông vận tải đã tạo điều kiện cho NCS đƣợc nghiên cứu, học

tập, thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện Luận án.

NCS xin gửi làm cảm ơn trân trọng đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại

học, các thầy cô trong bộ môn Đƣờng bộ đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình

hƣớng dẫn nghiên cứu, thực hiện các thủ tục bảo vệ các chuyên đề, hội thảo bảo vệ

các cấp của Luận án.

NCS chân thành cảm ơn các bạn học cùng khoá, các nhóm sinh viên nghiên

cứu khoa học đã nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm và những kiến thức quý báu, hỗ trợ

giúp tôi tiến hành các thực nghiệm, hoàn thành luận án này.

Hà Nội, 01/2021

iii

A. MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................... viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... x MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 1. Tính cần thiết của Luận án ................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 2 3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu ...................................................................... 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................... 3 5. Cấu trúc của Luận án ......................................................................................... 4 CHƢƠNG 1 ............................................................................................................... 5 TỔNG QUAN ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ .................................................................................................... 5 1.1. Tổng quan đƣờng giao thông nông thôn ........................................................ 5 1.1.1. Khái niệm đƣờng giao thông nông thôn ...................................................... 5 1.1.2. Một số yêu cầu kĩ thuật đối với đƣờng giao thông nông thôn .................... 6 1.1.3. Nguyên tắc thiết kế và xây dựng đƣờng giao thông nông thôn .................. 8 1.1.4. Các dạng kết cấu móng, mặt đƣờng giao thông nông thôn ....................... 10 1.2. Thực trạng GTNT cả nƣớc và khu vực Nam Trung Bộ ............................... 14 1.2.1. Đặc điểm vùng nam trung Bộ ................................................................... 14 1.2.2. Giao thông nông thôn trong khu vực ........................................................ 15 1.3. Tình hình sử dụng vật liệu làm đƣờng trên thế giới và Việt Nam .............. 19 1.3.1. Trên thế giới .............................................................................................. 19 1.3.2. Ở Việt Nam ............................................................................................... 26 1.4. Định hƣớng nghiên cứu của Luận án ........................................................... 30 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 31 CHƢƠNG 2 ............................................................................................................. 33 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CƢỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU GIA CỐ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ VÀ BÊ TÔNG HẠT NHỎ ................ 33 2.1. Cơ sở lý thuyết về độ chặt ............................................................................ 33 2.2. Lý thuyết cơ sở về chất kết dính và vật liệu gia cố ...................................... 36 2.3. Sự hình thành cƣờng độ của đất gia cố vôi .................................................. 39 2.4. Sự hình thành cƣờng độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng ....................... 40 2.5. Nghiên cứu hình thành cƣờng độ đất gia cố xi măng kết hợp tro bay ......... 41 2.6. Nguyên tắc hình thành cƣờng độ và thiết kế cấp phối bê tông hạt nhỏ ....... 44 2.7. Một số chỉ tiêu và yêu cầu đối với cấp phối, đất, cát gia cố bằng chất kết dính vô cơ và bê tông xi măng trong thiết kế móng, mặt đƣờng ......................... 48 2.7.1. Một số chỉ tiêu đánh giá ............................................................................ 48 2.7.2. Yêu cầu đối với đất gia cố chất kết dính vô cơ ......................................... 51 2.7.3. Yêu cầu đối với cát gia cố xi măng ........................................................... 52

2.7.4. Yêu cầu đối với cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng ............................................................................................................................. 52 2.7.5. Một số yêu cầu về cƣờng độ và cấu tạo đối với mặt đƣờng ..................... 53 CHƢƠNG 3 ............................................................................................................. 58 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÕNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƢƠNG LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN........................ 58 3.1. Cát đỏ ............................................................................................................ 58 3.2. Tro bay .......................................................................................................... 63 3.3. Xi măng......................................................................................................... 67 3.4. Cát nghiền ..................................................................................................... 67 3.5. Phụ gia .......................................................................................................... 70 3.6. Nƣớc ............................................................................................................. 70 3.7. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng cát đỏ Bình Thuận gia cố xi măng và tro bay Vĩnh Tân .................................................................................................. 70 3.7.1. Kế hoạch và phƣơng pháp thực nghiệm .................................................... 70 3.7.2. Trình tự thực nghiệm ................................................................................. 71 3.7.3. Thực hiện và kết quả thực nghiệm ............................................................ 72 3.8. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng bê tông hạt nhỏ sử dụng cát đỏ Bình Thuận và tro bay Vĩnh Tân .................................................................................. 90 3.8.1. Kế hoạch và phƣơng pháp thực nghiệm .................................................... 90 3.8.2. Trình tự thực nghiệm ................................................................................. 91 3.8.3. Nghiên cứu thực nghiệm vật liệu bê tông hạt nhỏ gồm hỗn hợp cát đỏ, cát nghiền, tro bay, xi măng ...................................................................................... 91 3.9. Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 109 3.9.1. Đối với cát đỏ và tro bay ......................................................................... 109 3.9.2. Đối với thực nghiệm hỗn hợp vật liệu gia cố .......................................... 110 3.9.3. Đối với thực nghiệm hỗn hợp bê tông hạt nhỏ........................................ 110 CHƢƠNG 4 ........................................................................................................... 113 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG KẾT CẤU LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC NAM TRUNG BỘ .......... 113 4.1. Một số mô hình kết cấu đƣờng giao thông nông thôn ................................ 113 4.2. Nguyên tắc và thông số đầu vào thiết kế .................................................... 114 4.2.1. Nguyên tắc thiết kế .................................................................................. 114 4.2.2. Thông số thiết kế ..................................................................................... 115 4.3. Tính toán cƣờng độ kết cấu mặt đƣờng ...................................................... 115 4.3.1. Đối với mặt đƣờng mềm ......................................................................... 115 4.3.2. Đối với mặt đƣờng cứng ......................................................................... 116 4.4. Đề xuất các kết cấu và kiểm toán kết cấu ................................................... 117 4.4.1. Đề xuất mô hình kết cấu .......................................................................... 117

4.4.2. Kiểm toán kết cấu mặt đƣờng ................................................................. 124 4.5. Hiệu quả kinh tế và môi trƣờng .................................................................. 128 4.6. Kết luận chƣơng 4 ....................................................................................... 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 133 I. KẾT LUẬN .................................................................................................... 133 II. KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 135 III. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ....................................................... 135 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 137

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1. 1 Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế các công trình trên

đƣờng đối với các cấp đƣờng GTNT [8] ........................................................... 7 Bảng 1. 2 Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đƣờng GTNT theo chức năng của đƣờng và lƣu lƣợng xe thiết kế (Ntk) [8], [25] ................................................................... 7 Bảng 1. 3 Phân loại địa hình theo vùng về nguồn vật liệu sẵn có [2] ....................... 9 Bảng 1. 4 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng huyện [8] .................... 10 Bảng 1. 5 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng xã [8] .......................... 11 Bảng 1. 6 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng thôn xóm [8] ............... 13 Bảng 1. 7 Tổng hợp đƣờng giao thông nông thôn cả nƣớc ..................................... 15 Bảng 1. 8 Phân loại kết cấu mặt đƣờng theo lƣợng mƣa [52]................................. 19 Bảng 1. 9 Thống kê lƣợng tro, xỉ/ tái sử dụng một số nƣớc Âu-Mỹ [49] ............... 21 Bảng 1. 10 Lƣợng khí thải CO2 một số loại hỗn hợp bê tông [65] ......................... 22 Bảng 2. 1 Thành phần hạt của cát nghiền [13] ........................................................ 48 Bảng 2. 2 Chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của đất gia cố ...................................................... 52 Bảng 2. 3 Yêu cầu đối với cƣờng độ cát gia cố xi măng ........................................ 52 Bảng 2. 4 Yêu cầu đối với cƣờng độ cấp phối gia cố xi măng ............................... 53 Bảng 2. 5 Phân cấp quy mô giao thông ................................................................... 53 Bảng 2. 6 Cƣờng độ nén và cƣờng độ kéo khi uốn của xi măng dùng làm mặt

đƣờng bê tông xi măng .................................................................................... 54 Bảng 2. 7 Các chỉ tiêu cƣờng độ, mô đun đàn hồi của bê tông làm đƣờng [7]....... 54 Bảng 2. 8 Yêu cầu cƣờng độ đối với các loại đƣờng GTNT [8] ............................. 55 Bảng 2. 9 Cƣờng độ chịu nén [60] .......................................................................... 55 Bảng 2. 10 Cƣờng độ chịu ép chẻ [60] .................................................................... 56 Bảng 3. 1 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm ..................................................... 59 Bảng 3. 2 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu thành phần hạt cát đỏ Bình Thuận ............. 60 Bảng 3. 3 Một số chỉ tiêu cơ lý khác của cát đỏ Bình Thuận ................................. 60 Bảng 3. 4 Thành phần khoáng của cát đỏ Bình Thuận ........................................... 61 Bảng 3. 5 Bảng kết quả thí nghiệm độ ẩm tối ƣu .................................................... 61 Bảng 3. 6 Bảng kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích khô ................................... 62 Bảng 3. 7 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm đối với tro bay ............................ 64 Bảng 3. 8 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu tro bay Vĩnh Tân .................................. 64 Bảng 3. 9 So sánh một số chỉ tiêu của tro bay Vĩnh Tân với một số tro bay khác

[45], [49] .......................................................................................................... 66 Bảng 3. 10 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM Bút Sơn PC40 ........................ 67 Bảng 3. 11 Bảng thành phần hạt của cát nghiền [13] .............................................. 68 Bảng 3. 12 Tính chất cơ lý của cát nghiền .............................................................. 69

vii

Bảng 3. 13 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén (Rn) ................................................ 74 Bảng 3. 14 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu ép chẻ (Rech) ............................... 74 Bảng 3. 15 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi ...................................................... 75 Bảng 3. 16 Đánh giá độ chụm kết quả thí nghiệm Rech ở 14 ngày tuổi của mẫu

100% cát đỏ ...................................................................................................... 77 Bảng 3. 17 Thiết kế thí nghiệm Rn, Rech cát đỏ gia cố ở các ngày tuổi ................ 78 Bảng 3. 18 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén (Rn) ................................................ 89 Bảng 3. 19 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu ép chẻ (Rech) ................................ 90 Bảng 3. 20 Thành phần hạt hỗn hợp cát nghiền và cát đỏ ...................................... 93 Bảng 3. 21 Kết quả mô đun đàn hồi sau khi thí nghiệm ......................................... 99 Bảng 3. 22 Kết quả cƣờng độ chịu nén ................................................................... 99 Bảng 3. 23 Kết quả cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ ................................................ 100 Bảng 3. 24 Ví dụ đánh giá độ chụm kết quả thí nghiệm Rech ở 14 ngày tuổi ....... 102 Bảng 4. 1 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang đƣờng cấp VI ....... 118 Bảng 4. 2 Đề xuất mô hình kết cấu đối với đƣờng huyện ..................................... 119 Bảng 4. 3 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang đƣờng cấp A ........ 121 Bảng 4. 4 Đề xuất mô hình kết cấu đối với đƣờng xã ........................................... 121 Bảng 4. 5 Kiểm toán kết cấu mặt đƣờng (áo đƣờng mềm) ................................... 125 Bảng 4. 6 Tổng hợp kết quả kiểm toán áo đƣờng mềm ........................................ 128 Bảng 4. 7 Kết quả tính toán toán định mức thi công lớp móng gia cố ................. 130 Bảng 4. 8 Đơn giá lớp móng cho mặt đƣờng láng nhựa [44] ............................... 130 Bảng 4. 9 Kết cấu và đơn giá mặt đƣờng bê tông xi măng đối chứng [33] .......... 131

viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1. 1 Một số kết cấu đƣờng GTNT ở Nam Phi ................................................ 20 Hình 1. 2 Thi công tuyến đƣờng A52 sử dụng tro bay tại Anh .............................. 23 Hình 1. 3 Thi công hỗn hợp tro bay làm móng, mặt đƣờng [62], [63] ................... 25 Hình 1. 4 Thi công gia cố tro bay – đất làm nền đƣờng [60], [66] ......................... 25 Hình 1. 5 Phản ứng nƣớc và xi măng khi có phụ gia RoadCem ............................. 27 Hình 1. 6 Tác dụng phá vỡ màng ngăn giữa xi măng và hạt đất ............................ 27 Hình 1. 7 Thi công đƣờng gia cố đất bằng công nghệ Roadcem ............................ 27 Hình 2. 1 Đƣờng cong Fuller với các hệ số h khác nhau ........................................ 34 Hình 2. 2 Mẫu thí nghiệm cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ ....................................... 49 Hình 3. 1 Hình ảnh các đồi cát đỏ tại Bình Thuận .................................................. 58 Hình 3. 2 Hình ảnh cát đỏ đƣợc thu thập để thực nghiệm ..................................... 59 Hình 3. 3 Mẫu cát đỏ Bình Thuận và khuôn thí nghiệm ......................................... 59 Hình 3. 4 Tổng quan vị trí khu vực nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân ......................... 63 Hình 3. 5 Một số ảnh về tro bay Vĩnh Tân .............................................................. 63 Hình 3. 6 Máy trộn cƣỡng bức ................................................................................ 71 Hình 3. 7 Khuôn và chày đầm ................................................................................. 71 Hình 3. 8 Một số hình ảnh đúc mẫu ........................................................................ 72 Hình 3. 9 Bảo dƣỡng mẫu và mẫu thí nghiệm ........................................................ 72 Hình 3. 10 Thí nghiệm cƣờng độ chịu nén, ép chẻ, mô đun đàn hồi ...................... 72 Hình 3. 11 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu nén ................................................ 96 Hình 3. 12 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ .............................. 96 Hình 3. 13 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu kéo khi uốn .................................. 96 Hình 3. 14 Thiết bị thí xác định mô đun đàn hồi .................................................... 97 Hình 3. 15 Chế tạo mẫu thí nghiệm ........................................................................ 97 Hình 3. 16 Các mẫu chờ thí nghiệm theo các ngày tuổi ......................................... 97 Hình 3. 17 Mẫu trƣớc và sau khi thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén ............. 97 Hình 3. 18 Mẫu trƣớc và sau thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ ...................... 98 Hình 3. 19 Mẫu trƣớc và sau thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo khi uốn ...... 98 Hình 4. 1 Tổng hợp mô hình kết cấu áo đƣờng đề xuất ........................................ 123 Hình 4. 2 Sơ đồ cấu tạo mặt đƣờng BTXM thông thƣờng .................................... 126

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1. 1 Đƣờng GTNT toàn quốc theo kết cấu mặt đƣờng .............................. 16 Biểu đồ 1. 2 Đƣờng GTNT tỉnh Bình Thuận phân theo cấp kỹ thuật ..................... 16 Biểu đồ 1. 3 Đƣờng GTNT tỉnh Bình Thuận phân theo kết cấu mặt ...................... 17 Biểu đồ 3. 1 Thành phần hạt của cát đỏ Bình Thuận .............................................. 60 Biểu đồ 3. 2 Độ ẩm tối ƣu của cát đỏ ...................................................................... 62 Biểu đồ 3. 3 Thành phần hạt của cát nghiền ........................................................... 69 Biểu đồ 3. 4 Minh họa loại bỏ số liệu ngoại lai Rech 14 ngày ................................. 76 Biểu đồ 3. 5 Biểu đồ phần dƣ phân tích thống kê Rn ............................................. 80 Biểu đồ 3. 6 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn ..................................... 81 Biểu đồ 3. 7 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn ...................................... 81 Biểu đồ 3. 8 Ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rn ............................................ 83 Biểu đồ 3. 9 Biểu đồ cƣờng độ nén (Rn) ở mức tin cậy 95% ................................. 83 Biểu đồ 3. 10 Phần dƣ phân tích thống kê Rech ..................................................... 84 Biểu đồ 3. 11 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn ................................... 85 Biểu đồ 3. 12 Ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech ............................................. 85 Biểu đồ 3. 13 Ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rech ....................................... 87 Biểu đồ 3. 14 Biểu đồ cƣờng độ ép chẻ 95% CI ..................................................... 87 Biểu đồ 3. 15 Mô đun đàn hồi theo các cấp phối khác nhau .................................. 99 Biểu đồ 3. 16 Cƣờng độ chịu nén các cấp phối ở các tuổi 3, 7, 14, 28 ngày ........ 100 Biểu đồ 3. 17 Cƣờng độ ép chẻ các cấp phối ở các tuổi 3, 7, 14, 28 ngày ........... 100 Biểu đồ 3. 18 Cƣờng độ kéo uốn các cấp phối 28 ngày tuổi ................................ 101 Biểu đồ 3. 19 Ví dụ minh họa loại bỏ số liệu ngoại lai Rech 14 ngày .................. 102 Biểu đồ 3. 20 Biểu đồ phần dƣ phân tích thống kê Rn ......................................... 103 Biểu đồ 3. 21 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn ................................. 104 Biểu đồ 3. 22 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn .................................. 104 Biểu đồ 3. 23 Biểu đồ ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rn ............................ 105 Biểu đồ 3. 24 Biểu đồ cƣờng độ nén Rn 95% CI .................................................. 106 Biểu đồ 3. 25 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech ................................ 107 Biểu đồ 3. 26 Biểu đồ cƣờng độ ép chẻ 95% CI ................................................... 108

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AASHTO

ACI ASTM

BKHĐT BGTVT BTĐL BTN BTXM CĐ CKD CN CP CPĐD ĐTM GTNT GTVT KVSX MKN N NQ ODA PCU QCVN QĐ SEACAP

Hiệp hội các cơ quan đƣờng bộ và vận tải Hoa Kỳ (American Association of State Highway and Transportation Officials) Viện Bê tông Hoa Kỳ (American Conrete Institute) Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials) Bộ Kế hoạch đầu tƣ Bộ Giao thông vận tải Bê tông đầm lăn Bê tông nhựa Bê tông xi măng Cát đỏ Chất kết dính Cát nghiền Chính phủ Cấp phối đá dăm Đánh giá tác động môi trƣờng Giao thông n(cid:13)ng thôn Giao thông vận tải Khu vực sản xuất Mất khi nung Nƣớc Nghị quyết Hỗ trợ phát triển chính thức (Official Development Assistance) Xe con quy đổi (passenger car unit) Quy chuẩn Việt Nam Quyết định Chƣơng trình tiếp cận cộng đồng Đông Nam Á (South East Asia Community Access Programme) Tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn ngành Thủ tƣớng Thông tƣ Trung ƣơng Xi măng Ngân hàng thế giới (World Bank)

TCVN TCN TTg TT TW XM WB

MỞ ĐẦU

1. Tính cần thiết của Luận án

Nƣớc ta là nƣớc nông nghiệp, khu vực nông thôn chiếm trên 80% diện tích

lãnh thổ, trên 65% dân số sống ở nông thôn, lực lƣợng lao động nhờ vào các hoạt

động nông nghiệp chiếm trên 40% lực lƣợng lao động xã hội. Vai trò của nông

nghiệp, nông thôn rất quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo quốc

phòng, an ninh, vì vậy Đảng, Nhà nƣớc và Chính phủ đã ban hành nhiều Nghị

quyết, chƣơng trình mục tiêu về nông nghiệp, nông thôn. Trung Ƣơng đã ban

hành Nghị quyết số 26-NQ/TW, ngày 5/8/2008 Hội nghị lần thứ bảy Ban Chấp

hành Trung ƣơng khoá X về nông nghiệp, nông dân, nông thôn xác định mục

tiêu: “Nông nghiệp, nông dân, nông thôn có vị trí chiến lƣợc trong sự nghiệp

công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, là cơ sở và lực lƣợng

quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội bền vững, giữ vững ổn định chính trị,

đảm bảo an ninh, quốc phòng”… Chính phủ đã ban hành các Nghị quyết số

24/2008/NQ-CP ngày 28/10/2008 nhằm thực hiện Nghị quyết số 26-NQ/TW của

Ban Chấp hành Trung ƣơng, Nghị quyết số 30a/2008/NQ-CP ngày 27/12/2008 về

Chƣơng trình giảm nghèo nhanh và bền vững cấp huyện... Thủ tƣớng Chính phủ

ban hành các Quyết định số 491/QĐ-TTg ngày 16/4/2009 Bộ tiêu chí quốc gia về

nông thôn mới và Quyết định số 800/QĐ-TTg, ngày 04/6/2010 phê duyệt Chƣơng

trình mục tiêu Quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010-2020.

Trong phát triển nông nghiệp, nông thôn, lĩnh vực GTNT đóng vai trò quan

trọng, kết nối các vùng nông thôn với quốc lộ, tỉnh lộ, khu đô thị, khu công

nghiệp, khu chế xuất; thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội khu vực nông thôn,

vùng sâu, vùng xa, tạo điều kiện phát triển cơ giới hoá trong sản xuất, trao đổi

hàng hoá, đẩy mạnh, nâng cao đời sống cho ngƣời dân khu vực nông thôn.

- Định hƣớng phát triển GTNT: Thực hiện mục tiêu theo chƣơng trình mục

tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới và định hƣớng chiến lƣợc phát triển GTNT

Việt Nam, các địa phƣơng đã nỗ lực thực hiện cứng hóa đƣờng GTNT, tỉ lệ

đƣờng huyện cứng hóa trên 70%, đƣờng xã, thôn cứng hóa trên 40%; loại kết cấu

mặt đƣờng cứng hóa chủ đạo vẫn là kết cấu BTXM truyền thống, kết cấu nhựa,

móng cấp phối, đất gia cố vôi, xi măng. Trong giai đoạn này, việc nghiên cứu một

số công nghệ mới, vật liệu mới trên cơ sở phát huy lợi thế của địa phƣơng cũng

đã đƣợc thực hiện nhằm giảm chi phí đầu tƣ, nâng cao chất lƣợng công trình và

giảm thiểu tác động đến môi trƣờng, tuy nhiên vẫn còn đang ở giai đoạn thí điểm,

nhƣ vật liệu bột kết dính thủy hóa vô cơ dùng để gia cố đất làm móng đƣờng; vật

liệu carboncor asphalt (công nghệ của Nam Phi) dùng để bảo trì đƣờng, vật liệu

SA44-LS40 gia cố với vôi và đất (áp dụng tại Hƣng Yên); mặt đƣờng GTNT sử

dụng công nghệ công nghệ rovo (rovo - một loại chất phụ gia của Đức), một số

sản phẩm công nghệ mới trong sản xuất cấu kiệu bê tông cốt sợi, cấu kiệu rãnh

parabon đã đƣợc áp dụng tại nhiều địa phƣơng, góp phần giảm khối lƣợng xi

măng, cát, đá trên 1 đơn vị cấu kiện; một số nghiên cứu tận dụng tro bay, xỉ lò

cao của các nhà máy nhiệt điện, cát biển, gạch nung, đá chẻ,... sử dụng làm vật

liệu cho đƣờng GTNT (thử nghiệm tại Hƣng Yên, Nghệ An, Hà Tĩnh, một số tỉnh

miền Trung, Tây Nguyên, đồng bằng sông Cửu Long theo chƣơng trình

SEACAP).

Mặc dù các nghiên cứu các loại vật liệu tận dụng điều kiện địa phƣơng, các

loại vật liệu mới, công nghệ mới đƣợc nghiên cứu, thử nghiệm, tuy nhiên tính

chất vận dụng chƣa đƣợc thực hiện đại trà. Với điều kiện địa hình ven biển miền

Trung, cụ thể tỉnh Bình Thuận có lƣợng cát đỏ ven biển lớn, nhà máy nhiệt điện

Vĩnh Tân với lƣợng tro, xỉ thải hàng trăm ngàn tấn mỗi năm là nguồn vật liệu

tiềm năng đối với kết cấu mặt đƣờng GTNT, nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm

thiểu tiêu cực về ô nhiễm môi trƣờng; việc nghiên cứu sử dụng vật liệu địa

phƣơng là cần thiết. Nhƣ vậy, đề tài rất cần thiết vừa có ý nghĩa khoa học, thực

tiễn, vừa mang tính kinh tế, góp phần phát triển bền vững của địa phƣơng.

2. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu về khả năng ứng dụng hỗn hợp cát đỏ khu vực Bình Thuận với

Tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân trong xây dựng móng mặt đƣờng GTNT.

Nghiên cứu xác định thành phần, đặc tính cơ lý của cát đỏ Bình Thuận, tro

bay Vĩnh Tân, đánh giá sự phù hợp và khả năng ứng dụng trong chế tạo vật liệu

gia cố và bê tông hạt nhỏ.

Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng phối hợp các loại vật liệu cát đỏ, tro

bay làm vật liệu gia cố cho móng và làm lớp mặt đƣờng GTNT.

Nghiên cứu, đề xuất các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT dùng vật liệu gia cố

làm lớp móng đƣờng và bê tông hạt nhỏ làm lớp mặt đƣờng sử dụng cát đỏ Bình

Thuận và tro bay Vĩnh Tân.

3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu

- Phạm vi:

+ Khu vực nghiên cứu là khu vực duyên hải Nam trung Bộ, trọng tâm là khu

vực tỉnh Bình Thuận; nghiên cứu sự phù hợp của vật liệu địa phƣơng tại tỉnh

Bình Thuận gồm cát đỏ, tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân để làm kết cấu

móng và mặt đƣờng GTNT.

+ Thời gian nghiên cứu: trong khoảng thời gian 12/2013 - 2017, kéo dài

nghiên cứu đến năm 2020.

- Đối tƣợng nghiên cứu:

+ Cát đỏ khu vực duyên hải trên địa bàn tỉnh Bình Thuận

+ Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận

+ Đƣờng giao thông nông thôn với kết cấu mặt đƣờng chịu tải trọng thấp.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu về các tính chất cơ lý của vật liệu địa phƣơng (cát

đỏ, tro bay) khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, bằng các thực nghiệm phối trộn

vật liệu với các tỉ lệ phù hợp đã minh chứng tính khả thi có thể sử dụng làm vật

liệu chế tạo bê tông, vật liệu gia cố làm móng, mặt đƣờng giao thông nông thôn.

Nội dung Luận án là những gợi ý, tài liệu tham khảo cho các kỹ sƣ khi áp

dụng vật liệu này làm đƣờng nông thôn.

Các nghiên cứu thực nghiệm về các đặc trƣng cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ

chịu kéo khi ép chẻ, cƣờng độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, qua đó so sánh với các

tiêu chuẩn kĩ thuật về móng, mặt đƣờng, xác định đƣợc các tỉ lệ phù hợp khuyến

cáo làm lớp móng, mặt đƣờng GTNT phù hợp với khả năng kinh tế, điều kiện

giao thông khu vực.

- Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu xác định loại vật liệu, hàm lƣợng cát đỏ, tro

bay hợp lý thông qua việc đánh giá các chỉ số vật liệu thử nghiệm trong phòng thí

nghiệm, xác lập phƣơng trình hồi quy tƣơng quan giữa hàm lƣợng xi măng, cát

đỏ, tro bay với độ tuổi, cƣờng độ chịu nén, chịu kéo khi ép chẻ của mẫu vật liệu.

- Ý nghĩa thực tiễn: Việc sử dụng vật liệu địa phƣơng, cụ thể là cát đỏ Bình

Thuận, tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân sẽ góp phần tăng khả năng tiêu thụ,

sử dụng nguồn vật liệu địa phƣơng thêm phong phú, tăng hiệu quả kinh tế (do

giảm lƣợng xi măng trong xây dựng), giảm thiểu các tác động của môi trƣờng (từ

tro bay của nhà máy nhiệt điện và hiệu ứng khí nhà kính đối với vật liệu thuần bê

tông xi măng) phát triển kinh tế - xã hội của địa phƣơng và khu vực.

5. Cấu trúc của Luận án

Cấu trúc của Luận án gồm các nội dung sau:

- Mở đầu.

- Chƣơng 1: Tổng quan đƣờng giao thông nông thôn khu vực duyên hải Nam

Trung Bộ.

- Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết quá trình hình thành cƣờng độ của vật liệu gia

cố chất kết dính vô cơ và bê tông hạt nhỏ.

- Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng vật liệu địa phƣơng làm

móng và mặt đƣờng giao thông nông thôn.

- Chƣơng 4: Nghiên cứu đề xuất các dạng kết cấu làm móng và mặt đƣờng

giao thông nông thôn khu vực Nam Trung Bộ.

- Kết luận và kiến nghị.

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC DUYÊN

HẢI NAM TRUNG BỘ

1.1. Tổng quan đƣờng giao thông nông thôn

1.1.1. Khái niệm đƣờng giao thông nông thôn

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Đƣờng giao thông nông thôn – yêu cầu thiết kế

(TCVN 10380:2014), đƣờng giao thông nông thôn khái niệm nhƣ sau:

- Đƣờng giao thông nông thôn: gồm các tuyến nối tiếp từ hệ thống quốc lộ,

tỉnh lộ đến các làng mạc, thôn xóm, ruộng đồng, trang trại, các cơ sở sản xuất,

chăn nuôi… phục vụ sản xuất nông – lâm – ngƣ nghiệp và phát triển kinh tế - văn

hóa – xã hội của các địa phƣơng.

- Đƣờng thôn: nối từ đƣờng huyện, đƣờng xã hoặc các thôn, làng, ấp, bản và

đơn vị tƣơng đƣơng đến các đồng ruộng, nƣơng rãy, trang trại, các cơ sở sản xuất,

chăn nuôi... hoặc đến các thôn, làng, ấp, bản lân cận.

- Đƣờng dân sinh: nối từ đƣờng xã, đƣờng thôn hoặc các cụm dân cƣ đến

đồng ruộng, nƣơng rãy, cơ sở sản xuất... hoặc đến các cụm dân cƣ, hộ gia đình

lân cận.

- Đƣờng vào khu vực sản xuất (KVSX): nối từ quốc lộ, tỉnh lộ hoặc trung

tâm hành chính của huyện đến các khu vực sản xuất, gia công, chế biến Nông

Lâm Thủy Hải sản thuộc huyện quản lý (vùng trồng cây công nghiệp, cánh đồng

mẫu lớn, đồng muối, làng nghề, trang trại và các cơ sở tƣơng đƣơng).

Đƣờng Huyện

Đƣờng Xã

Đƣờng Thôn

Đƣờng Khu vực sản xuất (KVSX)

Đƣờng Dân sinh

1.1.2. Một số yêu cầu kĩ thuật đối với đƣờng giao thông nông thôn

Đƣờng GTNT thông thƣờng có 4 cấp kỹ thuật A, B, C và D, trong đó các

cấp A, B và C thiết kế áp dụng đối với đƣờng có ô tô lƣu thông. Lựa chọn cấp kỹ

thuật tuyến đƣờng tùy thuộc vào lƣu lƣợng xe thiết kế (Ntk). Ngoài 4 cấp kỹ thuật

nhƣ trên, căn cứ theo chức năng, tầm quan trọng, lƣu lƣợng, có thể lựa chọn thiết

kế đƣờng GTNT theo cấp VI, V hoặc cấp IV trong TCVN 4054:2005 [25], áp

dụng cho những khu vực kinh tế phát triển hoặc có khối lƣợng vận chuyển hành

khách và hàng hóa lớn nhƣ: đƣờng có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh

tế - xã hội của huyện, là cầu nối chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ thống

đƣờng quốc gia (quốc lộ, tỉnh lộ) đến trung tâm hành chính của huyện, của xã và

các khu chế xuất của huyện; đƣờng Khu sản xuất, chăn nuôi, gia công, chế biến

Nông - Lâm - Thủy - Hải sản; đƣờng vùng trồng cây công nghiệp; cánh đồng lớn;

đồng muối; làng nghề; trang trại và các cơ sở tƣơng đƣơng.

Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế các công trình trên đƣờng

đối với các cấp đƣờng GTNT đƣợc quy định ở Bảng 1.1, 1.2.

Bảng 1. 1 Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế các công trình

trên đƣờng đối với các cấp đƣờng GTNT [8]

Cấp kỹ thuật của đƣờng

Tốc độ xe chạy thiết kế, Km/h

Tải trọng trục xe thiết kế, Kg

A B C D

30 (20) 20 (15) 15 (10) -

6000 2500 2500 -

Kiểm toán đối với xe vƣợt tải có tải trọng trục, Kg 10000 6000 6000 -

Trị số trong ngoặc (...) áp dụng đối với địa hình miền núi (độ dốc ngang > 30%)

Bảng 1. 2 Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đƣờng GTNT theo chức năng của

đƣờng và lƣu lƣợng xe thiết kế (Ntk) [8], [25]

Chức năng của đƣờng

Theo TCVN 4054:2005

Theo TCVN 10380:2014

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Ntk), xe quy đổi/ngày đêm

≥ 200

Cấp IV, V, VI

Cấp VI

100  200

Đƣờng huyện có vị trí quan trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội, là cầu nối chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ thống đƣờng quốc gia đến trung tâm hành chính của huyện, xã, các khu chế xuất; phục vụ sự đi lại và lƣu

Chức năng của đƣờng

Theo TCVN 4054:2005

Theo TCVN 10380:2014

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Ntk), xe quy đổi/ngày đêm

thông hàng hóa trong phạm vi của huyện.

100  200

50  < 100

< 50

Không có xe ô tô chạy qua

Cấp IV, V, VI

Xe có tải trọng trục > 6000 Kg ÷ 10000 Kg chiếm trên 10%

Đƣờng xã có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của xã, kết nối, lƣu thông hàng hóa từ huyện tới các thôn, làng, ấp, bản, các cơ sở sản xuất kinh doanh của xã, chủ yếu phục vụ sự đi lại của ngƣời dân và lƣu thông hàng hóa trong trong phạm vi của xã. Đƣờng thôn chủ yếu phục vụ sự đi lại của ngƣời dân và lƣu thông hàng hóa trong trong phạm vi của thôn, làng, ấp, bản; kết nối và lƣu thông hàng hóa tới các trang trại, ruộng đồng, nƣơng rẫy, cơ sở sản xuất, chăn nuôi. Đƣờng dân sinh chủ yếu phục vụ sự đi lại của ngƣời dân giữa các cụm dân cƣ, các hộ gia đình và từ nhà đến nƣơng rẫy, ruộng đồng, cơ sở sản xuất, chăn nuôi nhỏ lẻ... Phƣơng tiện giao thông trên đƣờng dân sinh chủ yếu là xe đạp, xe mô tô hai bánh, xe kéo tay, ngựa thồ. Đƣờng KVSX phục vụ đi lại của ngƣời dân, lƣu thông nguyên vật liệu, hàng hóa và đến các cơ sở sản xuất, chăn nuôi, gia công, chế biến Nông Lâm Thủy Hải sản; vùng trồng cây công nghiệp; cánh đồng mẫu lớn; đồng muối; làng nghề; trang trại, các cơ sở tƣơng đƣơng.

1.1.3. Nguyên tắc thiết kế và xây dựng đƣờng giao thông nông thôn

- Nguyên tắc phù hợp với lưu lượng: đƣờng GTNT không yêu cầu lƣu

lƣợng lớn nhƣ đối với các loại đƣờng cấp cao khác, tùy theo chức năng, vị trí

quan trọng của tuyến đƣờng và điều kiện thực tế, lựa chọn một trong các phƣơng

pháp điều tra và dự báo lƣu lƣợng xe thiết kế. Đƣờng GTNT, lƣu lƣợng thiết kế

thông thƣờng nhỏ hơn 200 PCU/ngày đêm; chỉ những trục đƣờng quan trọng

(đƣờng huyện chính) mới xem xét đến lƣu lƣợng lớn hơn 200 PCU/ngày đêm.

- Nguyên tắc phù hợp với tải trọng: tải trọng đƣờng GTNT thấp hơn so với

đƣờng cấp cao khác, tùy từng cấp đƣờng có tải trọng tiêu chuẩn thiết kế phù hợp

6000Kg, 2500Kg, < 2500Kg tƣơng ứng các cấp kỹ thuật A, B, C, D. Các trục

GTNT quan trọng nhƣ các tuyến đƣờng liên huyện phục vụ nhu cầu vận tải hàng

hóa lớn (tƣơng ứng đƣờng cấp VI, V, IV), tải trọng trục 10 tấn hay 13 tấn.

- Nguyên tắc tận dụng vật liệu địa phương: đƣờng GTNT – là loại đƣờng

cấp thấp, không yêu cầu kết cấu cƣờng độ cao, do vậy nguyên tắc tận dụng vật

liệu địa phƣơng là rất quan trọng vừa đảm bảo các yếu tố lợi thế địa phƣơng, vừa

góp phần giảm giá thành xây dựng. Các loại vật liệu có thể tận dụng nhƣ đất đắp

tự nhiên, cấp phối tự nhiên (cát sông, cát biển, sỏi đồi, đất đồi…), các dạng vật

liệu phế thải (tro, xỉ nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất thép...). Phân loại vật

liệu cả nƣớc thống kê nhƣ bảng sau đây:

Bảng 1. 3 Phân loại địa hình theo vùng về nguồn vật liệu sẵn có [2]

Loại địa hình theo vùng

Vùng

Miền núi (%)

Trung du (%)

Đất thấp (%)

Đồng bằng (%)

Đất cát ven biển (%) - - 1 6 5 - - -

1 - 7 - - - 9 100

1. Trung du và miền núi phía Bắc - Đông Bắc - Tây Bắc 2. Đồng bằng sông Hồng 3. Bắc Trung Bộ, Duyên hải miền Trung - Bắc Trung Bộ - Duyên hải Nam Trung Bộ 4. Tây Nguyên 5. Đông Nam Bộ 6. Đồng bằng sông Cửu Long

14 77 - 7 6 15 - -

42 16 3 24 22 55 7 -

42 8 89 64 67 30 83 -

Các nhóm vật liệu địa phƣơng điển hình đƣợc sử dụng trong xây dựng

đƣờng GTNT ở Việt Nam có thể đƣợc phân thành 7 nhóm cơ bản sau:

- Đất pha cát: có ở các vùng duyên hải (phổ biến ở các tỉnh từ Đà Nẵng

đến Bình Thuận), loại đất này cũng có ở một số địa phƣơng ở các vùng đồng

bằng. Loại đất này có thể đƣợc gia cố bằng xi măng để sử dụng làm móng đƣờng.

- Đất sét bụi: có ở các vùng đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng sông

Hồng và ở một số thung lũng. Vật liệu này có thể đƣợc gia cố bằng vôi để làm

móng đƣờng.

- Cấp phối đồi: thƣờng phủ trên đá gốc trên các sƣờn đồi, nhƣ ở cao

nguyên miền Trung và vùng núi phía Bắc; vật liệu có thể sử dụng làm lớp áo cấp

phối ở những nơi phù hợp hoặc làm móng đƣờng.

- Cấp phối sỏi ong: có trong đất bị phong hoá ở một số vùng đồi, có thể sử

dụng làm lớp áo cấp phối ở những nơi phù hợp hoặc làm vật liệu móng đƣờng.

- Cấp phối sông: vật liệu ở lòng sông, chủ yếu là những con sông ở vùng

cao nguyên miền Trung và miền Bắc; có thể sử dụng làm móng đƣờng nhƣng có

đặc tính cấp phối thấp.

- Đá gốc tốt: là vật liệu đặc biệt đồng nhất, nhƣ đá granít hay đá bazan….

- Các loại vật liệu địa phương khác: ngoài các loại vật liệu địa phƣơng gắn

với yếu tố địa lý, địa hình, địa chất nhƣ nêu trên, còn có những loại vật liệu sẵn

có tại địa phƣơng theo đặc thù phát triển công nghiệp khác tại địa phƣơng nhƣ

các loại tro xỉ thải ra từ các nhà máy nhiệt điện, nhà mày luyện thép. Hiện nay,

nhiều địa phƣơng có các nhà máy nhiệt điện, nhà máy thép hoạt động, nhƣ khí –

điện – đạm Cà Mau, nhiệt điện Phả Lại, Cẩm Phả, Mạo Khê (Quảng Ninh), nhiệt

điện Ninh Bình, nhiệt điện Vũng Áng (Bắc Trung Bộ), nhiệt điện Vĩnh Tân (Nam

Trung Bộ), nhiệt điện Phú Mỹ, Thủ Đức (Phía Nam),…; các nhà máy thải ra khối

lƣợng tro xỉ lớn, là nguồn vật liệu tốt để làm móng, mặt đƣờng GTNT.

1.1.4. Các dạng kết cấu móng, mặt đƣờng giao thông nông thôn

Kết cấu mặt đƣờng GTNT hiện nay đƣợc thiết kế dựa trên cơ sở lƣu lƣợng

xe, tải trọng, lƣợng mƣa,...; một số dạng kết cấu đƣờng đề xuất tham khảo phù

hợp với chức năng của từng loại đƣờng nhƣ sau:

- Đối với đường huyện: Là các tuyến đƣờng có chức năng chính trên địa

bàn huyện, ứng với lƣu lƣợng, tải trọng khoảng (150 ÷ 200) xe quy đổi/ ngày đêm

(xqđ/nđ) hoặc cao hơn, các dạng kết cấu cũng có cấp cấp kĩ thuật và các chỉ số kĩ

thuật cao hơn. Có 4 dạng kết cấu đề xuất tham khảo nhƣ sau:

Bảng 1. 4 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng huyện [8]

Kết cấu mặt đƣờng

Chú thích

Lớp vật liệu

Chiều dày, cm

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), xqđ/nđ 100  200

B 1-1

18  22 16  18

Áp dụng cho đƣờng có tỷ lệ xe nặng (trục lớn hơn 6000 Kg) lớn hơn 10 %. Các lớp vật liệu lấy

BTXM Cấp phối đá dăm gia cố xi măng/ cát gia cố xi măng/ cấp phối thiên gia cố xi măng

Kết cấu mặt đƣờng

Chú thích

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), xqđ/nđ

Chiều dày, cm 14  16

Đất gia cố vôi, xi măng/ cấp phối đá dăm (đá cuội)/ mặt đƣờng cũ Nền đất

B 1-2

theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công của đƣờng ô tô hiện hành BTXM có cƣờng độ chịu nén > 30 MPa

4  5 6  7 14  16

BTN hạt nhỏ BTN hạt trung Cấp phối đá dăm gia cố xi măng/ đá dăm trộn nhựa đƣờng (đá dăm đen)

Đất gia cố vôi, xi măng/ mặt đƣờng cũ 18  26

Nền đất

B 1-3

4  5

14  18

18  26

Áp dụng cho đƣờng có tỷ lệ xe nặng (trục lớn hơn 6000 Kg)  10 %. Các lớp vật liệu lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công đƣờng ô tô hiện hành

BTN hạt nhỏ/ đá dăm trộn nhựa đƣờng nóng Cấp phối đá dăm gia cố xi măng/ cấp phối thiên gia cố xi măng/ đá dăm trộn nhựa đƣờng Đất gia cố vôi hoặc xi măng/ mặt đƣờng cũ Nền đất

100  200

B 1-4

2  3

16  22

18  24

Áp dụng cho đƣờng có tỷ lệ xe nặng (trục lớn hơn 6000 Kg)  10 %. Các lớp vật liệu lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công đƣờng ô tô hiện hành

Đá dăm trộn nhũ tƣơng nhựa đƣờng/ láng nhựa 3 lớp Cấp phối đá dăm gia cố xi măng /Bê tông đầm lăn Đất gia cố vôi hoặc xi măng/ mặt đƣờng cũ Nền đất

- Đối với đường xã: Đƣờng xã chủ yếu phục vụ giao thông trên địa bàn xã,

có mức lƣu lƣợng và tải trọng thấp hơn, các chỉ tiêu kĩ thuật cũng thấp hơn so với

đƣờng huyện; có 6 dạng kết cấu đề xuất tham khảo nhƣ sau:

Bảng 1. 5 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng xã [8]

Kết cấu mặt đƣờng

Chú thích

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), xqđ/nđ

Chiều dày, cm

B 2-1

50  <100

Áp dụng cho đƣờng có tỷ lệ xe nặng (trục lớn

BTXM Cấp phối đá dăm gia cố xi măng/ cát

18  20

Kết cấu mặt đƣờng

Chú thích

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), xqđ/nđ

Chiều dày, cm 14  16

14  16

gia cố xi măng/ cấp phối thiên gia cố xi măng Đất gia cố vôi, xi măng/ cấp phối đá dăm (đá cuội)/ mặt đƣờng cũ Nền đất

B 2-2

4  5 10  12

hơn 6000 Kg) lớn hơn 10 % Các lớp vật liệu lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công đƣờng ô tô hiện hành BTXM có cƣờng độ chịu nén 25  30 MPa

18  26

BTN hạt nhỏ Đá dăm trộn nhựa nóng hoặc nhũ tƣơng nhựa đƣờng Cát gia cố xi măng/ cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng, vôi, tro bay/ đất gia cố vôi, xi măng, tro bay/ cấp phối đá dăm (đá cuội)/ mặt đƣờng cũ Nền đất

B 2-3

16  18 2  3

18  22

BTXM Đá dăm trộn nhũ tƣơng nhựa đƣờng/ láng nhựa Cấp phối thiên nhiên hoặc đất gia cố xi măng, vôi, tro bay/ cấp phối đá dăm (đá cuội)/ mặt đƣờng cũ Nền đất

B 2-4

50  <100

Láng nhựa 2; 3 lớp/ Carboncor asphalt Đá dăm thấm nhập 6cm nhựa đƣờng Đất gia cố vôi, xi măng Nền đất

2  3 10  12 22  26

Áp dụng cho đƣờng có tỷ lệ xe nặng (trục lớn hơn 6000 Kg)  10 % Các lớp vật liệu lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện hành BTXM có cƣờng độ chịu nén 25  30 MPa

B 2-5

2  3

Đá dăm trộn nhũ tƣơng nhựa đƣờng/ láng nhựa 3 lớp/ Carboncor asphalt Cấp phối đá dăm/ đá dăm macadam Cấp phối thiên nhiên

14  16 18  22

Nền đất

B 2-6

Cấp phối đồi, cấp phối thiên nhiên Nền đất

16  18

- Đường thôn xóm: Đƣờng thôn xóm là các tuyến đƣờng chủ yếu phục vụ

giao thông trong nội bộ thôn, xóm với mức lƣu lƣợng nhỏ hơn 50 PCU, tải trọng

xe nhỏ; có 7 dạng kết cấu đề xuất tham khảo nhƣ sau:

Bảng 1. 6 Các dạng kết cấu mặt đƣờng GTNT cho đƣờng thôn xóm [8]

Kết cấu mặt đƣờng

Chú thích

Lớp vật liệu

Chiều dày, cm

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), xqđ/nđ

B 3-1

16  18 12  16

< 50

BTXM Đất gia cố vôi, xi măng/ cấp phối đá dăm (đá cuội)

Nền đất

B 3-2

2  3

18  20

Đá dăm trộn nhũ tƣơng nhựa đƣờng/ láng nhựa 3 lớp/ Carboncor asphalt Cấp phối đá dăm/ đá dăm macadam Nền đất

B 3-3

18  22

Đá láng nhựa 3 lớp trên sỏi sạn gia cố xi măng, tro bay/ đất cấp phối đồi gia cố xi măng, vôi/ đất gia cố vôi Nền đất

B 3-4

2  3 20  30

< 50

Áp dụng cho đƣờng có xuất hiện xe có trục lớn hơn 6000 Kg BTXM có Rn: 25  30 MPa Áp dụng cho đƣờng không có xe trục lớn hơn 6000 Kg Các lớp vật liệu lấy theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện hành kết hợp với kinh nghiệm của địa phƣơng

Lớp phủ mặt bằng cát chống bong bật Cấp phối đá dăm, đá dăm macadam, cấp phối sỏi sạn Nền đất

B 3-5

Cấp phối đồi, cấp phối thiên nhiên Nền đất

14  16

B 3-6

Đá lát, gạch lát nghiêng Đệm vữa cát + vôi/ cát Nền đất

 20 3  4

B 3-7

15  20

Gạch vỡ, đá thải trộn đất/ xỉ lò các loại/ đất + cát Nền đất

1.2. Thực trạng GTNT cả nƣớc và khu vực Nam Trung Bộ

1.2.1. Đặc điểm vùng nam trung Bộ

- Vị trí địa lý: Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ từ Đà Nẵng đến Bình Thuận,

phía Bắc giáp với tỉnh Thừa thiên Huế, phía Đông giáp với biển Đông, phía Nam

giáp với vùng Đông Nam Bộ, phía Tây giáp với vùng Tây Nguyên.

Trong vùng, có 4 tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền trung bao gồm Đà

Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi và Bình Định. Chiều dài bờ biển trên 1700 km,

tất cả các tỉnh trong vùng đều trải dài dọc theo bờ biển phía Đông; vùng có nhiều

lợi thế về phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo quốc phòng, an ninh.

Từ phía Tây Nguyên tới vùng biển phía

Đông, có những đặc điểm sau:

+ Khoảng 65% địa hình là đất thấp, mỗi

Nam Trung Bộ

tỉnh đều có vùng núi/trung du và một dải đồng

bằng ven biển hẹp.

+ Mật độ dân cƣ gần bằng mức trung

bình của cả nƣớc, vùng phía Tây dân cƣ thƣa

thớt hơn so với vùng đất thấp phía Đông.

+ Kinh tế dựa vào nông nghiệp là chủ

yếu, ở dải ven biển kinh tế phát triển bằng

nghề cá; tỷ lệ đói nghèo còn cao.

+ Khả năng tiếp cận cơ sở dịch vụ công

cộng - xã hội xấp xỉ mức trung bình cả nƣớc,

Bình Thuận

khu vực miền núi, trung du khó khăn hơn.

- Tỉnh Bình Thuận:

Bình Thuận là tỉnh nằm ở phía Nam của vùng duyên hải Nam Trung Bộ, là

một trong những tỉnh có tiềm năng về phát triển công nghiệp, dịch vụ. Trên địa

bàn tỉnh có nguồn cát đỏ với trữ lƣợng lớn cũng nhƣ có tổ hợp nhà máy nhiệt điện

Vĩnh Tân với nguồn cung cấp điện lớn cho khu vực, quốc gia, ngoài ra nguồn tro

bay (chất thải trong quá trình đốt than) cũng là nguồn vật liệu hữu dụng trong sản

xuất vật liệu xây dựng nói chung, vật liệu gia cố đất, sản xuất bê tông trong xây

dựng đƣờng giao thông nói riêng.

- Khí hậu, thủy văn:

+ Độ ẩm: thuộc vùng khí hậu nhiệt đới điển hình, độ ẩm trung bình năm

77%-78%, tƣơng đối đồng đều trên địa bàn tỉnh.

+ Lƣợng mƣa: trung bình năm 1705mm, từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau.

+ Nhiệt độ: nhiệt độ không khí trung bình năm khoảng 26,4°C; mùa đông,

nhiệt độ trung bình vùng đồng bằng ven biển từ 21,5°C ÷22°C, vùng núi cao từ

12°C ÷19°C; mùa hạ, nhiệt độ không khí trung bình vùng đồng bằng ven biển

khoảng 29°C, vùng núi cao khoảng 19°C ÷26°C.

1.2.2. Giao thông nông thôn trong khu vực

Theo thống kê sơ bộ, cả nƣớc có khoảng trên 481.829 km đƣờng GTNT

(chƣa tính đƣờng ra đồng ruộng, đƣờng đến các cơ sở sản xuất) chiếm khoảng

80% tổng chiều dài mạng đƣờng bộ cả nƣớc, trong đó đƣờng huyện khoảng

67.203 km, đƣờng xã khoảng 151.904 km, đƣờng thôn xóm khoảng 262.723 km.

- Cấp kĩ thuật và kết cấu mặt đƣờng GTNT: cấp kĩ thuật cơ bản từ cấp V trở

xuống; có các loại kết cấu chủ yếu là bê tông nhựa, bê tông xi măng, láng nhựa,

cấp phối, đá dăm và đƣờng đất; cụ thể đƣờng huyện chủ yếu đạt cấp VI, V (một

số vùng còn nhiều tuyến đạt loại A) và có kết cấu là đƣờng bê tông nhựa (tỉ lệ

thấp), láng nhựa và đƣờng bê tông xi măng; đƣờng xã, thôn chủ yếu đạt cấp A, B

và kết cấu là BTXM, cấp phối đá dăm và đƣờng đất.

Bảng 1. 7 Tổng hợp đƣờng giao thông nông thôn cả nƣớc

Kết cấu mặt đƣờng

Tỉ lệ

TT Loại đƣờng

cứng

Láng

Cấp

Đá

Cứng

Tổng (Km)

BTXM

BTN

Đất

hóa (%)

nhựa

phối

dăm

khác

1 Đƣờng huyện 67.203 25.277 9.341 14.002

4.544

2.306 10.256 1.477

74,55

2 Đƣờng xã

151.904 48.194

5.882

31.009

5.023 56.023 5.773

39,40

Đƣờng

thôn

262.723 92.101

29.173

8.443 82.474 31.228

46,94

xóm

481.829 165.572 9.341

15.772 148.750 38.478

84.033

19.884

48.41 Tổng Theo số liệu tổng hợp từ các địa phƣơng, đƣờng GTNT cứng hóa (BTXM,

BTN, LN, cứng khác) khoảng 233.275 km, đạt 48,41%, trong đó đƣờng huyện

đạt tỉ lệ cao nhất khoảng trên 74,55%, cứng hóa đƣờng xã mới đạt 39,4% và cứng

hóa đƣờng thôn xóm đạt 46,94%; tỉ lệ đƣờng đất còn rất cao (khoảng 38,71%).

Biểu đồ 1. 1 Đƣờng GTNT toàn quốc theo kết cấu mặt đƣờng

Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ gồm các tỉnh Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng

Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận; tổng km

đƣờng GTNT khoảng trên 28.041 km (5,82% cả nƣớc), trong đó đƣờng huyện

khoảng 4.291 km (15,30%), đƣờng xã khoảng 17.876 km (63,75%) và đƣờng

thôn xóm khoảng 5.874 km (20,95%). Tỉ lệ cứng hóa đƣờng GTNT khu vực

duyên hải Nam Trung Bộ khoảng 60%, còn khoảng 40% đƣờng cấp phối, đất.

Đối với tỉnh Bình Thuận, theo số liệu thống kê, tổng số km đƣờng GTNT

trên địa bàn tỉnh khoảng 3.635 km, trong đó đƣờng huyện khoảng 565,3 km

(chiếm 15,54%), là đƣờng xã, thôn xóm khoảng 3070,53 km (chiếm 84,45%)...

- Về cấp kĩ thuật: Đƣờng GTNT trên địa bàn tỉnh Bình Thuận đạt từ cấp IV

trở xuống; trong đó tỉ lệ đƣờng từ cấp VI đến cấp IV chiếm khoảng 58,79%, chủ

yếu là đƣờng huyện và một số đƣờng trục xã; còn lại là đƣờng đạt loại A, B

GTNT, chủ yếu là đƣờng xã, đƣờng trục thôn xóm (chiếm 41,2%).

Biểu đồ 1. 2 Đƣờng GTNT tỉnh Bình Thuận phân theo cấp kỹ thuật

- Theo số liệu thống kê của tỉnh Bình Thuận, tỉ lệ đƣờng GTNT đƣợc cứng

hóa (đƣờng huyện, đƣờng xã, đƣờng thôn xóm) đạt khoảng 57,64%, trong đó tỉ lệ

đƣờng BTN khoảng 6,32% (tập trung vào các trục chính đƣờng huyện), còn lại là

đƣờng láng nhựa, BTXM khoảng 51,32%; tỉ lệ đƣờng chƣa cứng hóa (cấp phối,

đất) khoảng 42,36% tập trung vào hệ thống đƣờng xã, đƣờng thôn xóm.

Biểu đồ 1. 3 Đƣờng GTNT tỉnh Bình Thuận phân theo kết cấu mặt

- Phƣơng tiện vận tải trên đƣờng GTNT: theo số liệu khảo sát, phƣơng tiện ô

tô vận tải hàng hóa trên đƣờng GTNT có tải trọng phổ biến dƣới 10 tấn, một số

trục đƣờng huyện chính, quan trọng có các loại xe có tải trọng trên 10 tấn lƣu

thông, các tuyến đƣờng huyện tải trọng xe đến 10 tấn, còn lại các trục đƣờng xã

trở xuống đa số là các xe có tải trọng thấp từ 5 tấn trở xuống, đối với vận tải hành

khách khu vực nông thôn thƣờng xử dụng các xe có sức chứa dƣới 24 chỗ ngồi.

Ngoài ra trên một số trục đƣờng xã, đƣờng thôn xóm có sự hoạt động của một số

loại phƣơng tiện phục vụ nông nghiệp nhƣ công nông, máy cày, tuy nhiên số

lƣợng này không nhiều và hoạt động chủ yếu theo mùa.

- Nguồn lực đầu tƣ phát triển GTNT: Chủ trƣơng chung phát triển hệ thống

giao thông nông thôn là nhà nƣớc và nhân dân cùng làm, các trục đƣờng chính,

quan trọng (đƣờng huyện, đƣờng xã chính) nhà nƣớc đầu tƣ 100%, các trục

đƣờng xã, trục đƣờng thôn, xóm nhà nƣớc hỗ trợ một phần kinh phí (có thể bằng

tiền, vật liệu (chủ yếu là xi măng), nhân dân và các doanh nghiệp, tổ chức, cá

nhân trên địa bàn phối hợp thực hiện (bằng tiền, công lao động, đất...).

- Đánh giá chung:

+ Hệ thống đƣờng GTNT chiếm tỉ lệ lớn so với hệ thống đƣờng bộ quốc gia

(khoảng 80% tổng chiều dài đƣờng bộ) cũng nhƣ của khu vực duyên hải Nam

Trung Bộ (khoảng 82,10% chiều dài đƣờng bộ khu vực) và tỉnh Bình Thuận

(khoảng 77,23% chiều dài đƣờng bộ của tỉnh). Nhƣ vậy, hệ thống đƣờng GTNT

là tài sản lớn cần đƣợc quan tâm đầu tƣ xây dựng, bảo trì phục vụ phát triển kinh

tế - xã hội và đời sống ngƣời dân khu vực nông thôn.

+ Cấp kĩ thuật của đƣờng GTNT tƣơng đối đa dạng, ngoài cấp A, B theo

Tiêu chuẩn TCVN10380:2014 (tiêu chuẩn riêng cho đƣờng GTNT), đƣờng

GTNT hiện nay có nhiều đƣờng đạt cấp kĩ thuật VI, V, IV theo tiêu chuẩn thiết kế

đƣờng ô tô (TCVN 4054:2005), tỉ lệ này chiếm đến 58,79% đối với hệ thống

đƣờng GTNT trên địa bàn tỉnh Bình Thuận. Điều này cho thấy xu hƣớng đƣờng

GTNT ngày càng tiếp cận với tiêu chuẩn đƣờng ô tô, đặc biệt đối với các trục

đƣờng huyện, đảm bảo cho các loại phƣơng tiện có trọng tải lớn lƣu thông. Đối

với các đƣờng có cấp kỹ thuật từ cấp VI trở lên có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu tải

trọng đối với các xe tải đến 10 tấn lƣu thông, thậm chí là các xe có tải trọng trên

10 tấn, phù hợp với xu thế chung khi khu vực và tỉnh có chủ trƣơng hiện đại hóa

nông nghiệp – nông thôn, có nhiều đầu mối thu gom, phân phát hàng nông sản

phục vụ các loại phƣơng tiện xe tải có tải trọng lớn. Nhƣ vậy, việc nghiên cứu

tính toán kết cấu đƣờng GTNT không đơn thuần gói gọn trong phạm vi đối với

đƣờng loại A, B theo TCVN10380:2014 [8], mà cần thiết xem xét nghiên cứu

tính toán đƣờng GTNT nhƣ đối với đƣờng ô tô thông thƣờng với cấp hạng kĩ

thuật có thể từ cấp VI đến cấp IV theo tiêu chuẩn TCVN 4054:2005 [25], phục vụ

các loại xe tải có tải trọng đến 10 tấn hoặc lớn hơn.

+ Tỉ lệ cứng hóa đƣờng GTNT cũng ngày càng đƣợc cải thiện, tuy nhiên vẫn

chƣa đƣợc cao, tỉ lệ cứng hóa đƣờng GTNT cả nƣớc đạt khoảng 48,41%, cao hơn

ở khu vực duyên hải Nam Trung Bộ (khoảng 60%) và trên địa bàn tỉnh Bình

Thuận (khoảng 57,64%). Hiện nay, đƣờng GTNT đƣợc cứng hóa chủ yếu bằng

các loại kết cấu thông dụng nhƣ bê tông nhựa, láng nhựa và bê tông xi măng, tuy

nhiên phổ biến nhất là kết cấu mặt đƣờng BTXM chiếm khoảng 17,87% đối với

GTNT cả nƣớc và đến 31,31% đối với GTNT trên địa bàn tỉnh Bình Thuận. Nhƣ

vậy, việc nghiên cứu các loại vật liệu khác dùng cho đƣờng GTNT chƣa đƣợc

nghiên cứu nhiều trên toàn quốc cũng nhƣ trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, điều này

khuyến khích mở ra các hƣớng nghiên cứu mới về các loại vật liệu địa phƣơng

dùng cho đƣờng GTNT vừa đảm bảo các yếu tố kinh tế - xã hội vừa đáp ứng theo

chủ trƣơng trong Chiến lƣợc phát triển GTNT quốc gia, chƣơng trình mục tiêu

quốc gia xây dựng nông thôn mới là tận dụng vật liệu địa phƣơng, nhân lực địa

phƣơng, đảm bảo các yếu tố kinh tế, xã hội, môi trƣờng.

1.3. Tình hình sử dụng vật liệu làm đƣờng trên thế giới và Việt Nam

1.3.1. Trên thế giới

1.3.1.1. Loại đƣờng giao thông nông thôn và kết cấu mặt đƣờng

- Ấn Độ và một số số quốc gia châu Á, châu Phi:

+ Ấn Độ và một số quốc gia châu Á: Đƣờng GTNT cơ bản gồm 2 loại là

đƣờng cấp huyện và đƣờng làng / thôn; thiết kế mặt đƣờng thƣờng gồm 4 lớp: lớp

cơ sở/ nền, lớp móng dƣới, lớp móng trên và lớp mặt. Chiều dày mặt đƣờng thiết

kế phụ thuộc vào cấu tạo định hình và lƣu lƣợng phƣơng tiện; loại kết cấu mặt

đƣờng GTNT căn cứ theo lƣợng mƣa và lƣu lƣợng xe.

Bảng 1. 8 Phân loại kết cấu mặt đƣờng theo lƣợng mƣa [52]

Loại kết cấu mặt

Láng nhựa mỏng Gia cố mặt Cấp phối Cấp phối

Láng nhựa Láng nhựa mỏng Gia cố mặt Cấp phối

Láng nhựa Láng nhựa Láng nhựa mỏng Láng nhựa mỏng

0-50

50 – 100

> 150

Lƣợng mƣa (mm) > 1500 100 – 1500 500 – 1000 0 - 500 Lƣu lƣợng xe/ngày đêm (PCU)

S2 10-50.000 esa

S3 10-50.000 esa

Cấp nền Cấp giao thông

+ Ở Nam Phi: kết cấu đƣờng GTNT ở Nam Phi thiết kế dựa trên tải trọng trục tiêu chuẩn tƣơng đƣơng (esa - Equivalent Standard Axle) và cấp nền [52], cụ thể nhƣ sau:

50.000 esa

Cấp giao thông

Chú giải

Hình 1. 1 Một số kết cấu đƣờng GTNT ở Nam Phi

- Lào và Campuchia: giữa năm 2004 và 2009 SEACAP đã khởi xƣớng hoặc

mở rộng một loạt các thử nghiệm mặt đƣờng đáp ứng lƣu lƣợng tải tải trọng thấp

(tƣơng ứng với đƣờng GTNT) ở Việt Nam, Campuchia và Lào, trong đó có

nghiên cứu ở Campuchia (năm 2001), Lào (năm 2006).

Tại Campuchia, SEACAP đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm và giám sát

10 đoạn đƣờng nông thôn với các lựa chọn bề mặt tỉnh Siem Reap. Tại Lào

SEACAP nghiên cứu thiết kế, xây dựng và giám sát các đoạn đƣờng nông thôn

khoảng 26 km. Các loại kết cấu thử nghiệm gồm láng nhựa hai lớp, láng nhựa

một lớp, đá dăm nƣớc, gạch nung, gạch bê tông, cấp phối.

* Một số kết luận sau khi thực hiện thử nghiệm:

+ Đƣờng cấp phối sỏi không phải là một lựa chọn bền vững trong nhiều môi

trƣờng, đặc biệt với điều kiện địa hình dốc, lƣợng mƣa lớn.

+ Đƣờng đá dăm dễ bị ổ gà hóa hoặc hƣ hỏng dƣới lƣu lƣợng xe nặng và

tiến triển nhanh nếu bị xảy ra thƣờng xuyên, liên tục. Hiện tƣợng nứt ở lớp móng

trên, móng dƣới liên quan đến sự ổn định của xi măng và vôi.

+ Quy trình xây dựng, giám sát kém ảnh hƣởng đến lớn chất lƣợng.

- Nghiên cứu về bê tông cát làm đường ở Châu Âu, Trung Quốc:

Nhiều nƣớc Châu Âu đã nghiên cứu bê tông cát để khắc phục khó khăn về

nguồn cốt liệu tại các quốc gia [48]. Các chuyên gia đã nghiên cứu loại vật liệu bê

tông cát để thay thế BTXM thông thƣờng; thay vì cốt liệu gồm cấp phối đá, cát,

xi măng, bê tông cát sẽ có cốt liệu với thành phần nhiều cát hoặc hoàn toàn bằng

cát. Một số nghiên cứu hàm lƣợng chủ yếu nhƣ: bê tông 70%-80% là cát (Đức), ở

Nga có những nghiên cứu bê tông hoàn toàn sử dụng cát thay thế cho cốt liệu đá,

ở Pháp có nghiên cứu thêm các phụ gia khoáng, klinke trong thành phần bê tông

cát, ở Trung Quốc nghiên cứu cát và bột nghiền từ vỏ sò để chế tạo BTXM hàm

lƣợng nhiều cát…

1.3.1.2. Tình hình sử dụng vật liệu trong xây dựng đƣờng GTNT

Nguyên tắc cơ bản trong xây dựng đƣờng GTNT là sử dụng vật liệu địa

phƣơng nhằm giảm chi phí vận chuyển, tận dụng tài nguyên và nhân lực, giảm

giá thành xây dựng. Sử dụng phế thải công nghiệp để giảm diện tích bãi chứa, tiết

kiệm tài nguyên và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng; các phế thải gồm phế thải

khai thác mỏ, tro, xỉ các nhà máy luyện thép, nhà máy nhiệt điện, trong số đó tro

bay các nhà máy nhiệt điện than đƣợc sử dụng nhiều. Sử dụng tro, xỉ trong xây

dựng đƣờng với khối lƣợng lớn giảm thiểu nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng, hƣớng

đến phát triển bền vững, đặc biệt quan tâm tại các quốc gia nhƣ Mỹ, các nƣớc

châu Âu (Đan Mạch, Hà Lan, Na Uy, Cộng hòa Séc…).

Đơn vị: 1.000 tấn

Bảng 1. 9 Thống kê lƣợng tro, xỉ/ tái sử dụng một số nƣớc Âu-Mỹ [49]

Quốc Gia Cộng hòa Áo Vƣơng quốc Bỉ Cộng hòa Séc Đan Mạch Pháp Đức Hung Ga Ry I ta ly a Hà Lan Na Uy Bồ Đào Nha Thụy Điển Tây Ban Nha Thụy Sĩ Anh Mỹ

Lƣỡng tro có sẵn 225000 ~ 500.000 118.000 644.626 2.995.000 3.140.000 53.000 753.390 1.075.000 197.000 177.918 640.000 250.000 446.478 725.000 9.000.000

Lƣợng tro tái sử dụng - - 105.000 629.278 2.366.000 2.025.700 - 151.180 950.000 102.000 Chôn lấp Chôn lấp - 40.000 410.000 500.000

Tại Mỹ, từ rất lâu có nhiều nghiên cứu về sử dụng tro bay trong xây dựng

đƣờng ô tô, nghiên cứu các phản ứng hóa học giữa tro bay với các vật liệu khác.

Tại Missisipi đã có các dự án nghiên cứu vật liệu sử dụng tro bay thay thế cho vật

liệu bitum, các nghiên cứu đƣợc thực hiện trên cơ sở đánh giá lợi ích kinh tế và

hiệu suất của mặt đƣờng sau khi xây dựng. Dự án xây dựng tuyến đƣờng theo

thiết kế với lƣu lƣợng xe trung bình là 3500 PCU/ngày đêm và ƣớc tính có

khoảng 810.000 kN theo trục đơn (tính theo tiêu chuẩn AASHTO).

Theo nghiên cứu [42], tro bay đã đƣợc sử dụng trên đƣờng bộ và đƣờng cao

tốc liên bang từ đầu những năm 1950, đến năm 1974. Cơ quan Quản lý đƣờng

cao tốc Liên bang của Hoa Kỳ đã khuyến khích sử dụng tro bay trong xây dựng

mặt đƣờng bê tông; việc sử dụng tro bay trong chế tạo bê tông, có lợi ích đáng kể

về môi trƣờng bao gồm: (1) tăng tuổi thọ của đƣờng và kết cấu bê tông bằng cách

cải thiện độ bền của bê tông; (2) giảm sử dụng năng lƣợng và khí nhà kính và khí

thải bất lợi khác khi tro bay đƣợc sử dụng để thay thế xi măng; (3) giảm lƣợng

sản phẩm đốt than phải đƣợc xử lý tại các bãi chôn lấp; (4) bảo tồn các tài nguyên

và vật liệu tự nhiên khác.

Tại nƣớc Anh, tro bay cũng đƣợc nghiên cứu sử dụng nhiều trong xây dựng

đƣờng bộ, tro bay đƣợc sử dụng nhằm cải thiện tính kháng clorua, ngăn chặn

phản ứng silica kiềm… qua đó tăng độ bền của cốt liệu; sử dụng tro bay cũng

đƣợc đánh giá là có lợi thế về kĩ thuật và thƣơng mại, có lợi ích về mặt môi

trƣờng qua việc giải quyết vấn đề cạn kiệt tài nguyên, giảm phát thải CO2, giảm

diện tích chôn lấp, gây ô nhiễm môi trƣờng; tro bay có thể thay thế một phần xi

măng pooc lăng hoặc vôi, hoặc cả hai, là các nguồn phát CO2 cao; sử dụng tro

bay có thể giúp giảm đáng kể lƣợng khí thải nhà kính, cũng nhƣ lợi ích bền vững

liên quan đến độ bền của kết cấu… Bảng dƣới đây có mô tả một số ƣớc tính về

lợi ích tƣơng đối của các hỗn hợp khác nhau.

Bảng 1. 10 Lƣợng khí thải CO2 một số loại hỗn hợp bê tông [65]

Xi măng pooc lăng

Hỗn hợp xi măng pooc

Hỗn hợp thiết kế

(CEMI)

lăng và tro bay (PFA)

Bê tông xi măng mác

280 kg/m3 of CEMI ≡

320 kg/m3 of CEM I+ 30%

Tổng lƣợng CO2 giảm -48 kg/m3

C30/37

241 kg/m3 CO2

PFA ≡ 193 kg/m3 CO2

(-20%)

Bê tông xi măng mác

270 kg/m3 of CEMI

290 kg/m3 of CEMI +

-57 kg/m3

RC25/30 MCC260 W/C

≡ 232 kg/m3 CO2

30% PFA ≡ 175 kg/m3

(-25%)

Xi măng pooc lăng

Hỗn hợp xi măng pooc

Hỗn hợp thiết kế

(CEMI)

lăng và tro bay (PFA)

Tổng lƣợng CO2 giảm

0,65

CO2

C25/30 MCC320 W/C0,55

-137 kg/m3

320 kg/m3 of CEM I + 30%

C40/50 MCC380

(-42%)

PFA≡ 193 kg/m3 CO2

Bê tông xi măng mác

W/C0,40

XS1

395 kg/m3 CEMI ≡ 330

C25/30 MCC260 W/C 0,65

-188 kg/m3

kg/m3 CO2

330 kg/m3 of CEM I + 50%

(-57%)

PFA≡ 142 kg/m3 CO2

Nhiều tuyến đƣờng giao thông tại Anh đƣợc xây dựng có sử dụng tro bay,

trong đó tro bay là thành phần của chất kết dính với vôi, nhƣ tuyến đƣờng A52 tại

Froghall [65], Hình 1.2. tuyến đƣờng này đã khai thác và hoạt động tốt.

Hình 1. 2 Thi công tuyến đƣờng A52 sử dụng tro bay tại Anh

- Sử dụng tro bay trong chế tạo BTXM: sử dụng tro bay trong chế tạo

BTXM có nhiều lợi ích và cải thiện hiệu suất bê tông ở cả trạng thái tƣơi và cứng.

Sử dụng tro bay trong bê tông giúp cải thiện khả năng làm việc của bê tông,

cƣờng độ và độ bền của bê tông cứng. Sử dụng tro bay cũng có hiệu quả chi phí,

khi tro bay đƣợc thêm vào bê tông, lƣợng xi măng pooc lăng giảm đi.

+ Lợi ích cho bê tông tƣơi: tro bay có lợi cho bê tông tƣơi bằng cách giảm

yêu cầu nƣớc trộn, cải thiện khả năng làm việc, các hạt hình cầu của tro bay đóng

vai trò là vòng bi thu nhỏ trong hỗn hợp bê tông, do đó mang lại hiệu quả bôi

trơn. Hiệu ứng này cũng cải thiện khả năng bơm bê tông bằng cách giảm tổn thất

ma sát trong quá trình bơm và khả năng hoàn thiện công việc bằng phẳng.

+ Giảm nƣớc: thay thế xi măng bằng tro bay làm giảm nƣớc, khi tro bay

đƣợc sử dụng khoảng 20% trong tổng lƣợng xi măng, nhu cầu nƣớc sẽ giảm

khoảng 10%; hàm lƣợng tro bay cao hơn sẽ mang lại mức giảm nƣớc cao hơn.

+ Giảm nhiệt hydrat hóa: thay thế xi măng bằng cùng một lƣợng tro bay có

thể làm giảm nhiệt hydrat hóa của bê tông; sự giảm nhiệt này của hydrat hóa

không làm mất đi độ bền hoặc độ bền lâu dài. Nhiệt giảm của hydrat hóa làm

giảm các vấn đề tăng nhiệt trong các vị trí bê tông khối.

+ Bê tông cứng: tro bay phản ứng với vôi và kiềm có sẵn trong bê tông, tạo

ra các hợp chất xi măng bổ sung; các phƣơng trình sau đây minh họa phản ứng

pozzolanic của tro bay với vôi để tạo ra chất kết dính canxi silicat hydrat:

(1.1) Phản ứng xi măng (hidrat hóa): C3S + H → C-S-H + CaOH

Phản ứng puzolan: CaOH + S → C-S-H (1.2)

Phụ gia khoáng đƣợc tạo ra bởi phản ứng tro bay với vôi có sẵn cho phép bê

tông tro bay tiếp tục đạt đƣợc cƣờng độ theo thời gian.

Theo nghiên cứu của Ấn Độ [46], tro bay chứa tỷ lệ đáng kể silica, alumina

có thể đƣợc sử dụng thay thế một phần xi măng pooc lăng, tỷ lệ thay thế từ 20%

đến 30%. Tro bay phản ứng nhƣ một pozzolan với vôi trong xi măng khi nó

hydrat hóa, tạo ra nhiều chất kết dính bền hơn. Kết quả là bê tông làm bằng tro

bay mạnh hơn và bền hơn bê tông truyền thống làm bằng xi măng pooc lăng;

ngoài ra, nó ít bị tấn công hóa học hơn nên phù hợp với khí hậu vùng ven biển.

- Sử dụng tro bay gia cố nền, làm lớp móng, mặt đƣờng: các lớp nền đƣờng

đƣợc gia cố ổn định bằng việc sử dụng hỗn hợp tro bay, nền đất tự nhiên và chất

hoạt hóa (có thể là xi măng hoặc vôi), khi đƣợc phối hợp theo tỉ lệ phù hợp và

đầm nén đúng cách, tạo ra một lớp nền (hỗn hợp) đạt cƣờng độ tốt, ổn định, hỗn

hợp này đƣợc gọi là hỗn hợp pozzolanic.

Tro bay loại C có thể đƣợc sử dụng làm vật liệu độc lập, tro bay loại F có thể

đƣợc sử dụng khi trộn với vôi, xi măng pooc lăng hoặc bụi lò xi măng. Tỷ lệ

nghiên cứu thƣờng cho thấy tỉ lệ phù hợp cho hỗn hợp vôi tro bay loại F là khảng

2% đến 8% vôi trộn với khoảng 10% đến 15% tro bay loại F, ngoài ra, xi măng

pooc lăng loại I khoảng 0,5% đến 1,5% trộn với tro bay để tạo ra đƣợc lớp móng

đƣờng có độ bền và cƣờng độ cao, tận dụng đƣợc các vật liệu địa phƣơng và giảm

chi phí xây dựng mặt đƣờng [37].

Hình 1. 3 Thi công hỗn hợp tro bay làm móng, mặt đƣờng [62], [63]

Khả năng cho phép trộn tại chỗ và ít khống chế thời gian thi công của tro

bay khi sử dụng làm vật liệu gia cố đất cho phép tro bay có thể đƣợc sử dụng làm

vật liệu gia cố đất tại chỗ. Việc sử dụng tro bay cho các lớp đất tại chỗ làm tăng

cƣờng độ của đất, giảm hiệu ứng trƣơng nở, tăng tính ổn định và cho phép giảm

độ ẩm trong quá trình đầm nén đất. Ứng dụng này của tro bay cho phép tận dụng

tối đa vật liệu địa phƣơng, thích ứng với tất cả các vùng nền đào trong phạm vi

hoạt động của nền đƣờng.

Hình 1. 4 Thi công gia cố tro bay – đất làm nền đƣờng [60], [66]

Tro bay sử dụng làm chất độn khoáng: tro bay có thể đƣợc sử dụng làm chất

độn khoáng hiệu quả với chi phí kinh tế trong các ứng dụng làm nhựa đƣờng

nóng. Tro bay có đặc tính kỵ nƣớc (không thấm nƣớc), khi sử dụng làm chất độn

khoáng sẽ làm tăng độ cứng của hỗn hợp vật liệu, cải thiện độ bền của hỗn hợp,

tăng khả năng chống rạn nứt mặt đƣờng.

1.3.2. Ở Việt Nam

Chƣơng trình thử nghiệm mặt đƣờng GTNT [52] là một hợp phần nghiên

cứu tiếp theo của dự án GTNT2 (do DFID và Ngân hàng thế giới tài trợ), đƣợc

triển khai thử nghiệm trong giai đoạn 2004 – 2006 và theo dõi khả năng hoạt

động của các đoạn đƣờng thử nghiệm trong giai đoạn 2007 – 2009. Mục tiêu

chung của dự án là điều tra, khảo sát thực trạng kết cấu mặt đƣờng GTNT theo

các điều kiện khí hậu, địa hình, lƣu lƣợng, tải trọng, vật liệu địa phƣơng nhằm

xây dựng các phƣơng án mặt đƣờng thay thế mang tính bền vững. Nghiên cứu thử

nghiệm đƣợc triển khai tại 5 vùng: đồng bằng sông Cửu Long (Đồng Tháp, Tiền

Giang), duyên hải miền Trung (Hà Tĩnh, Quảng Bình, Thừa Thiên Huế, Đà

Nẵng), miền núi phía Bắc, đồng bằng sông Hồng (Tuyên Quang, Hƣng Yên, Ninh

Bình), Tây Nguyên (Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông).

- Chƣơng trình thử nghiệm: Sử dụng vật liệu sẵn có hoặc sản xuất tại địa

phƣơng để giảm chi phí vận chuyển, giảm tác hại đối với đƣờng trong quá trình

vận chuyển. Sử dụng lao động địa phƣơng, nhà thầu địa phƣơng.

- Một số phƣơng án vật liệu đƣợc thử nghiệm: Bê tông xi măng thƣờng, bê

tông xi măng cốt tre, bê tông cốt thép, láng nhựa.

- Trong quá trình theo dõi, giám sát thử nghiệm, các thông số đánh giá đƣợc

nghiên cứu nhƣ chỉ số mức độ xuống cấp (RCDI), chỉ số mức độ xuống cấp đơn

lẻ (CDIs), chỉ số phạm vi xuống cấp liên quan (DEI) và đƣa ra khuyến cáo cụ thể

loại vật liệu phù hợp với điều kiện địa lý, địa hình từng vùng, từng tỉnh.

Nghiên cứu thử nghiệm mặt đƣờng gia cố đất bằng chất phụ gia RoadCem

(Hà Lan sản xuất) [50], Viện Thủy công nghiên cứu tuyến đƣờng xã thuộc xã

Lƣơng Tài, huyện Văn Lâm, tỉnh Hƣng Hƣng Yên (2015). Đặc tính của chất phụ

gia là bên cạnh các thành phần chính có trong quá trình thủy hóa xi măng, tốc độ

phản ứng cũng nhƣ sự phân bố các sản phẩm thủy hóa có sự thay đổi do tác dụng

của phụ gia, tạo tinh thể hydoxit canxi ở mức độ khác nhau, giảm tỏa nhiệt; các

tinh thể tạo ra ngay trong quá trình phản ứng, tạo thành các lƣới tinh thể tốt hơn.

Khi có sử dụng phụ gia, lƣợng nƣớc dƣới dạng nƣớc tự do giảm đi và các tinh thể

xâm nhập vào trong các khoảng trống, làm giảm tính thấm và tăng sức kháng chịu

với sự tấn công của nƣớc liên kết, tăng khả năng chịu nén, tăng tính đàn hồi và

khả năng chống phá vỡ của hỗn hợp vật liệu.

Hình 1. 5 Phản ứng nƣớc và xi măng khi có phụ gia RoadCem

Do tác dụng của phụ gia RoadCem, nƣớc tác dụng triệt để với hạt xi măng

hình thành Silicat Canxi theo phản ứng (1.3), chọc thủng màng ngăn tạo ra bởi xi

măng và hạt đất làm cho xi măng đƣợc thủy hóa mạnh hơn, tạo ra các liên kết

dạng sợi trong cấu trúc, cải thiện mặt cƣờng độ.

(1.3) 2(CaO)3.SiO2 + 7H2O = (CaO)3.2(SiO2).4H20 + 3Ca(OH)2

Hình 1. 6 Tác dụng phá vỡ màng ngăn giữa xi măng và hạt đất

Hình 1. 7 Thi công đƣờng gia cố đất bằng công nghệ Roadcem

Kết quả thử nghiệm đƣờng GTNT ở Hƣng Yên có sử dụng chất phụ gia

RoadCem đảm bảo các yêu cầu về cƣờng độ, khả năng khai thác tốt; tuy nhiên có

nhƣợc điểm là cần sử dụng máy đặc chủng để thi công (máy phay đất – dải vật

liệu) và sử dụng phụ gia độc quyền.

Nghiên cứu sử dụng cát duyên hải miền Trung kết hợp tro bay Phả Lại làm

mặt đƣờng BTXM cát trong xây dựng đƣờng GTNT [42]: Đề tài do tiến sĩ

Nguyễn Thanh Sang nghiên cứu trong năm 2011-2012, đã nghiên cứu đƣợc cấu

trúc, thành phần vật liệu để chế tạo bê tông cát, trong đó có nghiên cứu cát khu

vực từ Hà Tĩnh đến Quảng Nam và đã thử nghiệm kết cấu trên đoạn đƣờng

khoảng 200 m (xã Nghi Liên, Vinh) đảm bảo tốt trong quá trình khai thác.

Nghiên cứu sử dụng tro bay kết hợp xi măng làm móng, mặt đƣờng ô tô

[46], đã thực hiện xây dựng thí điểm 100 m mặt đƣờng bê tông xi măng có sử

dụng tro bay (với hàm lƣợng 70% xi măng +30% tro bay) tại Km24+400 ÷

Km24+500, đƣờng 18 (Phả Lại), chất lƣợng khai thác đảm bảo yêu cầu.

Nghiên cứu xây dựng nền đƣờng GTNT tại chỗ bằng đất gia cố với puzolan

tự nhiên, xi măng và vôi [50], đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu

cơ lý vật liệu puzolan tự nhiên tại Đắk Nông, kết quả đất tại khu vực sau khi gia

cố có cấu trúc ổn định khi tác dụng với nƣớc, tăng khả năng chịu lực trong điều

kiện ngập nƣớc; đất gia cố bằng puzolan - xi măng - vôi có các chỉ tiêu cơ

học (Rn, Rech, E) tăng nhanh trong 28 ngày đầu và có xu hƣớng phát triển chậm

dần sau 28 ngày, qua đó lựa chọn hai cấp phối P10C5L4 (10% puzolan + 5% xi

măng + 4% vôi) và P8C5L2,5 (8% puzolan + 5% xi măng + 2,5% vôi) có cƣờng

độ kháng nén và mô đun đàn hồi đạt độ bền cấp II theo TCVN 10379:2014,

cƣờng độ kéo khi ép chẻ đạt độ bền cấp III đảm bảo làm lớp móng đƣờng GTNT.

Nghiên cứu cũng đã lựa chọn loại cấp phối P8C5L2,5 để thi công thử nghiệm

2000 m đƣờng GTNT tại xã Đắk Nia, thị xã Gia Nghĩa tỉnh Đắk Nông, kết quả

cho thấy công tác lu lèn đạt yêu cầu thiết kế độ chặt K > 0,98; Mô đun đàn hồi

chung của áo đƣờng đạt tiêu chuẩn thiết kế tƣơng đƣơng cấp VI theo TCVN

4054:2005, cƣờng độ kháng nén của mẫu khoan tại hiện trƣờng > 1 MPa đạt độ

bền cấp II theo tiêu chuẩn TCVN 10379:2014, cƣờng độ ép chẻ đạt độ bền cấp III

theo TCVN 10379:2014 đảm bảo yêu cầu kĩ thuật làm lớp móng đƣờng GTNT;

nghiên cứu cũng tính toán và so sánh với mặt đƣờng bê tông xi măng truyền

thống giảm đƣợc khoảng 20% về giá thành xây dựng.

Năm 2005, nghiên cứu gia cố vật liệu đất tại chỗ bằng xi măng kết hợp tro

bay làm móng đƣờng tại tỉnh Tây Ninh [47], kết quả lớp đất gia cố xi măng kết

hợp tro bay đáp ứng yêu cầu sử dụng của vật liệu làm móng đƣờng.

Theo nghiên cứu đề tài độc lập cấp nhà nƣớc, mã số 2012-T/15 của Viện

Khoa học và Công nghệ GTVT [51], nghiên cứu thực nghiệm kết cấu đá dăm gia

cố xi măng có phụ gia tro bay (tỉ lệ tro bay/xi măng ở các khoảng 0%, 10%, 15%,

20%, 30%) và xác định đƣợc tỉ lệ tro bay/xi măng khoảng 20% phù hợp làm lớp

kết cấu chịu lực chính cho mặt đƣờng GTNT.

Theo nghiên cứu của tác giả Bùi Tuấn Anh năm 2016 [45], sử dụng hợp lý

tro thải của nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đƣờng ô tô; tác giả đã

nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm hiện trƣờng đối với vật liệu gia cố đất + tro

thải (nhiệt điện Cao Ngạn) gia cố xi măng (với tỉ lệ đất : tro thải : xi măng =

100:9:4) làm lớp móng đƣờng GTNT cho môt số tuyến đƣờng GTNT tại các xã

Hồng Thái Tây (huyện Đông Triều), xã Tiền An (huyện Yên Hƣng); kết quả kết

cấu đảm bảo các điều kiện kĩ thuật đối với đƣờng GTNT, tính toán giảm đƣợc

khoảng 20% giá thành xây dựng so với lớp móng cấp phối đá dăm tiêu chuẩn

cùng cấp kĩ thuật đƣờng.

Theo nghiên cứu của tác giả Lê Văn Bách năm 2006 [54], nghiên cứu sử

dụng cát biển khu vực Mũi Né và cát biển Vũng Tàu làm BTXM, tác giả đã chỉ ra

cát biển thí nghiệm là các loại cát mịn, có hàm lƣợng muối NaCl thấp (khoảng

0,01%) và đã so sánh việc dùng cát biển với cát vàng Đồng Nai trong chế tạo

BTXM với việc dùng xi măng pooc lăng và xi măng bền sunfat.

Theo nghiên cứu của tác giả Lê Văn Tuấn [53], đã trình bày các cơ sở lý

luận về sử dụng trong xỉ lò nhiệt đốt than làm vật liệu thay thế trong xây dựng,

trong đó có nêu rõ đặc tính và khả năng tái sử dụng tro xỉ nhƣ làm vật liệu san

lấp, làm phụ gia cải thiện độ bền của bê tông (tro bay có thể thay thế từ

15%÷30% xi măng), làm phụ gia hoặc cốt liệu trong xây dựng đƣờng, xây dựng

kè hoặc các loại vật liệu xây dựng khác (gạch không nung…). Tác giả cũng phân

tích hiệu quả sử dụng tro xỉ khi thay thế vật liệu xây dựng khác nhƣ tăng hiệu quả

kinh tế, hiệu quả xã hội và hiệu quả môi trƣờng.

1.4. Định hƣớng nghiên cứu của Luận án

Từ các phân tích tổng quan, có thể rút ra một số kết luận chính sau đây:

Hệ thống đƣờng GTNT là tài sản lớn trong hệ thống đƣờng bộ quốc gia,

tổng số khoảng 481.829 km, chiếm đến 80% tổng mạng lƣới đƣờng bộ. Khu vực

duyên hải Nam Trung Bộ có khoảng 28.041 km đƣờng GTNT (8,22% đƣờng

GTNT cả nƣớc), trong đó hệ thống đƣờng huyện khoảng 15,3%, đƣờng xã

khoảng 63,75%, đƣờng thôn xóm khoảng 20,95%. Giao thông nông thôn tỉnh

Bình Thuận có khoảng 3.635 km, đƣờng huyện khoảng 565,3 km (15,54%), còn

lại là đƣờng xã, thôn xóm khoảng 3070,53 km (84,46%), nhƣ vậy tỉ lệ đƣờng

huyện, đƣờng xã tại khu vực Nam Trung Bộ, tỉnh Bình Thuận cao, đặc biệt tỉ lệ

cứng hóa còn thấp, GTNT toàn vùng Nam Trung Bộ mới đạt khoảng 60%, tỉnh

Bình Thuận mới đạt 57,64%. Nhƣ vậy để đạt mục tiêu chƣơng trình quốc gia xây

dựng nông thôn mới, cũng nhƣ thực hiện chủ trƣơng hiện đại hóa nông nghiệp –

nông thôn của Nhà nƣớc, khối lƣợng cứng hóa mặt đƣờng trong khu vực và tỉnh

Bình Thuận còn rất lớn, đặt ra vấn đề cần nghiên cứu các nguồn lực về kinh tế, kỹ

thuật và vật liệu mới tại địa phƣơng.

Đƣờng GTNT có cấp kĩ thuật từ cấp IV trở xuống, đƣờng huyện chủ yếu đạt

cấp VI, V, IV hoặc cấp A), đƣờng xã, đƣờng thôn đạt cấp A, B; kết cấu mặt

đƣờng GTNT chủ yếu là đƣờng láng nhựa, BTXM; cấp phối, đất (đƣờng thôn,

xóm); một số trục đƣờng huyện quan trọng có kết cấu mặt đƣờng BTN. Tỉ lệ

đƣờng GTNT từ cấp VI đến cấp IV mới đạt khoảng 58,79%, còn lại đạt các cấp

A, B, C trên 40%; trong khi đó với yêu cầu đƣờng GTNT đƣợc ứng xử nhƣ

đƣờng ô tô thông thƣờng, đặc biệt là các tuyến đƣờng huyện, xã quan trọng có

các loại xe tải trọng trục đến 10 tấn và trên 10 tấn lƣu thông thì cần nâng cấp

nhiều trục đƣờng GTNT từ các cấp A, B, C lên tối thiểu cấp VI.

Đƣờng GTNT đặc biệt đƣợc khuyến khích sử dụng vật liệu địa phƣơng trong

xây dựng vừa đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, vừa đảm bảo các yếu tố về môi

trƣờng nhƣ tận dụng vật liệu địa phƣơng, sử dụng tro xỉ, đất cát ven biển... Một

số nghiên cứu của các tổ chức nƣớc ngoài (WB) hay các nghiên cứu độc lập trong

nƣớc có đề xuất nhiều thử nghiệm về vật liệu và công nghệ làm đƣờng GTNT

nhƣ tại các tỉnh miền Bắc, Trung, Tây Nguyên, đồng bằng sông Cửu Long làm

tiền đề nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phƣơng khu vực Nam Trung Bộ thuộc

nghiên cứu của Luận án này.

- Trên thế giới có nhiều nghiên cứu sử dụng tro bay trong các hoạt động xây

dựng nhƣ sản xuất vật liệu xây dựng (gạch lát, gạch block…), đặc biệt nhiều quốc

gia đã sử dụng tro bay trong xây dựng công trình giao thông nhƣ chế tạo bê tông

xi măng, bê tông nhựa hay vật liệu gia cố làm các lớp móng đƣờng, gia cố nền đê,

nền đất cũng nhƣ làm vật liệu san lấp mặt bằng công trình.

- Việc sử dụng tro bay trong các hoạt động xây dựng cũng đã góp phần tích

cực giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, hƣớng đến phát triển bền vững nhƣ giảm

diện tích các khu tập kết, chôn lấp tro bay, giảm sử dụng năng lƣợng, khí nhà

kính (giảm lƣợng khí thải CO2, SO2 ra môi trƣờng), ngoài ra đã góp phần giảm

lƣợng xi măng trong hỗn hợp sử dụng, giảm giá thành xây dựng.

Một số vấn đề cần nghiên cứu thêm, giải quyết trong Luận án:

- Nghiên cứu GTNT tỉnh Bình Thuận: nghiên cứu về thực trạng mạng lƣới

đƣờng GTNT, các tiêu chuẩn áp dụng, các loại kết cấu, tỉ lệ cứng hóa mặt đƣờng.

- Nghiên cứu về nguồn vật liệu cát đỏ, tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân

tại khu vực tỉnh Bình Thuận.

- Nghiên cứu sử dụng hai nguồn vật liệu tại địa phƣơng và cũng là nguồn

gây ô nhiễm môi trƣờng (đặc biệt là tro bay) trong xây dựng đƣờng GTNT áp

dụng cho tỉnh Bình Thuận, gồm:

+ Nghiên cứu cát đỏ gia cố xi măng và tro bay là lớp móng đƣờng GTNT.

+ Nghiên cứu sử dụng cát đỏ, tro bay chế tạo bê tông hạt nhỏ làm lớp mặt

đƣờng GTNT.

+ Nghiên cứu đề xuất một số dạng cấu mặt đƣờng GTNT, gồm các kết cấu

dùng cho đƣờng huyện, đƣờng xã áp dụng cho tỉnh Bình Thuận.

+ Phân tích sơ bộ tính kinh tế, môi trƣờng đối với các dạng vật liệu đề xuất.

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng tổng hợp các phƣơng pháp sau:

- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: phân tích và tổng hợp lý thuyết về cấp

phối, vật liệu gia cố, bê tông hạt nhỏ.

- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thực nghiệm trong

phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát đỏ gia cố xi măng + tro bay và bê tông

hạt nhỏ sử dụng cát đỏ, cát nghiền, tro bay, xi măng.

- Phƣơng pháp thống kê, điều tra, chuyên gia trong lĩnh vực GTNT.

- Phƣơng pháp nghiên cứu tƣơng tự đề xuất, phân tích một số kết cấu điển

hình cho đƣờng GTNT cấp huyện và cấp xã áp dụng cho tỉnh Bình Thuận.

Các phƣơng pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học cho Luận án.

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CƢỜNG ĐỘ CỦA VẬT

LIỆU GIA CỐ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ VÀ BÊ TÔNG HẠT NHỎ

Tính chất cơ lý của vật liệu gia cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành

phần khoáng vật, cấp phối đất (cát), hàm lượng nước, xi măng, các chất độn, phụ

gia… Thành phần cấp phối liên quan đến độ chặt, trong khi độ chặt ảnh hưởng

tới cường độ nén, ép chẻ, kéo uốn… của vật liệu, do vậy dưới đây nghiên cứu

sinh trình bày các vấn đề cơ bản liên quan đến nội dung này.

2.1. Cơ sở lý thuyết về độ chặt

Cƣờng độ của đất và vật liệu rời liên quan chặt chẽ đến độ chặt, khi độ chặt

tăng lên, diện tiếp xúc và ma sát giữa các hạt tăng lên, dẫn đến cƣờng độ tăng lên,

cải thiện các chỉ số c, φ…

* Lý thuyết đƣờng cong cấp phối Fuller:

Cấp phối cốt liệu là mối quan hệ giữa kích cỡ sàng tiêu chuẩn Xi(mm) và

tổng lƣợng lọt sàng Yi(Xi). Cấp phối hạt ảnh hƣởng đến tính công tác, sự ổn định,

độ bền của hỗn hợp vật liệu cấp phối, khả năng thoát nƣớc… Nghiên cứu tối ƣu

hóa cấp phối cốt liệu trên cơ sở tiếp cận đƣờng cong cấp phối lý tƣởng để đƣa ra

một hỗn hợp cốt liệu có độ chặt tốt. Có nhiều lý thuyết cơ sở về thành phần hạt,

nhƣ Caquot và Faury, Papovic-Anderson, B.B. Okhotina và N.N. Ivanov, Talbot,

Weymouth… đƣợc nghiên cứu dựa trên cả lý thuyết và thực nghiệm; trong đó lý

thuyết về đƣờng cong Fuller đƣợc nghiên cứu và ứng dụng tƣơng đối phổ biến.

Theo lý thuyết dƣờng cong cấp phối Fuller, điển hình mô tả dƣới dạng đồ thị

parabol, nguyên lý chung là các lỗ rỗng giữa các hạt lớn đƣợc điền đầy bởi các

hạt nhỏ hơn kế tiếp và cứ từ trên xuống nhằm tạo đƣợc một hỗn hợp ở trạng thái

ẩm tốt nhất.

Phƣơng trình toán học chung sử dụng tính toán cho đƣờng cong cấp phối

nhƣ các phƣơng trình (2.1), (2.2) dƣới đây:

(2.1) y = f(d) =

i + (100-g)dr

(2.2) y = gdr

Trong đó:

- y là tọa độ của đƣờng cong cấp phối tại cỡ sàng d, trên tổng lƣợng lọt

sàng;

- D là kích cỡ hạt lớn nhất;

- dr = d/D là tỷ số mối tƣơng quan kích cỡ hạt ;

- g, i, h: các hệ số điều chỉnh chi tiết và độ thô của cấp phối giả thuyết;

Theo đó, khi g = 0 và h = 0,5, thì công thức (2.1) và (2.2) chính là công thức

Fuller là các công thức (2.3), (2.4) và đƣợc mô tả nhƣ Hình 2.1 dƣới đây:

(2.3) y = 100

Với cấp phối tổng quát là:

(2.4) y = 100

Trong đó: h là hệ số tổng quát hóa của đƣờng cong Fuller. Hệ số h càng

nhỏ, thì càng có nhiều hạt mịn hơn trong cấp phối Fuller. Hệ số Fuller trong các

lý thuyết ứng dụng về sau thƣờng đƣợc dùng là n.

Hình 2. 1 Đƣờng cong Fuller với các hệ số h khác nhau

Trong nghiên cứu của Luận án, các kích cỡ hạt của cát đỏ, cát nghiền và tro

bay nghiên cứu dựa trên đƣờng cong cấp phối Fuller.

* Lý thuyết cấp phối lý tưởng của Talbot:

Công thức đƣờng cong cấp phối lý tƣởng:

P = (2.5)

Trong đó:

+ P: tỉ lệ % hạt lọt qua các lỗ sàng;

+ d: kích thƣớc các lỗ sàng vuông (mm);

+ D: kích cỡ hạt lớn nhất;

+ n: hệ số thức nghiệm;

Trên cơ sở nghiên cứu của Tabot và Fuller tƣơng đƣơng nhau khi điều chỉnh

hệ số thực nghiệm bằng 0,5.

* Lý thuyết cấp phối lý tưởng của Weymouth:

Công thức đƣờng cong cấp phối lý tƣởng:

Vs = 0,296*Vs’ (2.6)

Trong đó:

+ Vs: thể tích tuyệt đối của hạt có kích thƣớc d;

+ Vs’: thể tích tuyệt đối của hạt có kích thƣớc D;

Với lý thuyết này, các hạt chèn có thể tích bằng 29,6% không gian thừa còn

lại của cỡ hạt kề trƣớc nó đã choán chỗ thì cấp phối sẽ có độ chặt lớn nhất.

* Lý thuyết cấp phối của N.N.Ivanov:

- Độ rỗng của các cấp phối làm bằng một số thành phần hạt (ví dụ cát và đá

dăm), trong đó các hạt có kích cỡ gần nhau và chênh nhau 2 lần sẽ nhƣ nhau khi

tỉ lệ khối lƣợng của các loại hạt trong cấp phối bằng nhau. Nói cách khác, khi

cùng tăng hoặc cùng giảm kích thƣớc của tất cả các loại hạt trong cấp phối với số

lần nhƣ nhau thì độ rỗng của cấp phối không thay đổi.

- Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất nếu kích thƣớc các loại hạt chèn vào lỗ

rỗng của các loại hạt to hơn có kích thƣớc nhỏ hơn 16 lần kích thƣớc hạt kề trƣớc

nó và khối lƣợng của loại hạt sau (nhỏ hơn) bằng 43% khối lƣợng của các loại hạt

kề trƣớc nó (lớn hơn), có nghĩa là nếu hạt to có kích thƣớc là 16 mm ÷ 32 mm thì

các loại hạt sau có kích thƣớc lần lƣợt là 1 mm ÷ 2 mm; 0,06 mm ÷ 0,12 mm;

0,004 mm ÷ 0,008 mm.

- Khi chọn một cấp phối có các loại hạt có kích thƣớc giảm đi 8 lần, 4 lần và

2 lần, độ rỗng của cấp phối sẽ lớn hơn và khối lƣợng của vật liệu hạt nhỏ chèn

vào sẽ tăng lên. Nhƣ vậy, khi chèn vào lỗ rỗng bằng những loại hạt lần lƣợt nhỏ

đi 8 lần, 4 lần và 2 lần thì cấp phối sẽ có độ rỗng lớn hơn và tỷ lệ khối lƣợng cỡ

hạt chèn bằng 55%, 66% và 81% khối lƣợng các loại hạt trƣớc (hạt to hơn).

- Nếu trộn thêm vào các cấp phối trên bất kỳ loại hạt trung gian nào thì độ

rỗng tăng lên, nhƣng nếu trộn thêm vào cấp phối loại vật liệu mà thành phần và tỉ

lệ khối lƣợng các loại hạt giống nhau nhƣ cấp phối đó thì độ rỗng của nó sẽ

không thay đổi.

- Các giá trị 43%, 55%, 66%, 81% (0,43; 0,55; 0,66; 0,81) gọi là các hệ số

khối lƣợng giảm dần K. Nếu mở rộng phạm vi hệ số K=0,65 ÷ 0,9 thì độ rỗng cấp

phối chỉ thay đổi khoảng 2%.

* Đánh giá chung:

Các nƣớc xã hội chủ nghĩa trƣớc đây hay dùng lý thuyết của N.N.Ivanov,

tuy nhiên hiện nay đa số ở các nƣớc châu Âu, Mỹ cũng nhƣ các nƣớc châu Á

trong đó có Việt Nam, theo xu hƣớng hội nhập quốc tế thƣờng sử dụng các tiêu

chuẩn AASHTO, ASTM, ACI, nên thƣờng nghiên cứu và sử dụng lý thuyết cấp

phối Fuller để tính toán.

2.2. Lý thuyết cơ sở về chất kết dính và vật liệu gia cố

- Chất kết dính vô cơ:

Chất kết dính vô cơ là những vật liệu dạng hạt mịn (bột) khi nhào trộn với

nƣớc hoặc dung môi thích hợp cho hỗn hợp dẻo có thể gắn kết các vật liệu rời lại

với nhau. Thuộc dạng này gồm có xi măng, vôi (vôi nghiền) hoặc xi măng kết

hợp tro bay, các phụ gia (nếu có).

- Đất gia cố chất kết dính vô cơ:

Đất gia cố chất kết dính vô cơ hình thành trên cơ sở trộn đều một tỷ lệ nhất

định chất kết dính vô cơ với đất đã đƣợc làm nhỏ ở một độ ẩm tốt nhất, san rải và

lu lèn chặt đƣợc hỗn hợp có một cƣờng độ nhất định. Chất kết dính vô cơ thƣờng

đƣợc sử dụng là các chất kết dính nhƣ xi măng, vôi, các phế liệu công nghiệp.

Thành phần chủ yếu thƣờng có SiO2, Al2O3 và CaO dƣới dạng tinh thể và vô định

hình; các ôxít này quyết định các chỉ tiêu chính của chất kết dính, hỗn hợp vật

liệu gia cố dùng biểu đồ tam giác ba cạnh Cao, SiO2, và Al2O3 để so sánh các chất

kết dính vô cơ [39].

- Chất kết dính rắn trong nước:

Chất kết dính rắn trong nƣớc (liên kết thủy hóa) là những khoáng vật kết hợp

với nƣớc tạo thành vữa ngƣng kết, đông cứng; khi phản ứng với nƣớc tạo thành

những thành phần thủy hoá ổn định, ít tan trong nƣớc, có lực liên kết tốt giữa

chúng và giữa chúng với các hạt đất, hình thành cƣờng độ của hỗn hợp gia cố

chất kết dính vô cơ; để tăng cƣờng liên kết có thể trộn thêm chất xúc tác thƣờng

là bazơ mạnh nhƣ xi măng, vôi thuỷ, tro bay sunfat – vôi, xỉ lò cao…

+ Chất phụ gia vô cơ hoạt tính: là những khoáng vật tác dụng với nƣớc và

vôi tạo thành những thành phần thuỷ hoá ổn định, ít tan trong nƣớc, gồm Puzơlan

tự nhiên, tro bay Silic –alumin, sét nung non, đá trầm tích điatômit…

+ Sự hình thành cƣờng độ và tính ổn định nƣớc của hỗn hợp vật liệu hạt gia

cố chất liên kết vô cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng của vật liệu hạt,

phƣơng pháp gia cố, các phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa các chất kết

dính với vật liệu khoáng và quá trình trao đổi ion giữa chúng…

+ Trong vật liệu hạt thƣờng tồn tại khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật

thứ sinh, khoáng vật nguyên sinh hình thành do đá bị phong hóa vật lý, khoáng

vật thứ sinh hình thành do khoáng vật nguyên sinh bị phong hóa hóa học, quá

trình phong hóa tạo nên sản phẩm khoáng thứ sinh có tính chất khác so với

khoáng nguyên sinh ban đầu nhƣ các khoáng vật sét, các ô xít nhôm, ô xít sắt…

Trong quá trình gia cố, các khoáng vật nguyên sinh chỉ đóng vai trò của khung

cốt liệu, không tham gia vào quá trình trao đổi ion hay tƣơng tác hóa học với các

chất kết dính.

+ Ảnh hƣởng về cƣờng độ: các thành phần hữu cơ nguồn gốc từ động thực

vật bị mục ruỗng phân hủy nhƣ than bùn (phân hủy một phần), mùn hữu cơ (phân

hủy hoàn toàn) ƣa nƣớc tạo nên hỗn hợp vật liệu có tính hút nƣớc mạnh, tính ép

co lớn và giảm tính thấm thoát nƣớc của đất, gây bất lợi khi gia cố, do vậy để

đảm bảo cƣờng độ tốt, ổn định, phải đƣợc xử lý trƣớc khi gia cố.

- Hạt sét – keo (hạt keo có kích cỡ dưới 10-4mm):

Hỗn hợp vật liệu hạt có tỷ lệ hạt sét – keo càng lớn (>30% khối lƣợng) thì

quá trình hóa keo càng trở nên rõ rệt; ở trạng thái ẩm ƣớt, sét là hệ phân tán trong

đó các hạt khoáng là pha phân tán, dung dịch chứa trong lỗ rỗng giữa các hạt là

môi trƣờng phân tán; bất kỳ một hệ hạt phân tán nào cũng có năng lƣợng bề mặt

nhất định đo bằng tích số giữa sức căng bề mặt ở ranh giới hai pha (cứng và lỏng)

với trị số tổng diện tích bề mặt của tất cả các hạt phân tán. Năng lƣợng bề mặt của

hỗn hợp đƣợc tạo ra do tổng diện tích hay là tỷ diện của hạt; năng lƣợng này có

thể hút và giữ chặt các phân tử và các hạt keo của những chất khác từ môi trƣờng

hoặc lỗ rỗng xung quanh. Hiện tƣợng hút bề mặt này gọi là sự hấp phụ và các vật

chất đƣợc nghiền nhỏ trở thành có tính hấp phụ. Đất chứa nhiều hạt nhỏ (sét –

keo) và đƣợc nghiền nhỏ sẽ có khả năng hấp phụ các phân tử liên kết đƣợc trộn

thêm vào. Khả năng hấp phụ có thể gồm: khả năng hút cơ học, khả năng hút vật

lý, khả năng hút hóa học [36].

Các hạt sét keo có cấu trúc mang điện phức tạp, có khả năng trao đổi ion

với phân tử của các chất khác trong dung môi của hệ phân tán; lớp khuếch tán

càng dày thì đất càng phân tán dẫn đến tính chất cơ lý của đất càng kém (tính dẻo,

+ > K+ > Na+.

tính nở co và ép co của đất tăng nên). Tại lớp khuếch tán C, vùng càng xa bề mặt lực hút tĩnh điện từ lõi càng giảm tạo ra khả năng trao đổi ion+ với môi trƣờng

xung quanh, làm cho bề dày lớp khuếch tán thay đổi, thay đổi tính chất cơ lý của > Al+++ > H+ > Ba++ lớp vật liệu. Khả năng trao đổi ion xếp theo thứ tự sau: Fe+++ > Ca++ > Mg++ > NH4

Nhƣ vậy, để gia cố vật liệu đáp ứng các yêu cầu về cƣờng độ, độ ổn định, sử

dụng làm các lớp kết cấu móng, mặt đƣờng, cần phải nghiên cứu cấu tạo lý hóa

loại vật liệu gia cố, loại chất kết dính, phƣơng pháp gia cố và thực hiện thí

nghiệm phân tích.

2.3. Sự hình thành cƣờng độ của đất gia cố vôi

Theo các phản ứng hóa học và vật lý, sự hành thành cƣờng độ của đất gia cố

vôi mô tả nhƣ sau:

có

- Phản ứng trao đổi ion+ hoá trị một A+ ở lớp khuếch tán các hạt lấy các ion Ca++

trong vôi: khi vôi phản ứng trong nƣớc, phân tử vôi phân ly thành các ion: Ca(OH)2  Ca++ + 2 (OH)- theo các phản ứng hóa học (2.7), (2.8).

- Quá trình trao đổi ion xảy ra nhƣ sau:

Đất chứa ion Ca++ +A+ Đất chứa ion A+ + Ca (OH)2 (2.7)

Đất chứa ion Ca++ +2AOH Đất chứa ion A+ + Ca (OH)2 (2.8)

Trong quá trình phản ứng, ion A+ có thể là các ion H+, Na+, K+…, kết quả

của quá trình phản ứng hóa lý dẫn tới bề dày lớp khuếch tán của các hạt đất sẽ

giảm đi, hiện tƣợng kết hạt xảy ra, đất giảm tính dẻo, tăng cƣờng độ và độ ổn

định nƣớc.

(2.9) Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O

(2.10) Ca(OH)2 + nH2O Ca(OH)2.nH2O

- Quá trình cacbonat hoá vôi khi vôi hút CO2 trong không khí và trong lỗ rỗng

của đất theo phản ứng (2.9); phản ứng cácbônát hoá chỉ có thể xảy ra khi có nƣớc,

CaCO3 là chất kết tinh rắn chắc, tác dụng gia cố đất.

- Quá trình tự kết tinh của Ca(OH)2 bão hòa trong nƣớc theo phản ứng hóa

học (2.10).

Nhƣ vậy, vôi trong nƣớc sẽ từ thể keo chuyển dần sang thể kết tinh kết hợp

với đất làm cho đất mang tính toàn khối, vững chắc, tăng tính ổn định.

- Do tác dụng hoá học giữa vôi và các hợp chất silicát có trong đất, từ đó

tạo ra các chất kết dính mới biến cứng trong môi trƣờng ẩm giống xi măng nhƣ

CaO.SiO2.nH2O (hiđrô silicát canxi) hoặc 3CaO.Al2O3.6H2O (hiđrô aluminát

canxi) theo các phản ứng hóa học (2.11), (2.12).

(2.11) Ca(OH)2 + SiO2 + (n-1)H2O  CaO.SiO2.nH2O

(2.12) Ca(OH)2 + Al2O3 + (n-1) H2O  CaO.Al2O3.nH2O

- Các hợp chất này là các kết quả sau khi xi măng phân giải trong nƣớc, là

các chất kết dính biến cứng đƣợc trong nƣớc, làm cho đất gia cố vôi ổn định nƣớc

tốt, tăng cƣờng độ trong môi trƣờng có độ ẩm,

- Các quá trình dẫn đến hình thành cƣờng độ của đất gia cố vôi diễn ra

trong thời gian dài, cƣờng độ, tính ổn định nƣớc của đất gia cố vôi tăng chậm và

kéo dài theo thời gian. Để đẩy nhanh quá trình cứng hoá, tăng tính tƣơng tác hoá

học, hoá lý giữa vôi và thành phần hạt sét trong đất, có thể dùng một số chất phụ

gia trộn thêm nhƣ các loại muối Na2SiO3, Na2SiO4, MgSiO4...

2.4. Sự hình thành cƣờng độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng

Quá trình hình thành cƣờng độ do sự thủy hóa của xi măng, tạo thành bộ

khung đất đá hoặc cát với chất kết dính là xi măng, vật liệu gia cố xi măng hình

thành cƣờng độ theo cơ chế phản ứng thủy hóa của xi măng tại lỗ rỗng của hỗn

hợp, trong môi trƣờng hoạt tính có các cốt liệu mịn phân tán, có thành phần

khoáng hóa khác nhau. Các phản ứng hóa học hình thành cƣờng độ của vật liệu

gia cố xi măng cơ bản nhƣ sau:

(2.13) 2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

(2.14) 2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.SiO2.3H2 + Ca(OH)2

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 10H2O + 2Ca(OH)2 = (2.15) 6CaO.Al2O3.Fe2O3.12H2O

3CaO.Al2O3 + 12H2O+ 2Ca(OH)2 = (2.16) 6CaO.Al2O3.Ca(OH)2.12H2O

3CaO.Al2O3 + 10H2O + CaSO4.2H2O = (2.17) 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O

Sự thủy hóa của hai loại Calcium Silicate tạo ra các hợp chất mới là vôi và

tobermorite gel, cơ bản các phản ứng nhƣ sau:

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.21) CaS + H2O => C3S2Hx ( hydrated gel) + Ca(OH)2 Ca(OH)2 => Ca++ + 2(OH)¯ (Ca++) + 2(OH)¯ + SiO2 = > CSH (Ca++) + 2(OH)¯+ AL2O3 => CAH

Quá trình trao đổi ion và hóa diễn ra mạnh, hấp phụ các ion Ca++ của xi

măng, giảm bề dày lớp khuếch tán, các hạt cốt liệu mịn liên kết chặt lại với nhau

làm tăng cƣờng độ của hỗn hợp, sự hình thành cƣờng độ gồm hai bƣớc sau:

- Bƣớc 1:

Xi măng trộn trong đất đƣợc thủy hóa nhờ nƣớc trong lỗ rỗng tạo các sản

phẩm thủy hóa, tạo thành hiđro silicát canxi (CaO.SiO2.nH2O và Ca(OH)2) và các

sản phẩm khác của sự thủy phân, sẽ biến cứng tạo cƣờng độ cho hỗn hợp.

- Bƣớc 2:

Sự tƣơng tác hóa lý và hóa học của cốt liệu mịn trong hỗn hợp với các sản

phẩm thủy hóa của xi măng. Cƣờng độ của hỗn hợp gia cố phụ thuộc vào mác, tỷ

lệ xi măng, độ phân tán, thành phần hạt, thành phần khoáng hóa, hàm lƣợng các

muối hòa tan, hàm lƣợng mùn hữu cơ và độ pH…

Đối với vật liệu cát đỏ có hàm lƣợng SiO2 tƣơng đối cao (89% ÷ 91%) khi

thực hiện các phản ứng hóa học sẽ đẩy nhanh quá trình phản ứng, trao đổi các ion

và tăng khả năng về cƣờng độ với các loại cát khác có hàm lƣợng SiO2 thấp hơn

thông qua các phản ứng (2.13), (2.14) tạo ra hợp chất 3CaO.SiO2.3H2O và

3CaO.SiO2.3H2 dạng tinh thể sợi bền vững.

2.5. Nghiên cứu hình thành cƣờng độ đất gia cố xi măng kết hợp tro bay

Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, các nhà khoa học đã nghiên cứu, ứng

dụng tro bay của các nhà máy nhiệt điện để làm phụ gia sử dụng nhƣ một chất kết

dính gia cố đất hay phụ gia chế tạo bê tông (nhằm giảm lƣợng xi măng trong hỗn

hợp vật liệu), các sản phẩm chính của hỗn hợp vật liệu có sử dụng tro bay nhƣ bê

tông hạt nhỏ (bê tông cát), bê tông đầm lăn, bê tông chống xâm thực ăn mòn của

nƣớc biển (làm kè biển, đê biển…), đất gia cố, cát gia cố, nguyên liệu sản xuất

vật liệu không nung nhƣ gạch, panel…

- Cơ chế hình thành cường độ:

Tro bay là sản phẩm muội thu đƣợc từ ống khói của các nhà máy nhiệt điện,

tro bay có đặc tính nhƣ một loại puzơlan [37], [38], [40], hạt tro bay có dạng hình

cầu, mịn, đƣờng kính hạt trung bình khoảng (1 ÷ 100) m, tỷ diện tích trung bình khoảng (250 ÷ 600) m2/kg. Thành phần của tro bay chứa chủ yếu SiO2 ở trạng

thái vô định hình (tỉ lệ có thể chiếm đến 60% ÷ 80%), Al2O3, và CaO (có thể hàm

lƣợng tới 20% tùy vào từng loại tro bay khác nhau) và một số hợp chất khác nhƣ

SO3, Fe2O3....

Khi có thêm hàm lƣợng tro bay, ngoài cơ chế hình thành cƣờng độ nhƣ trên

sẽ có xảy ra một số phản ứng khác. Thông thƣờng, khả năng hút cơ học phụ thuộc

vào độ rỗng của đất, các hạt có đƣờng kính lớn hơn đƣờng kính lỗ rỗng bị giữ lại,

khi bổ sung các hạt mịn tro bay có đƣờng kính cỡ hạt từ (1÷100) µm sẽ làm giảm

2-…

độ rỗng trong hỗn hợp đất nhất là đối với các hạt đất mịn hơn. Quá trình phản ứng

2-, SO4

hóa - lý làm thay đổi tính chất hóa học, vật lý và cơ học của đất, khi đó đất trao đổi các ion Ca2+, Ma2+, Na+, K+, OH-, CO3

Quá trình thủy hóa, đóng rắn các khoáng clanhke theo các phƣơng trình

(2.22), (2.23), (2.24), nhƣ sau:

(2.22) 2(3CaO.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3Ca(OH)2

(2.23) 2CaO.SiO2 + 3H2O = CaO.SiO2.2H2O + Ca(OH)2

(2.24) 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

Sản phẩm phụ trong quá trình thủy hoá xi măng sẽ phản ứng với các cấu tử

của tro bay, tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính theo phƣơng trình (2.25),

(2.26), (2.27), nhƣ sau:

(2.25) Ca(OH)2 + SiO2 (vôđịnhhình) + H2O = CaO.SiO2.2H2O

(2.26) 3Ca(OH)2 + Al2O3(hoạt tính) + 3H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

(2.27) 3Ca(OH)2 + Fe2O3(hoạt tính) + 3H2O = 3CaO.Fe2O3.6H2O

Theo các phƣơng trình trên, kết quả quả của các phản ứng hóa học sẽ làm

tăng tỷ lệ rắn trong hệ và tạo cho chất kết dính có cƣờng độ tăng lên theo thời

gian.

Tro bay nghiên cứu trong Luận án là tro bay Vĩnh Tân, với thành phần thí

nghiệm mô tả trong Bảng 3.8, là loại tro bay loại F, có các hàm lƣợng SiO2

Al2O3 + Fe2O3 là 88,4% >70% (ứng với cho bay loại F)).

khoảng 51,4%, Al2O3 khoảng 24,5%, Fe2O3 khoảng 12,5% (tổng lƣợng SiO2 +

Cũng tƣơng tự tro bay loại F ở các nhà máy niệt điện khác, tro bay Vĩnh Tân

có cấu trúc là các hạt hình cầu, khi đƣợc sử dụng trong hỗn hợp vật liệu, có tác

dụng làm giảm ma sát giữa các hạt cốt liệu trong hỗn hợp, giúp cho hỗn hợp vật

liệu có tính công tác cao.

- Yêu cầu của xi măng đối với đất gia cố xi măng:

Theo yêu cầu của xi măng dùng để gia cố, xi măng thƣờng dùng là các loại

xi măng Pooclăng có các đặc tính kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN

2682:2009 [21] hoặc xi măng Pooclăng hỗn hợp có các đặc trƣng kỹ thuật phù

hợp với các quy định tại TCVN 6260:2009 [24]; yêu cầu xi măng dùng để gia cố

đất có mác từ 30 MPa trở lên. Để đạt đƣợc các chỉ tiêu kĩ thuật làm lớp móng,

mặt đƣờng theo TCVN 10379:2014 [9], tiêu chuẩn khuyến cáo tỉ lệ xi măng từ

5% đến 12% khối lƣợng đất khô tùy thuộc vào thành phần hạt.

- Yêu cầu của xi măng đối với cát gia cố xi măng:

Xi măng thƣờng dùng trong cát gia cố xi măng là các loại xi măng Poóclăng

có các đặc trƣng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 2682:2009 [21]

hoặc xi măng Poóclăng hỗn hợp có các đặc trƣng kỹ thuật phù hợp với các quy

định tại TCVN 6260:2009 [24]. Để đạt đƣợc các chỉ tiêu kĩ thuật làm lớp móng

mặt đƣờng quy định tại theo TCVN 10186:2014 [10], tiêu chuẩn khuyến cáo tỉ lệ

xi măng từ 6% đến 12% khối lƣợng đất khô tùy thuộc vào thành phần hạt.

Theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6260:2009 [20] xi măng pooc lăng hỗn hợp

– Yêu cầu kỹ thuật, xi măng hỗn hợp là chất kết dính thủy, đƣợc sản xuất bằng

cách nghiền mịn hỗn hợp clanhke xi măng pooc lăng với thạch cao và các phụ

khoáng, có thể sử dụng phụ gia công nghệ (nếu cần) trong quá trình nghiền hoặc

bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng pooc lăng;

theo quy định tổng lƣợng phụ gia khoáng trong xi măng pooc lăng hỗn hợp (tính

theo khối lƣợng xi măng) không lớn hơn 40%, và đối với phụ gia đầy không quá

20%, qua đó hình thành xi măng pooc lăng hỗn hợp (kí hiệu là PCB).

Theo [45], tác giả đƣa ra kết quả nghiên cứu tỉ lệ tro thải tại các nhà máy

nhiệt điện Uông Bí, Cao Ngạn, với tỉ lệ 5% có ý nghĩa sử dụng lớp đáy của kết

cấu áo đƣờng; tỉ lệ 10% có thể sử dụng lớp nền trên của nền đƣờng ô tô thông

thƣờng hoặc mặt đƣờng giao thông nông thôn.

Đối với nguồn vật liệu địa phƣơng gồm cát đỏ, tro bay, cát nghiền có nghiên

cứu theo lý thuyết cấu trúc thô của 2 loại hỗn hợp vật liệu, nhƣ sau:

(1): Đối với hỗn hợp cát đỏ + tro bay + xi măng + nƣớc: thì cát đỏ đóng vai

trò là cốt liệu chính, một phần tro bay + xi măng đóng vai trò là chất kết dính,

phần còn lại của tro bay đóng vai trò là vi cốt liệu.

(2): Đối với hỗn hợp cát đỏ + cát nghiền + tro bay + xi măng + nƣớc: thì cát

đỏ + cát nghiền đóng vai trò là cốt liệu chính, một phần tro bay + xi măng đóng

vai trò là chất kết dính và phần tro bay còn lại cũng đóng vai trò là vi cốt liệu.

Trong Luận án này, việc nghiên cứu gia cố không chỉ có thành phần cát với

xi măng mà còn có thêm thành phần tro bay nhƣ phân tích trên đây (có thể vừa

đóng vai trò chất kết dính, có thể vừa đóng vai trò là vi cốt liệu), để mục tiêu

nghiên cứu chế tạo đƣợc hỗn hợp vật liệu đáp ứng yêu cầu cƣờng độ và khuyến

cáo về tỉ lệ xi măng trong các tiêu chuẩn TCVN 10379:2014 [9], TCVN

10186:2014 [10], [19], luận án nghiên cứu đề xuất lựa chọn tỉ lệ xi măng gia cố

trong hỗn hợp cao hơn mức tối thiểu và thấp hơn mức tối đa, cụ thể lần lƣợt là

6%, 8% và 10%.

2.6. Nguyên tắc hình thành cƣờng độ và thiết kế cấp phối bê tông hạt

nhỏ

Bê tông hạt nhỏ là một loại đá nhân tạo, đƣợc phối trộn với một tỉ lệ hợp lý

các vật liệu cát thô (hoặc cát nghiền), cát mịn, chất độn mịn, xi măng, nƣớc, có

thể có thêm thành phần chất phụ gia, hình thành cƣờng độ vững chắc. Nguyên tắc

hình thành cƣờng độ của bê tông hạt nhỏ tƣơng tự nhƣ với bê tông thông thƣờng,

trên cơ sở chèn đầy khung cốt liệu.

Bê tông hạt nhỏ đƣợc phân biệt với bê tông thƣờng là có liều lƣợng cát

lớn, không có đá dăm hoặc có nhƣng liều lƣợng nhỏ và có thêm chất độn mịn

để cải thiện cấp phối hạt của cốt liệu. Trong bê tông hạt nhỏ, hàm lƣợng cát chiếm tỉ lệ nhiều hơn so với bê tông thông thƣờng, khoảng (1300kg -1700kg)/1m3 bê tông (đối với bê tông thƣờng khoảng (500kg - 800kg)/1m3 bê tông).

Mô đun độ mịn của cát dùng cho bê tông hạt nhỏ trong khoảng từ 1,6 - 3,5;

nhƣ vậy cát đƣợc sử dụng cho bê hạt nhỏ có giới hạn mô đun độ mịn rộng hơn so

với bê tông thông thƣờng. Hỗn hợp cốt liệu của bê tông hạt nhỏ là một cấp phối

cốt liệu có dải hạt liên tục từ 0 mm ÷ 5 mm có thành phần từ ba cỡ hạt cát thô từ

0,63 mm ÷ 5 mm; cát mịn 0,075 mm ÷ 0,63 mm, chất độn mịn (<0,075mm).

- Cơ chế hình thành cƣờng độ:

Trong nghiên cứu của Luận án này, đối với việc chế tạo bê tông hạt nhỏ có

sử dụng tro bay Vĩnh Tân để thay thế một phần xi măng, cơ chế hình thành cƣờng

độ thông qua hai quá trình phàn hứng hóa học. Thứ nhất là phản ứng thủy hóa

(còn gọi là phản ứng hydrat hóa), phản ứng này do thành phần chính của xi măng

pooc lăng (gồm hoạt chất C3S và C2S) phản ứng với nƣớc theo phƣơng trình

(2.28) sau đây:

(2.28) 2C3S + 6H  C3S2H3 + 3CH và 2C2S+4H  C3S2H3 + CH

Thứ 2 là phản ứng pozzolanic giữa các silica hoạt tính, đó là silic oxit (SiO2)

và calciuom hydroxide ((Ca(OH)2) tạo thành calcium silicate hydrate theo

phƣơng trình (2.29), (2.30), (2.31) sau đây:

(2.29) x.CH + y.S + z.H  CxSyHy+x

(2.30) Ca(OH)2 + SiO2  C-S-H gel

(2.31) Ca(OH)2 + Al2O3  C-A-H gel

Nhƣ vậy, khi sử dụng tro bay Vĩnh Tân thay thế một phần xi măng đã ảnh

hƣởng đến quá trình thủy hóa của hồ xi măng thông qua phản ứng pozzolanic

hình thành chuỗi C-H-S và C-A-S hình thành cƣờng độ vững chắc.

- Nguyên lý thiết kế cấp phối bê tông:

Có 2 nguyên lý cơ bản thiết kế cấp phối bê tông, đó là nguyên lý phối chế

vật liệu đất và nguyên lý phối chế bê tông: lƣợng vữa vật liệu kết dính phải đảm

bảo đủ bao bọc các hạt cốt liệu thô, ngoài ra còn đủ để có thể lấp đầy lỗ rỗng giữa

các hạt cốt liệu nhỏ, vữa cát bao bọc các hạt cốt liệu thô, hình thành lên bê tông

có độ đặc đồng đều, đạt đƣợc các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.

+ Nguyên lý vật liệu đất (cơ học đất):

Coi hỗn hợp bê tông hạt nhỏ nhƣ là loại vật liệu đất hay nhƣ xi măng đất.

Thiết kế cấp phối dựa trên quan hệ giữa hàm lƣợng nƣớc trong đất và độ đầm

chặt; nhƣ là đối với một lƣợng cốt liệu nhất định và vật liệu kết dính. Nguyên lý

vật liệu đất với nguyên tắc là đối với một lực đầm lèn nhất định tìm đƣợc một

"hàm lƣợng nƣớc tối ƣu", dựa vào hàm lƣợng nƣớc tối ƣu, hỗn hợp bê tông sau

khi đầm có thể đạt đƣợc tỷ trọng khô lớn nhất; lực đầm lèn càng lớn, trọng lƣợng

khô lớn nhất có thể tăng lên khi hàm lƣợng nƣớc giảm xuống. Với phƣơng pháp

nguyên lý đất, trọng lƣợng riêng khô lớn nhất đƣợc dùng làm chỉ tiêu thiết kế.

+ Nguyên lý bê tông:

Coi hỗn hợp nhƣ là dạng bê tông dẻo thông thƣờng; cƣờng độ nén và các

tính năng khác của nó tuân theo quan hệ giữa tỷ lệ nƣớc / chất kết dính (N/CKD);

tỉ lệ này có nhiều nghiên cứu, trong đó Abrams đã nghiên cứu từ năm 1918, theo

nghiên cứu này, giả sử cốt liệu sạch và rắn chắc thì độ đặc, cƣờng độ nén và tỷ lệ

N/CKD tồn tại mối quan hệ với nhau, tỷ lệ N/CKD tăng lên thì cƣờng độ bê tông

sẽ giảm, nên khi thiết kế cấp phối bê tông cần dựa vào mối quan hệ giữa cƣờng

độ nén và tỷ lệ N/CKD, đối với một lƣợng cốt liệu và vật liệu kết dính nhất định,

nếu duy trì độ đầm lèn của hỗn hợp bê tông, thì khi tỷ lệ N/CKD của hỗn hợp

càng lớn, cƣờng độ bê tông sau khi cứng hoá có quy luật càng giảm, vì vậy tỷ lệ

N/CKD đƣợc dùng làm chỉ tiêu thiết kế quan trọng. Phƣơng pháp nguyên lý phối

chế bê tông đƣợc xem sự lấp đầy, lèn chặt lẫn nhau giữa các loại vật liệu trong bê

tông là cơ sở để tính toán. Trong hỗn hợp bê tông hạt nhỏ phải có đủ nhiều lƣợng

vữa vật liệu kết dính để bao bọc và nhét đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu nhỏ, lƣợng

vữa cát đủ nhiều để bao bọc và nhét đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu thô, hình thành

lên loại bê tông có độ sụt thấp và đồng nhất.

Theo nghiên cứu của Abrams, đối với bê tông thƣờng tỉ lệ N/CKD có thể

trong khoảng 0,4 ÷ 0,5 tùy theo cấp của bê tông; còn đối với bê tông cát (bê tông

hạt nhỏ), do cấu trúc hạt nhỏ hơn, lƣợng nƣớc sử dụng có thể ca hơn, tỉ lệ N/CKD

cao hơn, tuy nhiên để giảm lƣợng nƣớc và thuận lợi trong khâu thi công, có thể sử

dụng phụ gia dẻo hoặc một lƣợng tro bay nhất định trong hỗn hợp, qua đó tỉ lệ

N/CKD giảm đi, ở mức từ 0,3 – 0,45 tùy theo cƣờng độ của bê tông (cấp bê

tông), nó có tác dụng làm vữa xi măng đủ ƣớt để tạo nên một lớp bao bọc các cốt

liệu và nhét đầy các lỗ rỗng giữa chúng [68], [69]. Đối với bê tông hạt nhỏ, thành

phần bột mịn (theo nghiên cứu này là tro bay) có thể vừa đóng vai trò là chất phụ

gia, chất kết dính, cũng có thể vừa đóng vai trò là cốt liệu nhỏ (vi cốt liệu) tùy

theo mục đích chế tạo ra loại bê tông đạt cƣờng độ bao nhiêu (cấp bê tông).

Đối với tro bay nghiên cứu thực nghiệm trong Luận Án là tro bay Vĩnh Tân

(ứng với tro bay loại F), nhƣ đã phân tích, do có dạng hình cầu, tro bay sẽ làm

cho hỗn hợp vật liệu, ở đây là hỗn hợp bê tông có tính công tác cao, nhƣ vậy sẽ

làm cho bê tông có chứa tro bay có độ sụt lớn hơn (so với bê tông không sử dụng

tro bay), nhƣ vậy khi sử dụng thiết kế thành phần sẽ giảm đƣợc lƣợng nƣớc so

với thông thƣờng; hàm lƣợng mất khi nung của loại tro này ở mức thấp, chỉ

khoảng 0,4% nên có thể sử dụng trực tiếp.

Tro bay Vĩnh Tân đƣợc sử dụng thực nghiệm có hàm lƣợng SO3 thấp (0,4%)

Theo nghiên cứu [45], tác giả đã đƣa ra kết luận khi sử dụng lƣơng tro bay

khoảng 20% so với tổng lƣợng xi măng thì lƣợng nƣớc yêu cầu giảm đi khoảng

10%, điều này cũng đã lý giải trong thiết kế thành phần của bê tông hạt nhỏ của

Luận án này khi sử dụng tỉ lệ tro bay chiếm khoảng 25% so với xi măng và có bổ

sung thêm chất phụ gia đã giảm đáng kể lƣợng nƣớc so với bê tông xi măng

thông thƣờng.

Theo nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thanh Sang [43], cốt liệu mịn làm

giảm đáng kể lƣợng nƣớc yêu cầu của bê tông, có sự ảnh hƣởng do góc cạnh

không đều của cốt liệu nghiền đến các tính chất của bê tông nhƣ cƣờng độ nén,

cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ... Khi sử dụng cốt liệu mịn làm tăng cƣờng độ của

bê tông, giảm tỉ lệ N/CKD, cải thiện vùng tiếp giáp giữa chất kết dính và cốt liệu.

Theo nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Thu Ngà [44], tỉ lệ N/CKD trong

chế tạo bê tông đầm lăn trong khoảng 0,34 ÷ 0,48 khi có sự tham gia của tro bay

(lƣợng tro bay chiếm khoảng 20% ÷ 40% so với khối lƣợng bê tông); tác giả đã

lựa chọn tỉ lệ phù hợp để độ cứng của bê tông trong khoảng 30 giây ÷ 40 giây

thuận lợi trong quá trình thi công nhƣng vẫn đảm bảo các yêu cầu về cƣờng độ,

và đƣa ra kết luận tỉ lệ N/CKD càng thấp thì cƣờng độ của bê tông càng lớn.

Căn cứ theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 322:2004 [34] về chỉ

dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền, lƣợng nƣớc trộn bê

tông có thể đƣợc hạn chế bằng sử dụng phụ gia dẻo hoặc giảm độ sụt thi công đến

mức hợp lý; tỷ lệ N/X đƣợc khuyến cáo không lớn hơn 0,45.

Trong Luận án này, trên cơ sở nghiên cứu một số tính chất của bê tông hạt

nhỏ có bổ sung bột mịn [68], [69] (tro bay), luận án nghiên cứu đề xuất cốt liệu

chính là cát đỏ (loại cát mịn có mô đun độ lớn mk = 0,963 < 2), bột mịn là tro bay

Vĩnh Tân, đóng vai trò nhƣ loại cốt liệu nhỏ hoặc cũng có thể đóng vai trò một

phần là chất kết dính thay có xi măng, mục tiêu nhằm tăng độ chặt, cải thiện

cƣờng bộ bê tông; sau khi nghiên cứu thử nghiệm sàng lọc (dựa trên tỉ lệ nghiên

cứu của Abrams và các nghiên cứu tại [68], [69]...), với việc sử dụng thêm chất

phụ gia hóa dẻo thuận lợi trong việc chế tạo mẫu, khâu thi công và giảm lƣợng

nƣớc, luận án nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ N/CKD là 0,37 và thay đổi thành phần cốt

liệu cát đỏ, cát nghiền, tro bay trong thiết kế thành phần bê tông để thử nghiệm

cƣờng độ của hỗn hợp chế tạo.

Trong nghiên cứu của Luận án này, ngoài việc sử dụng cát đỏ với vai trò là

cốt liệu mịn, cũng sử dụng cát nghiền với vai trò là cốt liệu thô, theo Tiêu chuẩn

cát nghiền cho bê tông và vữa TCVN 9205:2012 [13], cát nghiền có 2 loại phân

theo mô đun độ lớn, đó là cát thô khi mô đun độ lớn từ 2,0 ÷ 3,3 và cát mịn khi

mô đun độ lớn trong khoảng 0,7 ÷ 2,0; thành phần hạt cát nghiền đƣợc quy định

trong phạm vi Bảng 2.1 sau đây:

Bảng 2. 1 Thành phần hạt của cát nghiền [13]

Lƣợng sót tích lũy trên sàng, % theo khối lƣợng

Kích thƣớc lỗ sàng

Cát thô

Cát mịn

2,5 mm

Từ 0 đến 25

1,25 mm

Từ 15 đến 50

Từ 0 đến 15

Từ 35 đến 70

Từ 5 đến 35

630 m

Từ 65 đến 90

Từ 10 đến 65

315 m

Từ 80 đến 95

Từ 65 đến 85

140 m

Chú thích:

- Lƣợng sót riêng trên mỗi sàng không đƣợc lớn hơn 45%.

- Đối với các kết cấu bê tông chịu mài mòn và chịu va đập, hàm

lƣợng hạt lọt qua sàng có kích thƣớc lỗ sàng 140 m không đƣợc

lớn hơn 15%.

2.7. Một số chỉ tiêu và yêu cầu đối với cấp phối, đất, cát gia cố bằng chất

kết dính vô cơ và bê tông xi măng trong thiết kế móng, mặt đƣờng

2.7.1. Một số chỉ tiêu đánh giá

Để đánh giá vật liệu chế tạo có đảm bảo làm lớp móng mặt đƣờng ô tô,

phục vụ tính toán thiết kế, kiểm toán các điều kiện giới hạn, thƣờng dùng một số

chỉ tiêu nhƣ cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ, cƣờng độ chịu kéo

uốn hay mô đun đàn hồi của vật liệu.

- Cường độ chịu nén:

Đặc trƣng bằng ứng suất nén làm mẫu bị phá hoại, đƣợc xác định khi nén

các mẫu hình trụ hoặc hình lập phƣơng.

(2.28)

Trong đó:

+ Rn - Cƣờng độ chịu nén (MPa)

+ P - Tải trọng phá hoại mẫu (N) + F - Diện tích trung bình của tiết diện làm việc của mẫu (mm2)

+ α - Hệ số tính đổi phụ thuộc vào kích thƣớc mẫu, xác định bằng

thí nghiệm hoặc tra bảng.

- Cường độ chịu kéo khi ép chẻ:

Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ còn gọi là cƣờng độ kéo gián tiếp, hoặc

cƣờng độ kéo khi bửa, là khả năng chịu kéo của mẫu vật liệu khi có một lực tác

1. Mẫu thử hình trụ

2. Tấm đệm gỗ truyền tải

3. Bản nén dƣới của máy

nén

4. Bàn nén trên của máy nén

dụng đều dọc theo đƣờng sinh của mẫu thử hình trụ.

Hình 2. 2 Mẫu thí nghiệm cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ

Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ xác định theo công thức (2.29) sau:

(2.29) Rech = 2P/π.H.D

Trong đó:

+ Rech: Cƣờng độ kéo khi ép chẻ, MPa

+ P: tải trọng khi phá hủy mẫu, N

+ H: Chiều cao mẫu hình trụ (chiều dài đƣờng sinh), mm

+ D: Đƣờng kính đáy mẫu trụ, mm

+ π: Hằng số pi, bằng 3,1416

- Cường độ chịu kéo khi uốn:

Đặc trƣng bởi ứng suất kéo khi uốn làm cho vật liệu bị phá hoại. Mẫu hình

lăng trụ kích thƣớc 100 mm x 400 mm; cƣờng độ kéo uốn xác định bằng công

thức (2.30) sau:

(2.30)

Trong đó:

+ Rku - Cƣờng độ chịu kéo khi uốn, MPa

+ P - Tải trọng uốn gãy mẫu, daN

+ l - Khoảng cách giữa hai gối tựa, cm

+ a - Chiều rộng tiết diện ngang của mẫu, cm

+ b - Chiều cao tiết diện ngang của mẫu, cm

+ y - Hệ số tính đổi, đƣợc xác định trong bảng tra.

Cũng có thể xác định cƣờng độ chịu kéo khi uốn một cách gần đúng thông

qua mối quan hệ với cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ bằng công thức (2.31) [38] sau

đây:

(2.31) Rku = Kn.Rech

Trong đó:

+ Rku - Cƣờng độ chịu kéo khi uốn, MPa

+ Kn - Hệ số quan hệ thực nghiệm giữa hai loại cƣờng độ: nếu không

có số liệu kinh nghiệm tích luỹ đƣợc thì chọn Kn = 1,6 ÷ 2,0

đối với vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ và Kn = 2,0 với vật

liệu gia cố bằng chất kết dính hữu cơ.

+ Rech: Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ, MPa

- Mô đun đàn hồi E:

Đặc trƣng cho biến dạng đàn hồi của mặt đƣờng dƣới tác dụng của tải trọng,

có thể đƣợc xác định bằng thí nghiệm nén tấm ép ở hiện trƣờng hoặc bằng thí

nghiệm uốn hoặc nén mẫu vật liệu ở trong phòng.

Giá trị mô đun đàn hồi đƣợc tính theo công thức (2.32) sau đây:

(2.32)

Trong đó:

+ E - Mô đun đàn hồi, MPa

+ P - Tải trọng khi biến dạng đàn hồi của mẫu bằng h, N;

+ h - Biến dạng đàn hồi của mẫu hình trụ, mm;

+ h/D - Chiều cao/đƣờng kính mẫu, mm;

+ π - Hằng số pi, bằng 3,1416;

2.7.2. Yêu cầu đối với đất gia cố chất kết dính vô cơ

Theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10379:2014 - Gia cố đất sử dụng chất kết

dính vô cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đƣờng bộ - thi

công và nghiệm thu [9] quy định nhƣ sau:

- Chất kết dính vô cơ:

Là vật liệu dạng hạt mịn (bột) khi nhào trộn với nƣớc hoặc dung môi thích

hợp cho hỗn hợp dẻo có thể gắn kết các vật liệu rời lại với nhau; dạng này gồm có

xi măng, vôi (vôi nghiền), xi măng kết hợp tro bay, phụ gia (nếu có).

- Đất gia cố chất kết dính vô cơ:

Là trộn đều một tỷ lệ nhất định chất kết dính vô cơ với đất đã đƣợc làm nhỏ

ở một độ ẩm tốt nhất, san rải và lu lèn chặt đƣợc hỗn hợp có cƣờng độ nhất định.

- Cấp độ bền của vật liệu gia cố:

Quy định theo trị số mô đun đàn hồi tính toán tƣơng ứng 3 cấp độ bền:

+ Độ bền cấp I: mô đun đàn hồi đạt 400 MPa

+ Độ bền cấp II: mô đun đàn hồi đạt 350 MPa

+ Độ bền cấp III: mô đun đàn hồi đạt 200 MPa

Sau khi biến cứng trong điều kiện bảo dƣỡng, đất gia cố có độ bền và các

chỉ tiêu cơ lý phải thoả mãn các yêu cầu ghi trong Bảng 2.2 sau đây:

Bảng 2. 2 Chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của đất gia cố

Chỉ tiêu

Phƣơng pháp thử

Độ bền cấp I

Yêu cầu Độ bền cấp II

Độ bền cấp III

0,5

ASTM - D1633 [60]

1,2

0,8

400

350

Không cần thí nghiệm 200

1. Độ bền khi nén (MPa) - Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm bão hòa không nhỏ hơn - Đối với mẫu 7 ngày ở độ ẩm bão hòa không nhỏ hơn 2. Độ bền chịu ép chẻ (MPa) Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm bão hòa không nhỏ hơn 3. Mô đun đàn hồi (Eđh)

2.7.3. Yêu cầu đối với cát gia cố xi măng

Căn cứ theo TCVN 10186: 2014 - Móng cát gia cố xi măng trong kết cấu áo

đƣờng ô tô – Thi công và nghiệm thu [10], sau khi biến cứng trong điều kiện bảo

dƣỡng, đất gia cố có độ bền và các chỉ tiêu cơ lý phải thoả mãn các yêu cầu quy

định cụ thể trong Bảng 2.3 sau đây:

Bảng 2. 3 Yêu cầu đối với cƣờng độ cát gia cố xi măng

Cƣờng độ giới hạn yêu cầu (MPa)

Vị trí các lớp kết cấu cát gia cố xi măng

Chịu nén ở 28 ngày tuổi

Chịu ép chẻ ở 28 ngày tuổi

3,0

0,35

2,0

0,25

Lớp móng trên của kết cấu áo đƣờng cấp cao và lớp mặt có láng nhựa Lớp móng dƣới của kết cấu áo đƣờng cấp cao Trong các trƣờng hợp khác

1,0

0,12

2.7.4. Yêu cầu đối với cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi

măng

Căn cứ theo TCVN 8858 : 2011- Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên

nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đƣờng ô tô – Thi công và nghiệm thu [18],

sau khi biến cứng trong điều kiện bảo dƣỡng, độ bền và các chỉ tiêu cơ lý phải

thoả mãn các yêu cầu quy định trong Bảng 2.4 dƣới đây:

Bảng 2. 4 Yêu cầu đối với cƣờng độ cấp phối gia cố xi măng

Vị trí lớp cấp phối gia cố xi măng

Cƣờng độ giới hạn yêu cầu (MPa) Chịu ép chẻ sau Chịu nén sau 14 14 ngày tuổi ngày tuổi

4,0

0,45

Lớp móng trên của tầng mặt bê tông nhựa và BTXM đƣờng cao tốc, đƣờng cấp I, cấp II hoặc lớp mặt có láng nhựa Lớp móng trên trong các trƣờng hợp khác Lớp móng dƣới trong mọi trƣờng hợp

3,0 1,5

0,35 Không yêu cầu

Theo quy định tại TCVN 8858:2011 [18], xi măng sử dụng trong cấp phối

đá dăm gia cố xi măng có mác không nhỏ hơn 30 MPa; lƣợng xi măng tối thiểu

dùng để gia cố cấp phối đá dăm là 3% (không quá 6%) và dùng để gia cố cấp

phối thiên nhiên là 4% (không quá 10% theo khối lƣợng hỗn hợp cốt liệu khô).

2.7.5. Một số yêu cầu về cƣờng độ và cấu tạo đối với mặt đƣờng

- Quyết định 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 quy định về thiết kế mặt

đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình

giao thông [3]:

- Đối với thiết kế mặt đƣờng bê tông xi măng thông thƣờng, quy mô giao

thông đƣợc chia thành 5 cấp tùy theo số lần tác dụng tích lũy (Ne) của trục xe

100kN lên vị trí giữa cạnh dọc tấm bê tông xi măng, dự báo cho một làn xe phải

chịu đựng trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế quy định trong Bảng 2.5 sau đây:

Bảng 2. 5 Phân cấp quy mô giao thông

Số lần trục xe quy đổi về 100kN tác dụng lên vị trí

Cấp quy mô giao thông

giữa cạnh dọc tấm trên 1 làn xe trong suốt thời hạn

Nhẹ

Trung bình

Nặng

Rất nặng

phục vụ thiết kế (Ne) < 3.104 lần 3.104 ÷ 1.106 lần 1.106 ÷ 20.106 lần 20.106 ÷ 1.1010 lần > 1.1010 lần

Cực nặng

Nhƣ vậy đối với đƣờng cấp trung bình và cấp thấp tƣơng ứng với đƣờng

giao thông nông thôn, số lần trục xe quy đổi về 100kN tác dụng lên vị trí giữa

cạnh dọc tấm trên 1 làn xe trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế (Ne) ở mức 3.104 ÷ 1.106 lần và < 3.104 lần.

- Quyết định 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 của Bộ Giao thông vận tải

quy định kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây

dựng công trình giao thông [4]:

Theo [4] quy định cƣờng độ nén và cƣờng độ kéo khi uốn của xi măng dùng

làm mặt đƣờng bê tông xi măng quy định tại Bảng 2.6 sau đây:

Bảng 2. 6 Cƣờng độ nén và cƣờng độ kéo khi uốn của xi măng dùng làm mặt

đƣờng bê tông xi măng

Cấp hạng đƣờng

Đƣờng cao tốc

Đƣờng cấp I, II, III

3 ngày

28 ngày

3 ngày

28 ngày

Đƣờng cấp IV trở xuống 3 ngày 28 ngày

25,0

57,5

22,0

50,0

16,0

42,5

4,5

7,5

4,0

7,0

3,5

6,5

Tuổi mẫu Cƣờng độ nén, MPa, không nhỏ hơn Cƣờng độ kéo khi uốn, MPa, không nhỏ hơn

- Tiêu chuẩn thiết kế áo đƣờng cứng đƣờng ô tô (22TCN 223-95)[7]

Tiêu chuẩn 22TCN223-95 quy định cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo

khi uốn, mô đun đàn hồi của bê tông làm đƣờng đối với lớp mặt nhƣ Bảng 2.7: Bảng 2. 7 Các chỉ tiêu cƣờng độ, mô đun đàn hồi của bê tông làm đƣờng [7]

Các lớp kết cấu

Mô đun đàn hồi E (MPa)

Lớp mặt

Lớp móng của mặt đƣờng BTN

Cƣờng độ giới hạn sau 28 ngày Cƣờng độ kéo khi uốn (MPa) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5

Cƣờng độ nén (MPa) 40 35 30 25 20 17

3,5.104 3,3.104 3,15.104 2,9.104 2,65.104 2,3.104

Nhƣ vậy, giữa Tiêu chuẩn thiết kết áo đƣờng cứng đƣờng ô tô [7] và Quyết

định số 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 của Bộ Giao thông vận tải có quy định

khác nhau đối với cƣờng độ chịu nén của bê tông làm lớp mặt, cƣờng độ chịu nén

quy định trong Quyết định 1951/QĐ-BGTVT (tối thiểu là 42,5 MPa ÷ 57,5 MPa

ở 28 ngày tuổi cao hơn so với quy định trong [7] (tối thiểu từ khoảng 25 MPa ÷

40MPa ở 28 ngày tuổi) tùy thuộc cấp hạng kỹ thuật của đƣờng, trên cơ sở kết quả

thí nghiệm của nghiên cứu này so sánh với quy định tại [4] để đánh giá khả năng

áp dụng vật liệu làm lớp móng, mặt đƣờng GTNT khu vực Nam Trung Bộ cũng

nhƣ khu vực tỉnh Bình Thuận.

- Yêu cầu đƣờng GTNT – yêu cầu thiết kế - TCVN 10380:2014 [8]

Theo yêu cầu thiết kế đƣờng giao thông nông thôn [8], các yêu cầu về cƣờng

độ đƣợc quy định tại Bảng 2.8 sau đây:

Bảng 2. 8 Yêu cầu cƣờng độ đối với các loại đƣờng GTNT [8]

Loại đƣờng

Cƣờng độ

Lƣu lƣợng xe thiết kế (xe quy đổi/ngày đêm

100 ÷ 200

Đƣờng huyện

50 ÷ < 100

Đƣờng xã, đƣờng thôn

BTXM có cƣờng độ Rn > 30 MPa BTXM có cƣờng độ Rn = (25 ÷ 30) MPa

- Tiêu chuẩn châu Âu cho mặt đƣờng bê tông xi măng:

Theo Tiêu chuẩn châu Âu quy định các yêu cầu đối với mặt đƣờng bê tông

đổ tại chỗ [60], cƣờng độ chịu nén theo các cấp phối khác nhau quy định cụ thể

trong Bảng 2.9 sau đây:

Bảng 2. 9 Cƣờng độ chịu nén [60]

Cấp cƣờng độ

Trị số cƣờng độ chịu nén (MPa)

CC8 CC12 CC16 CC20 CC25 CC30 CC35 CC40

8 12 16 20 25 30 35 40

Cấp cƣờng độ

Trị số cƣờng độ chịu nén (MPa)

CC45 CC50 CC55 CC60 CC70 CC80 CC90 CC100

45 50 55 60 70 80 90 100

Theo khuyến cáo trong tiêu chuẩn [60]: cƣờng độ nén (Rn) tối thiểu cho bê

tông mặt đƣờng không đƣợc nhỏ hơn CC20, có nghĩa là cƣờng độ chịu nén của bê

tông làm lớp mặt đƣờng không nhỏ hơn 20 MPa.

Bảng 2. 10 Cƣờng độ chịu ép chẻ [60]

Cấp cƣờng độ SC1,3 SC1,7 SC2,0 SC2,4 SC2,7 SC3,3 SC3,7 SC4,0 SC4,3 SC4,6 SC4,8 SC5,0 SC5,5 SC6,0

Cƣờng độ ép chẻ (MPa) 1,3 1,7 2,0 2,4 2,7 3,3 3,7 4,0 4,3 4,6 4,8 5,0 5,5 6,0

Theo khuyến cáo trong tiêu chuẩn [60]: cƣờng độ ép chẻ tối thiểu cho bê

tông mặt đƣờng không đƣợc nhỏ hơn SC1,7, có nghĩa là cƣờng độ ép chẻ của bê

tông lớp mặt đƣờng không nhỏ hơn 1,7 MPa.

- Theo viện Nghiên cứu bê tông Mỹ (American Concrete Institute (ACI) tại

ACI 318-05 [55], khi nghiên cứu tính chất của bê tông, trên cơ sở kết quả thực

nghiệm, xây dựng đƣợc các công thức chuyển đổi giữa cƣờng độ chị nén, cƣờng

(1/2)

độ chịu kéo khi ép chẻ và cƣờng độ kéo uốn nhƣ sau:

(2.33) Rech = 0,56 Rn

57 (1/2)

(2.34) Rku = (0,62 ÷ 0,7) Rn

Trong đó:

+ Rn: Cƣờng độ chịu nén, MPa

+ Rech: Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ, MPa

+ Rku: Cƣờng độ chịu kéo khi uốn, MPa

2.8. Kết luận chƣơng 2

- Đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết về độ chặt theo các lý thuyết cấp phối của

các tác giả Fuller, Talbot, Weymouth, N.N.Ivanov làm cơ sở nghiên cứu cấp phối

hỗn hợp vật liệu thực nghiệm tại chƣơng 3 theo lý thuyết của Fuller.

- Đã nghiên cơ sở lý thuyết, khoa học về sự hình thành cƣờng độ của vật liệu

gia cố nhƣ đất gia cố vôi, xi măng, ứng xử của vôi và xi măng với đất, đặc biệt là

nghiên cứu cơ sở và cơ chế hình thành cƣờng độ của vật liệu đất gia cố xi măng

kết hợp với tro bay thông qua việc giải thích các phản ứng hóa – lý, trao đổi ion,

thủy hóa, đóng rắn và cho thấy rằng hoàn toàn có thể sử dụng tro bay với một

hàm lƣợng thích hợp để gia cố đất nhằm tăng cƣờng độ, giảm tính thấm, trƣơng

nở và co ngót. Trên cơ sở các lý thuyết nghiên cứu, khuyến cáo trong các tiêu

chuẩn về vật liệu gia cố chất vô cơ và kết quả thực nghiệm của một số tác giả,

nghiên cứu đề xuất tỉ lệ hàm lƣợng xi măng trong các thực nghiệm hỗn hợp vật

liệu gia cố có sự tham gia của cát đỏ và tro bay 6%, 8% và 10%.

- Đã nghiên cứu nguyên tắc hình thành cƣờng độ và thiết kế cấp phối bê

tông thông thƣờng cũng nhƣ bê tông hạt nhỏ theo nguyên tắc cơ học đất và

nguyên lý bê tông và chỉ ra tỉ lệ N/CKD là chỉ tiêu quan trọng trong thiết kế thành

phần bê tông và đề xuất tỉ lệ N/CKD trong các thực nghiệm bê tông hạt nhỏ trong

hỗn hợp cát đỏ, cát nghiền, tro bay và xi măng.

- Đã nghiên cứu các quy định kĩ thuật trong và ngoài nƣớc các chỉ tiêu tối

thiểu quy định về cƣờng độ Rn, Rech, Edh đối với các lớp kết cấu (lớp móng, mặt)

dùng cho đƣờng ô tô nói chung và đƣờng GTNT nói riêng, qua đó làm cơ sở so

sánh đối chiếu với các kết quả thực nghiệm vật liệu gia cố cũng nhƣ bê tông hạt

nhỏ sử dụng cát đỏ, tro bay, xi măng làm lớp móng, mặt đƣờng giao thông khu

vực duyên hải Nam Trung Bộ cũng nhƣ khu vực tỉnh Bình Thuận.

CHƢƠNG 3

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VẬT LIỆU ĐỊA

PHƢƠNG LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN

3.1. Cát đỏ

a) Đặc điểm phân bố vật liệu cát đỏ

Theo các nghiên cứu hệ tầng Phan Thiết đƣợc đề cập trong các tài liệu địa

chất ở Việt Nam với tên gọi “cát đỏ Phan Thiết”, “cao nguyên cát đỏ Phan Thiết”,

tầng Phan Thiết, tầng Lƣơng Sơn, cát đỏ Phan Thiết phân bố rộng rãi trong khu

vực dải ven biển từ khu vực huyện Tuy Phong kéo dài về phía sân bay Phan

Thiết, trên bề mặt, chúng bị các hoạt động của gió chi phối, tạo nên các thành tạo

cát gió sinh.

Cũng theo các nghiên cứu dọc ven biển từ Cam Ranh, Hòn Đỏ, Maviec, Tuy

Phong, Bắc Phan Thiết, Nam Phan Thiết và Hàm Tân đến đảo Phú Quý, Côn Đảo

cát đỏ phân bố với diện lộ khác nhau và các độ cao khác nhau từ 0m đến 200m.

Từ các bãi triều ở bờ biển nam Phan Thiết, Tuy Phong đến các cao nguyên Sông

Lũy, Mũi Né, đến các bậc thềm biển phân bậc rõ ràng nhƣ ở Maviec, cát đỏ có sự

phân bố khá đa dạng. Chiều dài phân bố cát đỏ theo đƣờng bờ biển khoảng 270

km; chiều dài dọc phân bố theo quốc lộ 1 khoảng 235 km, chiều rộng cát đỏ phân

bố tƣơng đối rộng trong khoảng từ 2 km đến 21,5 km [41].

Hình 3. 1 Hình ảnh các đồi cát đỏ tại Bình Thuận

b) Đặc tính kỹ thuật của cát đỏ

* Cát đỏ phục vụ công tác thực nghiệm

Cát đỏ thực nghiệm lấy từ các đồi cát (đụn cát) tại Phan Thiết, tỉnh Bình

Thuận, cát đỏ đƣợc lựa chọn sạch và đóng bao vận chuyển đến phòng thí nghiệm

bộ môn vật liệu, trƣờng đại học Giao thông vận tải.

Hình 3. 2 Hình ảnh cát đỏ đƣợc thu thập để thực nghiệm

* Các chỉ tiêu thí nghiệm đặc tính kỹ thuật của cát đỏ:

- Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý: các chỉ tiêu cơ lý và tiêu chuẩn tham chiếu

đƣợc tiến hành thực nghiệm nhƣ trong Bảng 3.1 sau đây:

Bảng 3. 1 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm

STT

Tiêu chuẩn thí nghiệm

TCVN 4198:2014 [12]

Chỉ tiêu thí nghiệm Thành phần hạt và mô đun độ mịn, hàm lƣợng hạt <0,075

Khối lƣợng riêng

Độ ẩm, độ hút nƣớc

ASTM D 2937-00 [58] / TCVN 4195:2012 [14] ASTM D 2216 [60] / TCVN 4196:2012 [15]

TCVN 4202:2012 [16]

TCVN 7572 – 6: 2006 [23]

Khối lƣợng thể tích bão hòa và khối lƣợng thể tích khô Khối lƣợng thể tích lèn chặt tự nhiên và lèn chặt hoàn toàn khô Độ rỗng

TCVN 4201:2012 [17]

- Phương pháp thí nghiệm: Tiêu chuẩn thí nghiệm và phƣơng pháp thí

nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đƣợc thí nghiệm theo các tiêu chuẩn quy định riêng.

Hình 3. 3 Mẫu cát đỏ Bình Thuận và khuôn thí nghiệm

- Kết quả thí nghiệm:

+ Thí nghiệm thành phần hạt: kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát đỏ

Bình Thuận trong Bảng 3.2 sau đây:

Bảng 3. 2 Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu thành phần hạt cát đỏ Bình Thuận

TT

Cát đƣợc giữ lại (g)

Lƣợng sót sàng tích lũy(%)

Lƣợng lọt sàng (%)

Lƣợng sót sàng riêng biệt (%) 0,00 0,00 0,1 0,89 25,81 41,58 31,62

0 0 0,7 6,23 52,6 211,03 403,99

100,00 100,00 99,90 99,01 73,20 31,62 0,00

1 2 3 4 5 6 7

0,00 0,00 0,10 0,99 26,80 68,38 100 0,963

Cỡ mắt sàng (mm) 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,075 Mk

Biểu đồ 3. 1 Thành phần hạt của cát đỏ Bình Thuận

+ Một số chỉ tiêu khác: kết quả các chỉ tiêu cơ lý của cát đỏ Bình Thuận nhƣ

trong Bảng 3.3 sau đây:

Bảng 3. 3 Một số chỉ tiêu cơ lý khác của cát đỏ Bình Thuận

STT

Tên chỉ tiêu

Giá trị

1 Khối lƣợng riêng

Đơn vị g/cm3

2,57

2 Độ ẩm

0,41

3 Độ hút nƣớc

2,761

4 Khối lƣợng thể tích khô

2,464

5 Khối lƣợng thể tích bão hòa nƣớc

2,482

6 Khối lƣợng thể tích lèn chặt tự nhiên

% g/cm3 g/cm3 g/cm3

1,490

STT

Tên chỉ tiêu

Giá trị

7 Khối lƣợng thể tích lèn chặt hoàn toàn khô

Đơn vị g/cm3

1,529

8 Độ rỗng

+ Thành phần khoáng của cát đỏ: kết quả thí nghiệm thành phần khoáng của

cát đỏ Bình Thuận trong Bảng 3.4 sau đây:

Bảng 3. 4 Thành phần khoáng của cát đỏ Bình Thuận

Thành phần

Hàm lƣợng (%)

89 - 91

Quartz- SiO2

≤ 1

Felspat- K0,5Na0,5AlSi3O8

≤ 1

Illit - KAl2[AlSi3O10](OH)2

Kaolinit + Clorit

5 - 7

1 – 2

Gơtit - Fe2O3

Hàm lƣợng sét

< 0,07

+ Kết quả xác định độ ẩm tối ƣu:

Bảng 3. 5 Bảng kết quả thí nghiệm độ ẩm tối ƣu

1

2

3

4

5

1,1

1,2

2,1

2,2

2,3

3,1

4,1

4,2

5,1

5,2

Kí hiệu mẫu

Khối lƣợng hộp

24,6

25,6

25,4

24,6

24,2

25,8

nhôm (g)

Khối lƣợng hộp

nhôm + cát ẩm

59,4

60,4

45,3

51,6

48,2

42,8

61,8

61,4

66,2

64,8

(g)

Khối lƣợng hộp

nhôm + cát khô

57,4

58,4

43,5

49,8

41,2

57,8

57,2

(g)

Khối lƣợng cát

32,8

19,5

24,8

20,6

16,6

33,6

31,2

35,2

khô (g)

Khối

lƣợng

1,8

2,2

1,6

4,2

5,2

4,8

nƣớc (g)

Độ ẩm (%)

6,098 6,098 9,231 7,258

10,680

9,639 11,905 13,462 14,773 13,714

Độ ẩm

trung

6,098

8,244

10,159

12,683

14,244

bình (%)

Bảng 3. 6 Bảng kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích khô

1 Cát đầm - Mẫu số

2

3

4

5

w = Hàm lƣợng nƣớc, %

Hàm lƣợng nƣớc trung bình thực tế, %

6,098

8,244

10,159

12,683

14,244

Khối lƣợng cát và khuôn nén (g)

3566,8

3771,2

3838,8

3793

3707,8

Khối lƣợng khuôn (g)

1759,6

Thể tích khuôn (cm3)

929

Khối lƣợng cát ƣớt trong khuôn (g)

1807,2

2011,6

2079,2

2033,4

1948,2

Khối lƣợng thể tích bão hòa nƣớc (g/cm3)

1,9453

2,1653

2,2381

2,1888

2,0971

Khối lƣợng thể tích khô (g/cm3)

1,834

2,000

2,032

1,942

1,836

Biểu đồ 3. 2 Độ ẩm tối ƣu của cát đỏ

- Kết quả:

+ Độ ẩm tối ƣu bằng 10,117 % + Khối lƣợng thể tích khô tối đa bằng 2,032 g/cm3

* Đánh giá chung:

Qua kết quả của các thí nghiệm thành phần hạt, các chỉ tiêu cơ lý và thành

phần khoáng của cát đỏ, có thể thấy rằng cát đỏ khu vực Bình Thuận là loại cát

mịn (Mk = 0,963 < 2), đảm bảo độ sạch, có các thành phần hóa học phù hợp để

thực hiện các giải pháp gia cố với xi măng, tro bay cũng nhƣ có thể phối trộn với

loại cát khác dùng để chế tạo vật liệu làm móng, mặt đƣờng nói chung, mặt

đƣờng giao thông nông thôn nói riêng.

3.2. Tro bay

a) Khu vực phân bổ

Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân nằm trên khu vực xã Vĩnh Tân, huyện Tuy

Phong, tỉnh Bình Thuận, tổng thể có 5 nhà máy nhiệt điện, trong đó có 1 nhà máy

nhiệt điện mở rộng, công suất của mỗi nhà máy là 1200 MW và công suất của

mhà máy mở rộng là 600MW, nhƣ vậy tổng công suất của toàn khu nhiệt điện

gần 5,4 GW.

Hình 3. 4 Tổng quan vị trí khu vực nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân

Lƣợng tro xỉ thải ra hàng ngày nếu tất cả các nhà máy cùng đƣa vào hoạt động là khoảng 15.000 tấn/01 ngày cần thể tích chiếm dụng là 17.000 m3 để

chứa, lƣợng xả thải này là quá lớn. Hiện nay bãi thải xỉ tính riêng của Nhà máy

Vĩnh Tân 2 của khu Nhiệt điện Vĩnh Tân đƣợc đắp đê bao đến cốt cao độ là 27 m,

trên diện tích khoảng 35 ha, cơ bản nay đã quá tải và sắp hết chỗ chứa. Các bãi

thải xỉ của các Nhà máy khác đang xây dựng ở khu vực bên cạnh các nhà máy và

cần một diện tích rất lớn (khoảng 100 ha).

Hình 3. 5 Một số ảnh về tro bay Vĩnh Tân

b). Thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý

* Các chỉ tiêu thí nghiệm:

Bảng 3. 7 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn thí nghiệm đối với tro bay

Phƣơng pháp thử

STT

TCVN 6882:2001

TCVN 8825:2011

3 4

ASTM C151 TCVN 8827:2011 TCVN 6882:2001 TCVN 8262:2009

TCVN 8262:2009, TCVN 141:2008

Chỉ tiêu thí nghiệm Chỉ số hoạt tính cƣờng độ, phần trăm so với mẫu đối chứng Lƣợng nƣớc yêu cầu, phần trăm so với mẫu đối chứng Độ trƣơng nở Autoclave Lƣợng lọt sàng 45mm - MKN - Độ ẩm Thành phần khoáng: CaO, SiO2, Fe2O3, Al2O3, Na2O, SO3

* Phương pháp thí nghiệm:

Phƣơng pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử theo ASTM C618 và tiêu chuẩn

Việt Nam TCVN 6882:2001.

c) Kết quả thí nghiệm:

- Tro bay sử dụng trong nghiên cứu thí nghiệm là tro bay Vĩnh Tân thực hiện

thí nghiệm trên cơ sở phƣơng pháp lẫy mẫu theo TCVN 10302:2014 và ASTM

C618, các chỉ tiêu thí nghiệm theo ASTM C311, ASTM C151, ASTM C618,

ASTM188.

- Thí nghiệm tại Trung tâm kỹ thuật Tiêu chuẩn đo lƣờng chất lƣợng 3-KT3-

00016AXD9 thuộc Tổng cục đo lƣờng chất lƣợng.

Bảng 3. 8 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu tro bay Vĩnh Tân

Chỉ tiêu

Đơn

Phƣơng

STT

Chỉ tiêu thí nghiệm

Kết quả

tro bay

vị

pháp thử

loại F

Chỉ số hoạt tính cƣờng

ASTM

độ với xi măng pooc

90,4

≥ 75

C311-17

lăng sau 7 ngày so với

mẫu thử

Chỉ số hoạt tính cƣờng %

91,5

ASTM

≥ 75

Chỉ tiêu

Đơn

Phƣơng

STT

Chỉ tiêu thí nghiệm

Kết quả

tro bay

vị

pháp thử

loại F

C311-17

độ với xi măng pooc

lăng sau 28 ngày so với

mẫu thử

Lƣợng nƣớc yêu cầu so

ASTM

104

≤ 105

mẫu đối chứng

C311-17

Lƣợng nƣớc yêu cầu so

242

mẫu đối chứng

Lƣợng nƣớc yêu cầu so

253

mẫu thử

ASTM

Độ trƣơng nở Autolave

0,05

≤ 0,8

C151-16

Phần còn lại trên sàng

ASTM

16,8

≤ 34

0,045mm

C618-15

Hàm lƣợng mất khi nung

ASTM

≤ 12

(MKN)

C311-17

ASTM

Độ ẩm

0,1

≤ 3

C311-17

ASTM 188-

10 Khối lƣợng riêng

g/cm3

2,5

Hàm lƣợng kiềm có hại

ASTM

0,32

của phụ gia sau 28 ngày

C311-17

ASTM

0,4

≤ 3

SO3

C311-17

ASTM

24,5

13 Al2O3

C311-17

ASTM

12,5

Fe2O3

C311-17

51,4

SiO2

Chỉ tiêu

Phƣơng

Đơn

STT

Chỉ tiêu thí nghiệm

Kết quả

tro bay

pháp thử

vị

loại F

16 Cao

0,66

88,4

≥ 70

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

Bảng 3. 9 So sánh một số chỉ tiêu của tro bay Vĩnh Tân với một số tro bay

khác [45], [49]

Tro bay

Cao

MKN

Al2O3

Fe2O3

SiO2

SO3

STT

(%)

nhiệt điện

(%)

24,5

12,5

1 51,4

Vĩnh Tân

0,66

0,4

4

17,17

3,81

46,23

Phả Lại

0,49

0,61

28,22

18,6

10,5

29,66

Na Dƣơng

21,7

10,6

4,4

8,94

25,65

51,07

Sơn Động

1,28

1,06

7,11

Uông Bí 1,2

0,58

6-8

< 0,008

Ninh Bình

< 0,008 0,06-0,12

Duyên Hải 1

0,63

0,32

0,21

10,8

Vũng Áng

53,26

23,74

6,79

d). Đánh giá

So với tro bay của một số nhà máy nhiệt điện khác, tro bay Vĩnh Tân có hàm

lƣợng gần tƣơng tự với tro bay Vũng Áng, hàm lƣợng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 cao

hơn các tro bay khác, mặt khác hàm lƣợng SO3 và MKN của tro bay Vĩnh Tân lại

thấp hơn, do đó có thể thấy tro bay Vĩnh Tân có lợi thế hơn so với các tro bay

khác, ít bị tác động ăn mòn (do hàm lƣợng SO3 thấp) và cƣờng độ vật liệu cao

hơn do hàm lƣợng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 cao, cũng nhƣ có thể sử dụng trực tiếp

do có hàm lƣợng MKN thấp (4%).

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, so sánh với các tiêu chuẩn TCVN

10302:2014, phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa, xi măng, tro bay

Vĩnh Tân là loại tro a xít, các chỉ số tƣơng ứng với tro bay loại F (tổng hàm lƣợng

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 = 88,4% >70%), các chỉ số hàm lƣợng riêng lẻ SiO2, Al2O3,

Fe2O3 tƣơng đối lớn lần lƣợt ở các mức 51,4%, 12,5%, 24,5% và hàm lƣợng SO3,

CaO, MKN ở mức thấp, lần lƣợt là 4%, 0,66%, 0,4% đều đảm bảo cho phép có

thể sử dụng trực tiếp cho chế tạo vật liệu gia cố cũng chế tạo bê tông.

3.3. Xi măng

- Loại xi măng: xi măng dùng thí nghiệm là loại PC40 VICEM Bút Sơn đáp

ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 Xi măng pooc lăng – Yêu cầu

kỹ thuật, xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu, tạo ra

cƣờng độ vật liệu chế tạo.

- Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm:

Bảng 3. 10 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM Bút Sơn PC40

Tên chỉ tiêu

Đơn vị

Tiêu chuẩn thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm

MPa

TCVN 6016: 1995

Cƣờng độ nén - 3 ngày - 7 ngày - 28 ngày

Thời gian đông kết

phút

TCVN 6017: 1995

- Bắt đầu - Kết thúc

Yêu cầu kĩ thuật (TCVN 2682:2009) ≥ 21 ≥ 40 ≥ 45 ≤ 375

29,0 41,4 49,1 105 160

Khối lƣợng riêng

g/cm3

3,1

Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn

30,0

Độ nghiền mịn

≤ 15

2,15

Độ dẻo tiêu chuẩn

26,1

≤ 10

1,27

TCVN 4030: 2003 TCVN 6017: 1995 TCVN 4030: 2003 TCVN 6017:1995 TCVN6017:1 995

% % % %

51,74 24,20 8,16 10,35

Độ ổn định thể tích theo PP Le Chatelier Thành phần khoáng chất - C3S - C2S - C3A - C4AF

3.4. Cát nghiền

Cát nghiền thực hiện trong các thí nghiệm đƣợc lấy từ mỏ khu vực Hàm

Đức, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, vận chuyển về phòng thí nghiệm

bộ môn vật liệu xây dựng, trƣờng đại học Giao thông vận tải.

a) Các chỉ tiêu và phương pháp thí nghiệm:

- Các chỉ tiêu thí nghiệm:

+ Thành phần hạt

+ Mô đun độ lớn

+ Khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích

+ Hàm lƣợng bụi, sét

+ Lƣợng hữu cơ so với màu chuẩn

- Phương pháp thí nghiệm:

+ Lấy mẫu thử, chuẩn bị mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 4787:2001 [26].

b) Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm:

- Kết quả thành phần hạt của cát: Thành phần hạt của cát thí nghiệm theo

tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9205:2012 - Cát nghiền cho bê tông và vữa; kết quả

thành phần hạt của cát nghiền nhƣ Bảng 3.10 sau đây:

Bảng 3. 11 Bảng thành phần hạt của cát nghiền [13]

Mắt sàng (mm)

Khối lƣợng sót riêng biệt (gam)

Lƣợng sót riêng biệt (%)

Lƣợng sót tích lũy (%)

Lƣợng sót tích tũy (%) Quy định tại TCVN 9205:2012

Mô đun độ lớn

Cát thô Cát mịn

6,5

0,32

357,5

17,82

0 ÷ 25

2,5

555

27,67

45,49

15 ÷ 50

0 ÷ 15

1,25

3,09

448

22,33

67,82

35 ÷ 70

5 ÷ 35

0,63

306,5

15,28

83,10

65 ÷ 90

10 ÷ 65

0,315

231,5

11,54

94,64

80 ÷ 95

65 ÷ 85

0,14

So sánh thành phần hạt của cát nghiền với Tiêu chuẩn quốc gia TCVN

9205:2012 Cát nghiền cho bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật, cho thấy cát nghiền

có thành phần hạt nằm trong giới hạn max - min yêu cầu thể hiện nhƣ trong Biểu

đồ 3.3, đảm bảo trong chế tạo vữa cũng nhƣ bê tông.

)

( y ũ

Cỡ sàng (mm)

h c í t t ó s g n ợ ư L

Biểu đồ 3. 3 Thành phần hạt của cát nghiền

- Kết quả các chỉ tiêu cơ lý của cát nghiền:

Bảng 3. 12 Tính chất cơ lý của cát nghiền

STT

Tên chỉ tiêu

Đơn vị Kết quả

Phƣơng pháp thí nghiệm

Khối lƣợng riêng

2,69

TCVN 7572-4:2006

g/cm3

Khối lƣợng thể tích khô

2,651

TCVN 7572-4:2006

g/cm3

2,662

TCVN 7572-4:2006

g/cm3

Khối lƣợng thể tích bão hòa nƣớc

Độ hút nƣớc

2,541

TCVN 7572-4:2006

g/cm3

1,642

TCVN 7572-4:2006

Khối lƣợng thể tích lèn chặt tự nhiên

g/cm3

1,601

TCVN 7572-4:2006

Khối lƣợng thể tích lèn chặt hoàn toàn khô

Độ ẩm

1,01

TCVN 7572-4:2006

c) Đánh giá

- Qua kết quả của các thí nghiệm thành phần hạt, các chỉ tiêu cơ lý và thành

phần khoáng của cát nghiền, cát đảm bảo độ sạch, có các thành phần hóa học phù

hợp để thực hiện các giải pháp gia cố với xi măng, tro bay cũng nhƣ có thể phối

trộn với loại cát khác dùng để chế tạo vật liệu làm móng, mặt đƣờng nói chung,

mặt đƣờng giao thông nông thôn nói riêng.

- Thành phần hạt của cát nghiền cho thấy loại cát này đảm bảo điều kiện

trong chế tạo vữa cũng nhƣ bê tông.

3.5. Phụ gia

Theo nghiên cứu, phân tích tại mục 2.6, nhằm giảm lƣợng nƣớc và thuận lợi

trong công tác chế tạo mẫu cũng nhƣ trong thi công, nghiên cứu sử dụng thêm

phụ gia dẻo, đó là là gia Roadcon – SPR3000. Phụ gia này thông dụng trên thị

trƣờng, có một số đặc tính kỹ thuật nhƣ là phụ gia dẻo, kéo dài thời gian thủy hóa

của xi măng, kéo dài thời gian ninh kết bê tông, không chứa clorua và phù hợp

với các tiêu chuẩn ASTM và tiêu chuẩn Việt Nam.

3.6. Nƣớc

Nƣớc dùng cho hỗn hợp vật liệu thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 4506:2012. Khi xác định lƣợng nƣớc trộn cho hỗn hợp

vật liệu có chú ý đến độ ẩm của cát ở trạng thái tự nhiên; lƣợng nƣớc đƣợc điều

chỉnh theo độ ẩm và độ hút nƣớc của cốt liệu.

3.7. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng cát đỏ Bình Thuận gia cố xi

măng và tro bay Vĩnh Tân

3.7.1. Kế hoạch và phƣơng pháp thực nghiệm

Cát đỏ thí nghiệm là cát đỏ khu vực Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận, tro bay thí

nghiệm là tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, xi măng thực

nghiệm loại PC40 VICEM Bút Sơn đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN

2682:2009.

Các chỉ tiêu và phƣơng pháp - tiêu chuẩn thí nghiệm nhƣ sau:

- Chế bị mẫu thử theo TCVN10186-2014 [10].

- Xác định cƣờng độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo ASTM D1633 [57].

- Xác định cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu thí nghiệm theo TCVN

8862:2011 [19].

- Xác định mô đun đàn hồi mẫu thí nghiệm theo TCVN 5276:1993 [30].

Trên cơ sở nghiên cứu cơ sở lý thuyết hình thành cƣờng độ của vật liệu gia

cố, tỉ lệ xi măng khuyến cáo trong các tiêu chuẩn [9], [10], [18] và kết quả nghiên

cứu của một số tác giả nhƣ phân tích tại Chƣơng 2, thực nghiệm với tỉ lệ cát

đỏ/tro bay 90%/10%, 95%/5%, 100%/0% ứng với các tỉ lệ xi măng 6%, 8%, 10%.

- Chế bị mẫu theo các tiêu chuẩn và xác định các chỉ tiêu cƣờng độ chịu nén,

chịu kéo khi ép chẻ, mô đun đàn hồi mẫu thí nghiệm.

3.7.2. Trình tự thực nghiệm

- Lấy các mẫu cát đỏ, tro bay, xi măng thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, thành

phần hạt, khoáng chất. Tiến hành ủ mẫu và đầm nén tiêu chuẩn xác định độ chặt,

độ ẩm tối ƣu của các tổ hợp cát đỏ, tro bay, xi măng.

- Trộn hỗn hợp vật liệu: trộn hỗn hợp cát đỏ, tro bay, xi măng theo tính toán

và tiến hành đúc mẫu.

- Bảo dƣỡng và thí nghiệm các chỉ tiêu của vật liệu gia cố.

- Tổng hợp, xử lý kết quả thí nghiệm, đánh giá và đƣa ra nhận xét, kết luận.

Hình 3. 6 Máy trộn cƣỡng bức

Hình 3. 7 Khuôn và chày đầm

Hình 3. 8 Một số hình ảnh đúc mẫu

Hình 3. 9 Bảo dƣỡng mẫu và mẫu thí nghiệm

Hình 3. 10 Thí nghiệm cƣờng độ chịu nén, ép chẻ, mô đun đàn hồi

3.7.3. Thực hiện và kết quả thực nghiệm

3.7.3.1. Mục đích

Thực nghiệm này đƣợc thực hiện để xác định các chỉ tiêu cƣờng độ của vật

liệu nhƣ cƣờng độ chịu nén nở hông, cƣờng độ kéo khi ép chẻ nhằm kiến nghị sử

dụng vật liệu làm lớp móng, mặt đƣờng giao thông nông thôn.

3.7.3.2. Yêu cầu chung

- Khái niệm: Hỗn hợp vật liệu cát đỏ gia cố đƣợc hiểu là một loại hỗn hợp,

gồm các thành phần cát đỏ, xi măng, tro bay và nƣớc, có tỷ lệ nhất định, đƣợc

trộn đều, đầm chặt và bảo dƣỡng.

- Mục tiêu: thử nghiệm xác định tỉ lệ chất kết dính (xi măng + tro bay) hợp

lý phối hợp với cát đỏ dùng trong xây dựng móng, mặt đƣờng GTNT.

- Các yêu cầu về vật liệu thành phần và tỉ lệ chất kết dính trong hỗn hợp.

+ Cát đỏ: là loại cát đỏ khu vực Phan Thiết, Bình Thuận.

+ Một số chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng của cát đỏ Bình Thuận mô tả

trong Bảng 3.3.

- Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu thành phần hạt cát đỏ Bình Thuận mô tả trong

Bảng 3.4.

+ Tro bay: là tro bay của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, là tro bay a xít, loại

F theo TCVN 10302:2014 [11] và ASTM C618 [56].

+ Các chỉ tiêu tro bay Vĩnh Tân mô tả trong Bảng 3.9.

+ Xi măng: xi măng thực nghiệm là loại PC40 VICEM Bút Sơn đáp ứng

theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 [21].

- Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM Bút Sơn PC40 đƣợc mô tả trong

Bảng 3.10.

+ Nƣớc: nƣớc sạch thỏa mãn các yêu cầu tiêu chuẩn hiện hành.

* Các biến đầu vào:

- Tỉ lệ cát đỏ, tro bay và xi măng:

+ 100% cát đỏ + 0% tro bay và tỉ lệ xi măng: 6%, 8%, 10%

+ 95% cát đỏ + 5% tro bay và tỉ lệ xi măng: 6%, 8%, 10%

+ 90% cát đỏ + 10% tro bay và tỉ lệ xi măng: 6%, 8%, 10%

- Tuổi mẫu: có 3 loại tuổi thực nghiệm 7, 14, 28 ngày

* Số mẫu thí nghiệm

- Số mẫu thí nghiệm cho mỗi loại cƣờng độ là: 3 loại tỉ lệ cát đỏ/ tro bay x 3

(tỉ lệ xi măng) x 3 (loại tuổi) x3 mẫu (tổ hợp) = 81 mẫu.

- Tổng số mẫu thí nghiệm cho 3 chỉ tiêu Rn, Rech, Edh là: 81 x 3 = 243 mẫu.

3.7.3.3. Kết quả thực nghiệm

Thí nghiệm đƣợc tiến hành tại phòng thí nghiệm bộ môn vật liệu xây dựng,

trƣờng đại học Giao thông vận tải, xác định tính chất cơ học của mẫu với các hàm

lƣợng xi măng khác nhau ở tuổi 7, 14, 28 ngày. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ

chịu nén, cƣờng độ chịu ép chẻ và mô đun đàn hồi của các loại mẫu thí nghiệm

nhƣ sau:

* Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén

Bảng 3. 13 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén (Rn)

Thành phần mẫu

Đơn vị

6% Xi măng

8% Xi măng

10% Xi măng

Sau 7 ngày

100% cát đỏ

6,588

8,021

9,145

MPa

95% cát đỏ + 5% tro bay

6,919

8,023

9,826

MPa

90% cát đỏ + 10% tro bay

6,003

7,022

8,707

MPa

Sau 14 ngày

100% Cát đỏ

6,789

8,684

10,325

MPa

95% cát đỏ + 5% tro bay

7,891

9,827

11,049

MPa

90% cát đỏ + 10% tro bay

6,125

7,956

10,025

MPa

Sau 28 ngày

100% Cát đỏ

7,732

9,316

10,621

MPa

95% cát đỏ + 5% tro bay

8,638

9,737

11,519

MPa

90% cát đỏ + 10% tro bay

7,676

8,877

10,870

MPa

* Kết quả thí nghiệm cường độ chịu ép chẻ

Bảng 3. 14 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu ép chẻ (Rech)

Thành phần mẫu

Đơn vị

Sau 7 ngày 100% cát đỏ 95% cát đỏ + 5% tro bay 90% cát đỏ + 10% tro bay Sau 14 ngày 100% Cát đỏ 95% cát đỏ + 5% tro bay 90% cát đỏ + 10% tro bay Sau 28 ngày 100% Cát đỏ 95% cát đỏ + 5% tro bay 90% cát đỏ + 10% tro bay

6% Xi măng 0,390 0,401 0,340 0,397 0,405 0,346 0,451 0,499 0,446

8% Xi măng 0,528 0,531 0,440 0,533 0,534 0,448 0,635 0,702 0,627

10% Xi măng 0,595 0,597 0,538 0,603 0,606 0,544 0,742 0,781 0,722

MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

* Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi

Bảng 3. 15 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi

Mẫu

Đơn vị

Sau 7 ngày 100% cát đỏ

6% Xi măng 882

8% Xi măng 922

10% Xi măng 969

MPa

95% cát đỏ + 5% tro bay 90% cát đỏ + 10% tro bay Sau 14 ngày 100% Cát đỏ 95% cát đỏ + 5% tro bay 90% cát đỏ + 10% tro bay Sau 28 ngày 100% Cát đỏ 95% cát đỏ + 5% tro bay

915 875 905 933 896 972 1,015

961 906 946 980 927 1,021 1,066

1,010 946 994 1,030 969 1,074 1,120

MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa

90% cát đỏ + 10% tro bay

944

977

1,021

MPa

3.7.3.4. Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thực nghiệm

Sử dụng phần mềm Minitab 19 phân tích kết quả thí nghiệm, với các tổ hợp

tổng quát: 3 độ tuổi mẫu (7 ngày, 14 ngày, 28 ngày), 3 tỉ lệ xi măng (6%, 8%,

10%), 3 tỉ lệ tro bay/cát đỏ (0%/100%, 5%/95%, 10%/90%), kết quả phân tích

nhƣ sau:

a) Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu

Việc lựa chọn số mẫu trong tổ mẫu rất quan trọng, nếu số mẫu quá ít sẽ

không đánh giá đƣợc chính xác kết quả thí nghiệm và ngƣợc lại nếu số mẫu quá

nhiều sẽ kéo dài thời gian thí nghiệm dẫn đến kết quả bị ảnh hƣởng bởi tuổi mẫu

và kinh phí thực hiện tăng lên. Các tiêu chuẩn thí nghiệm đều quy định thƣờng là

3, hoặc 2 mẫu mỗi tổ mẫu, kết quả thí nghiệm đƣợc đánh giá đảm bảo độ chụm.

Số mẫu trong 1 tổ mẫu chọn là 3, kết quả thí nghiệm đƣợc đánh giá độ chụm

theo các tiêu chuẩn tƣơng ứng. Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 19 đánh giá

lại số mẫu với tiêu chuẩn t-test, tần số (power) =0,75 (hệ số  tính toán bằng

0,25) và mức ý nghĩa =0,05.

Để kết quả đủ độ tin cậy của kết quả thí nghiệm, nghiên cứu đƣợc thực hiện

với 3 mẫu, phát hiện mức sai lệch ±3.0σ với tần số thực (Actual power) tính toán

đƣợc là 0,9 ở mức ý nghĩa =0,05.

- Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm

Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các kết quả thử nghiệm độc lập nhận

đƣợc trong điều kiện quy định. Độ chụm thể hiện chất lƣợng công tác thí nghiệm,

đảm bảo cơ sở khoa học để phân tích đƣa ra những kết luận và kiến nghị của

nghiên cứu.

Sau khi có kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, đánh giá loại bỏ số liệu

ngoại lai (outlier) theo ASTM E178-2015, đánh giá độ chụm theo ASTM C670-

2015 với giới hạn chấp nhận đƣợc quy định của các tiêu chuẩn thí nghiệm. Tiêu

chuẩn Grubbs đƣợc sử dụng để đánh giá, loại bỏ số liệu ngoại lai của các kết quả

thí nghiệm.

Biểu đồ 3. 4 Minh họa loại bỏ số liệu ngoại lai Rech 14 ngày

Đối với mỗi tiêu chuẩn thí nghiệm đều quy định độ chụm tƣơng ứng. Các

tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành chƣa có chuẩn đánh giá độ chụm nên sử dụng các

tiêu chuẩn AASHTO và ASTM. Ví dụ với thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ

AASHTO T198-2015 thì hệ số biến sai Cv trong một phòng thí nghiệm là 5.0%.

Theo ASTM C670-2015 độ lệch tối đa giá trị max và min với tổ mẫu có 3 mẫu sẽ

là 3.3 Cv.

Hình 3.4 và Bảng 3.15 là ví dụ loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm

của cƣờng độ chịu ép chẻ ở 14 ngày tuổi, tùy thuộc vào tỷ lệ xi măng. Kết quả

cho thấy không có giá trị ngoại lai (sai số thô) trong tập kết quả thí nghiệm và

đảm bảo độ chụm.

Bảng 3. 16 Đánh giá độ chụm kết quả thí nghiệm Rech ở 14 ngày tuổi của

mẫu 100% cát đỏ

TT

Chỉ tiêu

Mẫu

6%XM

8%XM

10%XM

Cƣờng độ ép chẻ ở tuổi 14 ngày với các tỷ lệ XM, MPa

1 2 3 Trung bình

0.398 0.395 0.400 0.397

0.530 0.528 0.541 0.533

0.604 0.613 0.591 0.603

MPa

0.002

0.011

0.022

Khoảng chênh lệch R: max-min

Hệ số biến sai cho phép Cv

16.5

Khoảng chấp nhận cho phép so với giá trị trung bình: 3.3xCv

Mpa

0.066

0.088

0.099

Đạt

Giá trị độ lệch cho phép Đánh giá: So sánh (2) và (5)

Nghiên cứu đánh giá độ chụm cho tất cả các kết quả thí nghiệm. Các kết quả

thí nghiệm đều đảm bảo không có ngoại lai (sai số thô) và đảm bảo độ chụm.

- Thiết kế thực nghiệm và đánh giá kết quả:

Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) và phân tích thống kê

với phần mềm Minitab 19 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%. Số mẫu thí

nghiệm 3 mẫu/tổ mẫu đảm bảo phát hiện sai khác trong phạm vi ±3σ. Thiết kế thí

nghiệm tổng quát (General full factorial design). Phân tích phƣơng sai ANOVA

và phân tích hậu định phát hiện sai khác theo chuẩn Tukey.

- Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ ép chẻ

của cát đỏ gia cố XM theo tỷ lệ XM ở các ngày tuổi:

Sử dụng phần mềm Minitab 19 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full

factorial design) và phân tích kết quả thí nghiệm. Các biến đầu vào của thiết kế

thực nghiệm: 3 biến.

- Tỷ lệ cát đỏ: có 3 tỷ lệ là: 90%; 95%; 100%

- Ngày tuổi: có 3 ngày là: 7, 14, 28

- Tỷ lệ XM: có 3 tỷ lệ là: 6%; 8%; 10%

Số mẫu trong tổ mẫu là 3 mẫu.

Các kết quả đầu ra cần phân tích thống kê: 3 chỉ tiêu

- Cƣờng độ chịu nén Rn

- Cƣờng độ ép chẻ Rech

Tổng số thí nghiệm: 3x3x3x3 = 81 lần thí nghiệm.

Bảng 3. 17 Thiết kế thí nghiệm Rn, Rech cát đỏ gia cố ở các ngày tuổi

theo tỷ lệ xi măng

STT

Khối

Tuổi

Thứ tự chạy

Kiểu điểm

Cát đỏ %

Xi măng %

Rech (MPa)

Rn (MPa)

90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 95 95 95 95 95 95 95

6,042 7,024 8,596 6,135 7,978 10,118 7,651 8,787 10,775 5,988 7,110 8,716 6,159 7,900 9,853 7,678 9,013 10,811 5,981 6,932 8,811 6,080 7,992 10,104 7,701 8,830 11,025 6,608 8,044 9,785 7,895 9,755 10,982 8,724

0,342 0,443 0,540 0,337 0,437 0,534 0,452 0,625 0,726 0,342 0,443 0,537 0,345 0,447 0,541 0,453 0,630 0,711 0,337 0,436 0,539 0,356 0,458 0,557 0,434 0,625 0,729 0,408 0,529 0,609 0,383 0,515 0,598 0,513

7 7 7 14 14 14 28 28 28 7 7 7 14 14 14 28 28 28 7 7 7 14 14 14 28 28 28 7 7 7 14 14 14 28

6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

STT

Khối

Tuổi

Thứ tự chạy

Kiểu điểm

Cát đỏ %

Xi măng %

Rech (MPa)

Rn (MPa)

95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 6 6 8 8 8 10 10 10 6 6 6 8 8 8 10 10 10 6 6 6 8 8 8 10

9,699 11,525 6,618 8,015 9,793 7,902 9,831 10,995 8,605 9,742 11,547 6,630 8,009 9,899 7,875 9,895 11,169 8,584 9,771 11,486 6,579 6,769 7,738 8,040 8,702 9,316 9,036 10,365 10,555 6,592 6,802 7,727 8,015 8,700 9,327 9,157 10,312 10,675 6,594 6,795 7,731 8,009 8,650 9,305 9,242

0,701 0,779 0,401 0,510 0,610 0,406 0,553 0,626 0,483 0,685 0,782 0,396 0,555 0,571 0,424 0,534 0,593 0,501 0,721 0,781 0,379 0,398 0,453 0,520 0,530 0,616 0,612 0,604 0,713 0,390 0,395 0,455 0,512 0,528 0,641 0,609 0,613 0,760 0,402 0,400 0,447 0,552 0,541 0,649 0,565

28 28 7 7 7 14 14 14 28 28 28 7 7 7 14 14 14 28 28 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7 14 28 7

35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79

STT

Khối

Tuổi

Thứ tự chạy

Kiểu điểm

Cát đỏ %

Xi măng %

Rn (MPa)

Rech (MPa)

80 81

100 100

80 81

1 1

10 10

14 28

10,298 10,632

0,591 0,752

1 1 b) Phân tích thống kê cường độ nén Rn

Kết quả phân tích tất cả các biến số và tổ hợp các biến đều ảnh hƣởng đến

ƣ d n ầ h P

Giá trị phù hợp

Phần dƣ

ố s n ầ T

ƣ d n ầ h P

Thứ tự quan sát

Phần dƣ

cƣờng độ chịu nén có ý nghĩa thống kê.

Biểu đồ 3. 5 Biểu đồ phần dƣ phân tích thống kê Rn

Biểu đồ phần dƣ cho thấy phần dƣ tuân theo quy luật phân bố chuẩn, các giá

trị ngẫu nhiên, không theo quy luật và phân bố đều hai bên qua đƣờng “0” nhƣ

vậy thỏa mãn các điều kiện áp dụng phƣơng pháp thống kê thực nghiệm.

Yếu tố Tên

Yếu tố ảnh hƣởng

Biểu đồ 3. 6 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn

Biểu đồ Pareto cho thấy tất cả các biến và tƣơng tác giữa các biến (tích các

biến) đều ảnh hƣởng đến Rn có ý nghĩa thống kê vì các biểu đồ đều cắt đƣờng

) a P M

( n R ộ đ g n ờ ƣ C

thẳng đứng.

Biểu đồ 3. 7 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn

Hình trên thể hiện biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn. Cả 3 yếu tố tỉ

lệ cát đỏ, tỉ lệ xi măng và độ tuổi đều có ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ nén.

- Ảnh hƣởng của tỉ lệ cát đỏ/ tro bay: Khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 90% đến 95%,

tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ 10% xuống 5% thì cƣờng độ nén tăng lên (thể

hiện bằng độ dốc lên của đoạn thẳng), tuy nhiên khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 95% đến

100% tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay từ 5% về 0% thì cƣờng độ nén giảm đi (thể hiện

bằng độ dốc xuống của đoạn thẳng), điều này thể hiện biểu đồ ảnh hƣởng của tỉ lệ

cát đỏ đến cƣờng độ nén không là dạng tuyến tính mà là dạng bậc 2.

Khi điều chỉnh lƣợng tro bay đến mức trên dƣới 5%, lúc này một lƣợng tro

bay đóng vai trò nhƣ xi măng, đẩy nhanh phản ứng thủy hóa tạo ra hợp chất

CaO.SiO2 ngậm nƣớc và C-S-H có cấu trúc dạng sợi làm tăng độ rắn chắc của

hỗn hợp vật liệu, tuy nhiên khi tăng hàm lƣợng tro bay lên đến 10% và cao hơn

cộng với lƣợng xi măng đã có trong vật liệu gia cố dẫn đến thừa hàm lƣợng chất

độn (tại thời điểm này lƣợng tro bay đóng vai trò chất độn), ngoài ra đặc điểm tro

bay có cầu trúc dạng hình cầu, không thấm nƣớc, các tinh thể dễ dàng trƣợt lên

nhau có thể là nguyên nhân làm giảm cƣờng độ hỗn hợp vật liệu, điều này lý giải

về việc cƣờng độ tăng lên khi tỉ lệ tro bay trong khoảng 5% đến dƣới 10% và

giảm xuống khi tăng trên 10%.

- Ảnh hƣởng của tỉ lệ xi măng: Khi tỉ lệ xi măng tăng thì cƣờng độ nén tăng

lên; tốc độ tăng với các tỉ lệ từ 6% đến 8% và từ 8% đến 10% gần nhƣ tƣơng

đƣơng nhau (thể hiện các đoạn thẳng có độ dốc nhƣ nhau). Lý giải việc cƣờng độ

hỗn hợp tăng là do có các phản ứng thủy hóa xi măng tại các lỗ rỗng cũng nhƣ thủy hóa Calcium Silicate, trao đổi ion Ca++ của xi măng làm giảm bề dày của lớp

khuyếch tán, các hạt cốt liệu liên kết chặt lại với nhau hình thành cƣờng độ vững

chắc, tỉ lệ xi măng càng cao (theo khuyến cáo trong khoảng thí nghiệm đến 10%)

thì khả năng phản ứng và trao đổi ion diễn ra càng nhanh, càng mạnh dẫn đến

cƣờng độ của hỗn hợp vật liệu tăng lên theo hàm lƣợng tăng của xi măng. Với giá

trị cƣờng độ chịu nén cao hơn 7 MPa ở tỷ lệ xi măng 6% cho thấy, đối với đƣờng

giao thông nông thôn khi gia cố làm lớp móng mặt đƣờng, có thể sử dụng tỉ lệ gia

cố xi măng ở mức tỉ lệ này vừa đảm bảo các yếu tố kỹ thuật, vừa đảm bảo yếu tố

và kinh tế.

- Ảnh hƣởng của độ tuổi: cƣờng độ nén tăng lên theo ngày tuổi, cơ bản tốc

độ tăng cƣờng độ nén ở các giai đoạn từ 7 đến 14 ngày tuổi và từ 14 đến 28 ngày

tuổi gần nhƣ tƣơng đƣơng nhau (giai đoạn sau tốc độ tăng chỉ thấp hơn một chút).

Biểu đồ 3. 8 Ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rn

Biểu đồ 3.8 là biểu đồ cƣờng độ nén với mức ý nghĩa 95%CI, các kết quả

phân tích đều đảm bảo độ chụm.

Biểu đồ 3. 9 Biểu đồ cƣờng độ nén (Rn) ở mức tin cậy 95%

Trên có sở phân tích bằng phần mềm Minitab 19, thiết lập phƣơng trình hồi

quy bậc 2 quan hệ giữa Rn với tỉ lệ cát đỏ, xi măng và độ tuổi (3.1) nhƣ sau:

Rn = (3.1) (-324.3 + 0.5030 T + 6.752 CĐ + 0.7785 X - 0.004201 T*T - 0.03505 CĐ*CĐ - 0.002909 T*CĐ)

Trong đó:

Tỉ lệ cát đỏ/ tro bay (CĐ/TB), % tƣơng ứng 90/100, 95/5, 100/0, tỉ lệ XM ứng với

% tỉ lệ khô của tổng khối lƣợng (CĐ+TB). Tóm tắt mô hình

+ Rn: Cƣờng độ chịu nén, MPa + T: Tuổi của mẫu, ngày + CĐ: Tỉ lệ Cát đỏ, % + X: Tỉ lệ Xi măng, %

S 0.264030

R-sq 97,30%

R-sq(pred) 96,80%

R-sq(adj) 97,09%

Phân tích phương sai

Adj MS

F-Giá trị

445.15 37.94 203.56 1877.80 42.20 198.28 12.49

P-Giá trị 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001

Nguồn Bậc Tuổi Cát đỏ % Xi măng % Tuổi*Tuổi Cát đỏ %*Cát đỏ % Tuổi*Cát đỏ %

Adj SS 186.192 2.645 14.190 130.905 2.942 13.823 0.871

31.032 2.645 14.190 130.905 2.942 13.823 0.871

đc=97,09%, nhƣ vậy phƣơng trình

- Kết quả phân tích các hệ số điều chỉnh R2

đảm bảo độ tin cậy, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số p-value<<0,05 đảm bảo

mức ý nghĩa 95%.

- Phƣơng trình hồi quy có ý nghĩa đối độ tuổi trong khoảng 0÷28 ngày.

c) Phân tích thống kê cường độ ép chẻ (Rech)

Tƣơng tự nhƣ đối với cƣờng độ nén, kết quả phân tích tất cả các biến số và

ƣ d n ầ h P

Giá trị phù hợp

Phần dƣ

ố s n ầ T

Phần dƣ

tổ hợp các biến đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ ép chẻ có ý nghĩa thống kê.

Thứ tự quan sát Biểu đồ 3. 10 Phần dƣ phân tích thống kê Rech

Biểu đồ phần dƣ cho thấy phần dƣ tuân theo quy luật phân bố chuẩn, các giá

trị ngẫu nhiên, phân bố đều hai bên qua đƣờng “0” nhƣ vậy thỏa mãn các điều

Yếu tố Tên

Yếu tố ảnh hƣởng

kiện áp dụng phƣơng pháp thống kê thực nghiệm.

Biểu đồ 3. 11 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn

Biểu đồ Pareto cho thấy biến phần trăm cát đỏ, phần trăm xi măng và tƣơng

tác giữa các biến (tích các biến) đều ảnh hƣởng đến Rech có ý nghĩa thống kê vì

h c e R

) a P M

(

ẻ h c p é ộ đ g n ờ ƣ C

các biểu đồ đều cắt đƣờng thẳng đứng trừ cột biểu đồ của biến tuổi xi măng.

Biểu đồ 3. 12 Ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech

Biểu đồ 3.12 thể hiện biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech. Cả 3

yếu tố tỉ lệ cát đỏ, tỉ lệ xi măng và độ tuổi đều có ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ ép

chẻ.

- Ảnh hƣởng của tỉ lệ cát đỏ/ tro bay: Khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 90% đến 95%,

tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ 10% xuống 5% thì cƣờng độ ép chẻ tăng lên

(thể hiện bằng độ dốc lên của đoạn thẳng), khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 95% đến 100%

tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ 5% về 0% thì cƣờng độ ép chẻ giảm đi (thể

hiện bằng độ dốc xuống của đoạn thẳng), điều này thể hiện biểu đồ ảnh hƣởng

của tỉ lệ cát đỏ đến cƣờng độ ép chẻ không là dạng tuyến tính mà là dạng bậc 2.

Lý giải về sự biến đổi về cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ của hỗn hợp vật liệu

tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp cuả cƣờng cƣờng chịu nén, đó là việc xảy ra các phản

ứng thủy hóa (khi tro bay đóng vai trò một phần nhƣ xi măng) tạo ra hợp chất

mới, đến một tỉ lệ nhất định, tro bay không còn đóng vai trò nhƣ xi măng mà

đóng vai trò nhƣ một chất độn và đặc thù cấu trúc tro bay là tinh thể hình cầu dễ

dàng trƣợt lên nhau là nguyên nhân giảm cƣờng độ của vật liệu gia cố.

- Ảnh hƣởng của tỉ lệ xi măng: Khi tỉ lệ xi măng tăng thì cƣờng độ ép chẻ

tăng lên; tốc độ tăng về mặt cƣờng độ với các tỉ lệ từ 6% đến 8% nhanh hơn so

với tỉ lệ xi măng từ 8% đến 10%, thể hiện ở việc đoạn thẳng sau có độ dốc thấp

hơn so với đoạn thẳng trƣớc. Sự gia tăng cƣờng độ theo tỉ lệ xi măng tƣơng tự

nhƣ lý giải đối với cƣờng độ ép chẻ là do tốc độ tăng phản ứng thủy hóa xi măng cũng nhƣ tốc độ và số trao đổi ion Ca++ của xi măng. Với mức cƣờng độ ép chẻ

cao hơn 0,4 MPa ở tỷ lệ xi măng 6% cho thấy, đối với đƣờng giao thông nông

thôn khi gia cố làm lớp móng mặt đƣờng, có thể sử dụng tỉ lệ gia cố xi măng ở

mức tỉ lệ này vừa đảm bảo các yếu tố kỹ thuật, vừa đảm bảo yếu tố và kinh tế.

- Ảnh hƣởng của độ tuổi: cƣờng độ nén tăng lên theo ngày tuổi, tốc độ phát

triển cƣờng độ ép chẻ ở các giai đoạn từ 7 đến 14 ngày tuổi rất chậm, tuy nhiên

bắt đầu từ 14 đến 28 ngày tuổi cƣờng độ ép chẻ phát triển với tốc độ nhanh hơn

rất nhiều, thể hiện ở việc đoạn thẳng trong giai doạn này có độ dốc lớn so với giai

đoạn tuổi trƣớc.

Biểu đồ 3. 13 Ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rech

Biểu đồ 3. 14 Biểu đồ cƣờng độ ép chẻ 95% CI

Biểu đồ 3.14 là biểu đồ cƣờng độ ép chẻ với mức ý nghĩa 95%CI, các kết

quả phân tích đều đảm bảo độ chụm.

Trên có sở phân tích bằng phần mềm Minitab 19, thiết lập phƣơng trình hồi

quy bậc 2 quan hệ giữa Rech với tỉ lệ cát đỏ, xi măng và độ tuổi nhƣ sau:

Rech=

-16.88 + 0.00976 T + 0.3411 CĐ + 0.1627 X + 0.000409 T*T

(3.2)

- 0.001747 CĐ*CĐ - 0.00768 X*X - 0.000273 T*CĐ + 0.001054 T*X

Trong đó:

+ Rech: Cƣờng độ ép chẻ, MPa

+ T: Tuổi của mẫu, ngày

+ CĐ: Tỉ lệ Cát đỏ, %

Tỉ lệ cát đỏ/ tro bay (CĐ/TB), % tƣơng ứng 90/100, 95/5, 100/0, tỉ lệ XM ứng với

% tỉ lệ khô của tổng khối lƣợng (CĐ+TB). Tóm tắt mô hình

S 0.0174573

R-sq 98.11%

R-sq(adj) 97.90%

R-sq(pred) 97.62%

Phân tích phương sai

Nguồn

Adj SS

Adj MS

F-Value

P-Value

Bậc

1.13704

0.142130

466.37

0.000

Tuổi

0.00096

0.000958

3.14

0.001

Cát đỏ %

0.03623

0.036230

118.88

0.000

Xi măng %

0.02909

0.029088

95.45

0.000

Tuổi*Tuổi

0.02795

0.027947

91.70

0.000

Cát đỏ %*Cát đỏ %

0.03435

0.034348

112.71

0.000

Xi măng %*Xi măng %

0.01700

0.017001

55.79

0.000

Tuổi*Cát đỏ %

0.00768

0.007679

25.20

0.000

Tuổi*Xi măng %

0.01830

0.018303

60.06

0.000

- Kết quả phân tích hệ số xác định điều chỉnh R2

đc=97,90%, nhƣ vậy phƣơng

+ X: Tỉ lệ Xi măng, %

trình đảm bảo độ tin cậy, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số p-value<<0,05

đảm bảo mức ý nghĩa 95%.

- Phƣơng trình hồi quy có ý nghĩa đối với độ tuổi trong khoảng 0 ÷ 28 ngày.

* Nhận xét chung kết quả thực nghiệm vật liệu cát đỏ, tro bay gia cố xi

măng

- Thiết kế thực nghiệm rõ ràng, chi tiết đảm bảo đánh giá thống kê các yếu

tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén, cƣờng độ ép chẻ và mô đun đàn hồi của cát đỏ

gia cố xi măng làm lớp móng dƣới trong kết cấu mặt đƣờng ô tô. Kết quả thí

nghiệm đƣợc đánh giá đảm bảo độ chụm, không có giá trị ngoại lai.

- Kết quả thực nghiệm xác định đƣợc cƣờng độ nén, ép chẻ và mô đun đàn

hồi, chỉ ra mối tƣơng quan giữa cƣờng độ cũng nhƣ sự phát triển cƣờng độ với tỉ

lệ (cát đỏ/ tro bay), tỉ lệ xi măng và độ tuổi của mẫu hỗn hợp gia cố.

- Nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc các phƣơng trình hồi quy bậc 2 có ý nghĩa

thống kê cƣờng độ nén, cƣờng độ ép chẻ phụ thuộc vào các biến tỷ lệ cát đỏ, tỷ lệ

xi măng gia cố và theo các ngày tuổi khác nhau.

Tổng hợp so sánh

Đơn vị: MPa

Bảng 3. 18 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ nén (Rn)

Yêu cầu cƣờng độ

Chỉ tiêu cơ lý đất gia cố

cát gia cố XM

CPĐD gia cố XM

6%

8%

10%

Loại mẫu

XM

Móng

Độ bền

Khác

trên

dƣới

trên

dƣới

cấp I

cấp II

cấp III

7 ngày

100% cát đỏ

6,588 8,021 9,145

95% cát đỏ +

6,919 8,023 9,826

0,5

5% tro bay

90% cát đỏ +

6,003 7,022 8,707

10% tro bay

14 ngày

100% Cát đỏ

6,789 8,684 10,325

7,891 9,827 11,049

3,0

95% cát đỏ + 5% tro bay

90% cát đỏ +

6,125 7,956 10,025

10% tro bay

28 ngày

100% Cát đỏ

7,732 9,316 10,621

95% cát đỏ +

8,638 9,737 11,519

5% tro bay

90% cát đỏ +

7,676 8,877 10,870

10% tro bay

Bảng 3. 19 Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu ép chẻ (Rech)

Yêu cầu cƣờng độ

Đơn vị: MPa Chỉ tiêu cơ lý đất gia

cát gia cố XM

CPĐD gia cố XM

cố

6%

8%

10%

Loại mẫu

XM

Móng

Độ bền

Khác

trên

dƣới

trên

dƣới

cấp I

cấp II

cấp III

Sau 14 ngày

100% Cát đỏ 0,397 0,533 0,603

95% cát đỏ +

0,405 0,534 0,606

0,45

0,35

5% tro bay

90% cát đỏ +

0,346 0,448 0,544

10% tro bay

Sau 28 ngày

100% Cát đỏ 0,451 0,635 0,742

95% cát đỏ +

0,499 0,702 0,781

0,35

0,25 0,12

1,2

0,5

5% tro bay

90% cát đỏ +

0,446 0,627 0,722

10% tro bay

- Đánh giá:

So với yêu cầu về cƣờng độ của đất gia cố, cát gia cố xi măng hay cấp phối

đá dăm gia cố xi măng theo tiêu chuẩn Việt Nam thì chỉ số cƣờng độ nén, ép chẻ

của các mẫu cát đỏ Bình Thuận gia cố xi măng + tro bay đều có kết quả cao hơn.

Nhƣ vậy, cát đỏ gia cố xi măng + tro bay có thể làm lớp móng đƣờng giao thông

nông thôn.

3.8. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng bê tông hạt nhỏ sử dụng cát

đỏ Bình Thuận và tro bay Vĩnh Tân

3.8.1. Kế hoạch và phƣơng pháp thực nghiệm

Các loại vật liệu đƣợc thực nghiệm gồm cát đỏ đƣợc lấy từ đồi cát tại Phan

Thiết, Bình Thuận, tro bay lấy từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, Bình Thuận, cát

nghiền lấy từ mỏ Hàm Đức, Hàm Thuận Bắc, Bình Thuận, xi măng loại PC40

VICEM Bút Sơn đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 [21].

Các chỉ tiêu và phƣơng pháp - tiêu chuẩn thí nghiệm nhƣ sau:

- Xác định tính chất của cốt liệu theo TCVN 7570:2006 [22], TCVN

7572:2006 [23].

- Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu theo TCVN 3105:1993 [27].

- Xác định khối lƣợng thể tích mẫu thí nghiệm theo TCVN 3108:1993 [28].

- Xác định cƣờng độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo TCVN 3118:1993 [29].

- Xác định cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu thí nghiệm

- Xác định mô đun đàn hồi mẫu thí nghiệm theo TCVN 5276:1993 [30].

3.8.2. Trình tự thực nghiệm

- Lấy các mẫu cát đỏ, tro bay, xi măng thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, thành

phần hạt, khoáng chất. Tiến hành ủ mẫu và đầm nén tiêu chuẩn xác định độ chặt,

độ ẩm tối ƣu của các tổ hợp cát đỏ, cát nghiền, tro bay, xi măng.

- Thiết kế thành phần hỗn hợp: thiết kế trên cơ sở nguyên lý thiết kế bê tông

hạt nhỏ.

- Chế tạo, bảo dƣỡng, tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu các mẫu thí nghiệm.

- Tổng hợp, xử lý kết quả thí nghiệm, đánh giá và đƣa ra nhận xét, kết luận.

3.8.3. Nghiên cứu thực nghiệm vật liệu bê tông hạt nhỏ gồm hỗn hợp cát

đỏ, cát nghiền, tro bay, xi măng

3.8.3.1. Mục đích

Thực nghiệm đƣợc thực hiện để xác định các chỉ tiêu cƣờng độ của vật liệu

bê tông nhƣ cƣờng độ chịu nén nở hông, cƣờng độ kéo khi ép chẻ, mô đun đàn

hồi nhằm kiến nghị sử dụng vật liệu làm lớp móng, mặt đƣờng GTNT.

3.8.3.2. Vật liệu thực nghiệm

1) Cát đỏ:

Là loại cát đỏ khu vực Phan Thiết, Bình Thuận, các chỉ tiêu cơ lý, thành

phần khoáng, thành phần hạt trình bày tại các Bảng 3.3, 3.4.

2) Cát nghiền:

- Là loại cát đƣợc lấy từ mỏ khu vực Hàm Đức, Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình

Thuận, vận chuyển và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm bộ môn vật liệu xây

dựng, trƣờng đại học Giao thông vận tải; kết quả thành phần hạt và một số chỉ

tiêu cơ lý của cát nghiền mô tả trong Bảng 3.11.

3) Tro bay:

- Là tro bay của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân, là tro bay a xít, loại F (theo

TCVN 10302:2014 và ASTM C618), có các chỉ tiêu mô tả trong Bảng 3.9.

4) Xi măng:

- Xi măng thực nghiệm là loại PC40 VICEM Bút Sơn đáp ứng theo tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009, có các chỉ tiêu cơ lý mô tả trong Bảng 3.10.

5) Phụ gia

- Phụ gia RoadCon-SPR3000 sử dụng là phụ gia dẻo nhằm giảm lƣợng

nƣớc, tăng thời gian thủy hóa, tăng thời gian ninh kết bê tông, phù hợp với các

tiêu chuẩn ASTM và tiêu chuẩn Việt Nam.

3.8.3.3. Nguyên tắc thiết kế mẫu

Nhƣ trình bày tại mục 2.6, có 2 nguyên lý cơ bản thiết kế cấp phối bê tông,

đó là nguyên lý phối chế vật liệu đất và nguyên lý phối chế bê tông, với nguyên

tắc chung là lƣợng vữa vật liệu kết dính phải đủ bao bọc các hạt cốt liệu thô mà

còn đủ để có thể lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu nhỏ, vữa cát bao bọc các hạt

cốt liệu thô, hình thành bê tông có độ đặc đồng đều, đạt đƣợc các yêu cầu về kinh

tế và kỹ thuật. Khi tiến hành thiết kế cấp phối bê tông, lƣợng vữa vật liệu kết dính

có thể không thể lấp đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu nhỏ và lƣợng vữa cát không đủ

để lấp đầy lỗ rỗng các hạt cốt liệu thô; nhƣng về cơ bản, phải xem xét đến điều

kiện hiện trƣờng thi công và điều kiện trong phòng thí nghiệm có sự khác nhau,

nên phải gia tăng thêm một lƣợng vữa chất kết dính.

Theo phân tích đánh giá chất lƣợng bê tông phụ thuộc vào tỉ lệ N/CKD

(CKD ở đây chỉ tính là xi măng) và các nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ N/CKD phù hợp

đối bê tông hạt nhỏ nhƣ phân tích tại mục 2.6 và các nghiên cứu tại [67], [68], với

nghiên cứu về hàm lƣợng tro bay khi sử dụng trong hỗn hợp có thể giảm tƣơng

đối lƣợng nƣớc, hơn nữa nghiên cứu thực nghiệm cũng sử dụng phụ gia dẻo một

mặt góp phần giảm lƣợng nƣớc, mặt khác thuận lợi trong chế tạo mẫu và thi

công, Luận án đã lựa chọn tỉ lệ N/CKD bằng 0,37 để tiến hành các thực nghiệm

trong phòng đối với bê tông hạt nhỏ.

- Tỉ lệ cát nghiền và cát đỏ Bình Thuận lựa chọn thí nghiệm theo 4 mức:

70% cát nghiền + 30% cát đỏ, 60% cát nghiền + 40% cát đỏ, 50% cát nghiền +

50% cát đỏ, 40% cát nghiền + 60% cát cát đỏ.

Trên cơ sở tỉ lệ cấp phối cát nghiền và cát đỏ, thành phần hạt của hỗn hợp

cát đỏ, cát nghiền nhƣ Bảng 3.19 sau đây:

Bảng 3. 20 Thành phần hạt hỗn hợp cát nghiền và cát đỏ

Cỡ hạt, mm

Cát đỏ (%)

CP40- 60 (%)

CP50- 50 (%)

CP60- 40 (%)

CP70-30 (%)

Cát nghiền (%)

CP lý tƣởng Fuller (%)

0,075

1,22

25,88

21,77

17,66

13,55

28,37

0,14

5,36

12,69

44,07

37,62

31,16

24,71

34,21

0,315

16,9

54,27

62,25

54,70

47,14

39,58

43,63

0,63

32,18

99,01

72,34

65,65

58,95

52,26

53,72

1,25

54,51

99,90

81,74

77,21

72,67

68,13

65,98

2,5

82,18

100,00

92,87

91,09

89,31

87,53

81,23

99,87

99,84

99,81

99,78

100,00

99,68 (Ghi chú: CP – Cấp phối)

* Thực hiện thiết kế mẫu

Thiết kế thành phần mẻ trộn bê tông xi măng mặt đƣờng có tro bay có cƣờng

độ ở tuổi 28 ngày.

1. Xác định thể tích hồ tối thiểu trên thể tích đặc hoàn toàn của vữa, p = Vhồ

: Vvữa. (p chọn bằng 0,38).

2. Lựa chọn tỷ lệ tro bay/xi măng (TB/X) và nƣớc /tro bay+xi măng

(N/(X+TB)).

3. Xác định thể tích đặc của cốt liệu lớn Vđ.

4. Xác định thể tích vữa đặc tuyệt đối, Vv giả thuyết có 1% độ rỗng cuốn

khí: Vv= Vbt x 0,98 – Vđ , trong đó Vbt là thể tích của bê tông.

5. Xác định thể tích tuyệt đối của hồ, Vh = Vv x p.

6. Xác định thể tích của cát, Vc : Vc = Vv ( 1- p )

7. Xác định thể tích nƣớc cho mẻ trộn thử, N.

N= Vh x

8. Xác định thể tích xi măng, Vx :

Vx =

9. Xác định thể tích của tro bay, VTB : VTB= Vx (TB/X)

10. Chuyển đổi thể tích vật liệu thành khối lƣợng.

* Tính toán thành phần cấp phối bê tông có sử dụng tro bay Vĩnh Tân, dùng 25%

thay thế xi măng theo ACI 211.3R-02.

+ Bước 1: Xác định tỉ lệ thể tích tro bay (P) trên thể tích xi măng (C)

Tra hình A3.2 => tỉ lệ thể tích của nƣớc (w) trên tro bay cộng xi măng

+ Bước 2: Xác định tỉ lệ thể tích hồ không lẫn khí/ thể tích vữa không lẫn khí

Pv có thể lấy trong khoảng 0,38 - 0,46. Chọn Pv=0,46

+ Bước 3: Xác định thể tích của cốt liệu thô VCA

Từ bảng A3.1 => chọn khối lƣợng tuyệt đối của cốt liệu thô trên một đơn

vị thể tích của bê tông là 46. Do đó thể tích của cốt liệu thô:

VCA=0,46*1m3 = 0,46 m3

+ Bước 4: Xác định thể tích của không khí trong hỗn hợp VA

Theo giả thuyết, hàm lƣợng không khí bị cuốn vào hỗn hợp bê tông là 1%

tổng thể tích hỗn hợp bê tông. Thể tích của không khí VA:

VA= (hàm lƣợng khí/100)*CV=(1/100)* 1m3= 0,01 m3

Trong đó CV: thể tích đơn vị của bê tông

+ Bước 5: Xác định thể tích vữa không chứa không khí VM VM = Cv - VCA-VA= 1m3 - (0,46 * 1m3) - 0,01m3 = 0,53 m3

=> thể tích hồ không chứa không khí VP: VP = Pv* VM = 0,46 * 0,53 = 0,244m3

+ Bước 6: Xác định thể tích của cốt liệu mịn VFA

VFA = VM*(1-PV) = 0,53 * (1-0,46) = 0,286 m3

+ Bước 7: xác định thể tích của nước VW

+ Bước 8: xác định thể tích của xi măng

+ Bước 10: Xác định khối lượng của các vật liệu

Thành phần vật liệu cho 1m3 hỗn hợp bê tông với tỉ lệ cát đỏ/cát nghiền là

70%/30% tính toán đƣợc nhƣ sau: xi măng = 360 kg, cát nghiền 1259 kg, cát

đỏ 540 kg, nƣớc 165 lít, phụ gia Roadcon 3,6 lít.

- Tƣơng tự tính với các tỉ lệ cát đỏ/cát nghiền 60%/40%, 50%/50% và

40%/60%.

* Số mẫu thí nghiệm

- Cấp phối: 4 cấp phối cát nghiền/cát đỏ theo các tỉ lệ 70/30, 60/40, 50/50,

40/60.

- Tuổi: thí nghiệm ở các độ tuổi 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày.

- Các chỉ tiêu thí nghiệm: Rn, Rech, Eđh.

- Số mẫu thí nghiệm cho mỗi loại cƣờng độ là: 4 cấp phối x 4 độ tuổi x 3 mẫu

(tổ hợp) = 48 mẫu.

- Tổng số mẫu thí nghiệm là: 48 x 3 = 144 mẫu.

* Cơ sở và thiết bị thí nghiệm

- Cơ sở thí nghiệm: Phòng thí nghiệm bộ môn vật liệu, trƣờng đại học Giao

thông vận tải.

- Thiết bị thí nghiệm:

+ Máy trộn vật liệu: sử dụng máy trộn cƣỡng bức

+ Thí nghiệm cƣờng độ chịu nén (Rn):

Hình 3. 11 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu nén

+ Thí nghiệm cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ (Rech):

Hình 3. 12 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ

+ Thí nghiệm chịu kéo khi uốn (Rku):

Hình 3. 13 Thiết bị thí xác định cƣờng độ chịu kéo khi uốn

+ Thí nghiệm môn đun đàn hồi (Edh):

Hình 3. 14 Thiết bị thí xác định mô đun đàn hồi

* Một số hình ảnh thí nghiệm

Hình 3. 15 Chế tạo mẫu thí nghiệm

Hình 3. 16 Các mẫu chờ thí nghiệm theo các ngày tuổi

Hình 3. 17 Mẫu trƣớc và sau khi thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén

Hình 3. 18 Mẫu trƣớc và sau thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ

Hình 3. 19 Mẫu trƣớc và sau thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu kéo khi uốn

3.3.3.4. Kết quả thực nghiệm

* Mô đun đàn hồi

Thí nghiệm mô đun đàn hồi đƣợc thực hiện theo TCVN 5276:1993 [31],

mẫu hình lăng trụ có đƣờng kính D = 100 mm và chiều cao H = 400 mm, chế bị

(3.3)

mẫu theo TCVN 3015:1993 [32]. Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh (Eo) của từng viên mẫu đƣợc tính bằng daN/cm2 theo công thức:

- Ứng suất thử (ở giá trị 1/3 cƣờng độ lăng trụ), (daN/cm2)

- Ứng suất ban đầu (0,5daN/cm2), (daN/cm2)

- - Chênh lệch biến dạng tƣơng đối của bê tông ở mức ứng suất thử so

với mức ứng suất ban đầu.

Đơn vị: MPa

Bảng 3. 21 Kết quả mô đun đàn hồi sau khi thí nghiệm

Cấp phối

70CN30CĐ

60CN40CĐ

50CN50CĐ

40CN60CĐ

29.759

25.767

24,015

23.007

Giá trị Edh

Ghi chú: CN: cát nghiền, CĐ: cát đỏ

) a P M

( i ồ h n à đ n u đ ô M

Cấp phối

Biểu đồ 3. 15 Mô đun đàn hồi theo các cấp phối khác nhau

* Kết quả cƣờng độ chịu nén

Bảng 3. 22 Kết quả cƣờng độ chịu nén

Đơn vị: Mpa

70CN30CĐ

60CN40CĐ

50CN50CĐ

40CN60CĐ

Tuổi / cấp phối 3 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày

24,807 32,960 37,444 42,560

20,519 28,890 32,538 37,110

20,057 28,510 32,187 36,800

16,327 20,030 28,688 35,720

100

) a P M

( n é n u ị h c ộ đ g n ờ ƣ C

Cấp phối

Biểu đồ 3. 16 Cƣờng độ chịu nén các cấp phối ở các tuổi 3, 7, 14, 28 ngày

* Kết quả cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ

Đơn vị: MPa

Bảng 3. 23 Kết quả cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ

70CN30CĐ

60CN40CĐ

50CN50CĐ

40CN60CĐ

Tuổi / cấp phối 3 ngày 7 ngày 14 ngày 28 ngày

2,797 3,150 3,896 4,510

2,817 2,910 3,663 4,220

2,258 2,570 3,275 3,850

1,980 2,240 2,993 3,590

) a p M

(

ẻ h c p é i h k o é k u ị h c ộ đ g n ờ ƣ C

Cấp phối

Biểu đồ 3. 17 Cƣờng độ ép chẻ các cấp phối ở các tuổi 3, 7, 14, 28 ngày

101

Đơn vị: MPa

* Kết quả cƣờng độ kéo uốn

70CN30CĐ 7,70

60CN40CĐ 7,27

50CN50CĐ 7,01

40CN60CĐ 5,18

Cấp phối Rku

) a P M

( n ố u o é k ộ đ g n ờ ƣ C

Cấp phối

Biểu đồ 3. 18 Cƣờng độ kéo uốn các cấp phối 28 ngày tuổi

3.3.3.5. Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thực nghiệm

Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu thí nghiệm bao gồm các bƣớc sau:

* Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu

Tƣơng tự nhƣ phân tích kết quả thí nghiệm vật liệu gia cố, số mẫu trong 1 tổ

mẫu chọn là 3, kết quả thí nghiệm đƣợc đánh giá độ chụm theo các tiêu chuẩn

tƣơng ứng. Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 19 đánh giá lại số mẫu với tiêu

chuẩn t-test, power=0,75 (hệ số  tính toán bằng 1-0,75=0,25) và mức ý nghĩa

=0,05. Để kết quả đủ độ tin cậy của kết quả thí nghiệm, nghiên cứu đƣợc thực

hiện với 3 mẫu/tổ mẫu, phát hiện mức sai lệch ±3,0σ với power tính toán đƣợc là

0,75 ở mức ý nghĩa =0,05.

* Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm

Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các kết quả thử nghiệm độc lập nhận

đƣợc trong điều kiện quy định. Độ chụm thể hiện chất lƣợng thí nghiệm, đảm bảo

cơ sở khoa học phân tích đƣa ra kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên cứu.

Sau khi có kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, đánh giá loại bỏ số liệu

ngoại lai theo ASTM E178-2015, đánh giá độ chụm theo ASTM C670-2015 với

giới hạn chấp nhận quy định các tiêu chuẩn thí nghiệm tƣơng ứng. Tiêu chuẩn

102

Grubbs sử dụng để đánh giá, loại bỏ số liệu ngoại lai các kết quả thí nghiệm.

Biểu đồ 3. 19 Ví dụ minh họa loại bỏ số liệu ngoại lai Rech 14 ngày

Đối với mỗi tiêu chuẩn thí nghiệm đều quy định độ chụm tƣơng ứng, các

tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành chƣa có chuẩn đánh giá độ chụm nên sử dụng các

tiêu chuẩn AASHTO và ASTM. Ví dụ với thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ

AASHTO T198-2015 thì hệ số biến sai Cv trong một phòng thí nghiệm là 5,0%,

Theo ASTM C670-2015 độ lệch tối đa giá trị max và min với tổ mẫu có 3 mẫu sẽ

là 3,3 Cv. Hình trên và đánh giá độ chụm dƣới đây là ví dụ loại bỏ số liệu ngoại

lai và đánh giá độ chụm của cƣờng độ chịu ép chẻ ở 14 ngày tuổi, tùy thuộc vào

tỷ lệ xi măng. Kết quả cho thấy không có giá trị ngoại lai (sai số thô) trong tập kết

quả thí nghiệm và đảm bảo độ chụm.

Bảng 3. 24 Ví dụ đánh giá độ chụm kết quả thí nghiệm Rech ở 14 ngày tuổi

TT

Chỉ tiêu

Mẫu

Cƣờng độ ép chẻ ở tuổi 14 ngày với các tỷ lệ XM, MPa

1 2 3 TB

30%CĐ 70%CN 3,921 3,854 3,912 3,896

40%CĐ 60%CN 3,670 3,726 3,592 3,663

50%CĐ 50%CN 3,278 3,291 3,257 3,275

60%CĐ 40%CN 2,875 3,095 3,008 2,993

MPa

0,067

0,134

0,033

0,220

Khoảng chênh lệch R: max-min

16,5

3 Hệ số biến sai cho phép Cv Khoảng chấp nhận cho phép so với giá trị trung bình: 3,3xCv

5 Giá trị độ lệch cho phép

MPa

0,643

0,604

0,540

0,494

6 Đánh giá: So sánh (2) và (5)

Đạt

103

Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá độ chụm cho tất cả các kết quả thí nghiệm.

Các kết quả thí nghiệm đều đảm bảo không có ngoại lai (sai số thô) và đảm bảo

độ chụm.

* Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cƣờng độ nén, cƣờng độ

ép chẻ của cát đỏ gia cố XM theo tỷ lệ XM ở các ngày tuổi

Sử dụng phần mềm Minitab 19 thiết kế thí nghiệm tổng quát và phân tích kết

quả thí nghiệm, các biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 2 biến nhƣ sau:

- Ngày tuổi : có 4 ngày là: 3, 7, 14, 28

- Tỷ lệ CN/CĐ : có 4 tỷ lệ là: 70%/30%; 60%/40%; 50%/50%;

40%/60%

- Số mẫu trong tổ mẫu là 3 mẫu.

- Các kết quả đầu ra phân tích thống kê: 3 chỉ tiêu

+ Cƣờng độ chịu nén Rn

+ Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ (Rech)

+ Cƣờng độ kéo khi uốn (Rku) tính riêng đối với 28 ngày tuổi.

ƣ d n ầ h P

Phần dƣ

Giá trị phù hợp

ố s n ầ T

ƣ d n ầ h P

Thứ tự quan sát

Phần dƣ

* Phân tích thống kê cƣờng độ nén Rn

Biểu đồ 3. 20 Biểu đồ phần dƣ phân tích thống kê Rn

Biểu đồ 3.20 cho thấy phần dƣ tuân theo quy luật phân bố chuẩn, các giá trị

ngẫu nhiên, không theo quy luật và phân bố đều hai bên qua đƣờng “0” nhƣ vậy

104

Yếu tố Tên hƣởng

thỏa mãn các điều kiện áp dụng phƣơng pháp thống kê thực nghiệm.

Yếu tố ảnh hƣởng Biểu đồ 3. 21 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hƣởng đến Rn

Biểu đồ Pareto ở hình trên đây cho thấy tất cả các biến và tƣơng tác giữa các

biến (tích các biến) đều ảnh hƣởng đến Rn có ý nghĩa thống kê vì các biểu đồ đều

) a P M

( n R ộ đ g n ờ ƣ C

cắt đƣờng thẳng đứng.

Biểu đồ 3. 22 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn

Biểu đồ 3.22 mô tả ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rn, cả yếu tố tỉ lệ cát

nghiền/cát đỏ và ngày tuổi đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của mẫu thí nghiệm,

cụ thể:

105

- Ảnh hƣởng tỉ lệ cát nghiền/cát đỏ: tỉ lệ cát nghiền giảm đi, cát đỏ tăng lên

thì cƣờng độ Rn giảm đi, tuy nhiên tốc độ giảm không giống nhau thể hiện hàm

xu hƣớng ở đây không phải là hàm tuyến tính; khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 30% đến

40% (tƣơng ứng tỉ lệ cát nghiền giảm từ 70% xuống 60%) thì cƣờng độ Rn giảm

nhanh, tuy nhiên khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 40% đến 50% (tƣơng ứng tỉ lệ cát nghiền

giảm từ 60% xuống 50%) thì tốc độ giảm cƣờng độ Rn chậm lại, đến khi tỉ lệ cát

đỏ tăng từ 50% đến 60% (tƣơng ứng tỉ lệ cát nghiền giảm từ 50% xuống 40%) thì

tốc đốc giảm của Rn lại tăng lên thể hiện độ dốc của các đoạn thẳng thay đổi ở

biểu đồ trên. Lý giải về việc cƣờng độ tăng lên khi tỉ lệ cát đỏ giảm đi cho thấy

rằng khi có sự gia tăng của tỉ lệ cát nghiền là loại cát thô, có độ cứng và độ thô

ráp lớn hơn đã bổ sung cho lớp cát đỏ là cát mịn mất đi, cấu trúc của hỗn hợp có

độ vững chắc hơn, dẫn đến cƣờng độ của hỗn hợp bê tông đƣợc cải thiện. Một

nguyên nhân khác là cƣờng độ bê tông phụ thuộc vào tỉ lệ N/CKD, khi tỉ lệ này

giảm thì cƣờng độ bê tông tăng lên, mặc dù lƣợng N/CKD duy trì ở tỉ lệ 0,37, tuy

nhiên khi giảm lƣợng cát đỏ (là loại cát mịn nên có tính ƣa nƣớc), việc đòi hỏi

hàm lƣợng nƣớc trong tổng thể hỗn hợp sẽ giảm đi dẫn đến cƣờng độ của bê tông

cũng đƣợc cải thiện tăng lên.

- Ảnh hƣởng của độ tuổi: cƣờng độ Rn tăng lên theo ngày tuổi, tốc độ tăng

cƣờng độ Rn từ 3 ngày tuổi đến 28 ngày tuổi cơ bản gần tƣơng đƣơng nhau, tuy

nhiên có xu hƣớng giảm dần khi gần đến các ngày tuổi thứ 28, thể hiện ở độ dốc

) a P M

( n R ộ đ g n ờ ƣ C

của các đoạn thẳng.

Biểu đồ 3. 23 Biểu đồ ảnh hƣởng tƣơng tác các yếu tố đến Rn

106

Biểu đồ 3. 24 Biểu đồ cƣờng độ nén Rn 95% CI

Biểu đồ 3.24 mô tả cƣờng độ nén của mẫu thí nghiệm với mức ý nghĩa

95%CI, các kết quả đảm bảo độ chụm.

Trên có sở phân tích bằng phần mềm Minitab 19, thiết lập phƣơng trình hồi

quy bậc 2 quan hệ giữa Rn với tỉ lệ cát đỏ/cát nghiền và độ tuổi nhƣ sau:

29.05 - 0.2815 CĐ + 1.654 T - 0.03157 T*T (3.4)

Rn = Trong đó:

+ Rn: Cƣờng độ chịu nén, MPa

+ CĐ: Tỉ lệ Cát đỏ, %

+ T: Tuổi của mẫu, ngày

Tỉ lệ cát nghiền/ cát đỏ (CN/CĐ), % tƣơng ứng theo các tỉ lệ 70/30, 60/40,

Tóm tắt mô hình

R-sq

R-sq(adj)

R-sq(pred)

1.74086

94.89%

94.55%

94.12%

Phân tích phương sai

Nguồn Bậc Cát đỏ (%) Tuổi Tuổi*Tuổi

Adj SS 2478.26 475.29 500.97 194.62

Adj MS 826.086 475.294 500.975 194.616

F-Value 272.58 156.83 165.31 64.22

P-Value 0.000 0.000 0.000 0.000

50/50, 40/60, tỉ lệ tro bay/xi măng là 1/4.

đc=94,55%, do vậy phƣơng trình

- Kết quả phân tích các hệ số điều chỉnh R2

hồi quy đảm bảo độ tin cậy, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số p-value<<0,05

107

đảm bảo mức ý nghĩa 95%.

- Phƣơng trình hồi quy (3.4) có ý nghĩa đối với độ tuổi trong khoảng 0 ÷ 28

ngày.

* Phân tích thống kê cƣờng độ ép chẻ Rech

Tƣơng tự nhƣ đối với cƣờng độ nén, kết quả phân tích tất cả các biến số và

tổ hợp các biến đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ ép chẻ có ý nghĩa thống kê, các

đc=95,81%, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số p-value < 0,05 đảm bảo mức

phân tích đảm bảo độ chụm. Kết quả phân tích hệ số xác định điều chỉnh R2

) a P M

( h c e R ẻ h c p é ộ đ g n ờ ƣ C

ý nghĩa 95%.

Biểu đồ 3. 25 Biểu đồ ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech

Biểu đồ 3.25 mô tả ảnh hƣởng các yếu tố chính đến Rech, cả yếu tố về tỉ lệ

cát độ (tƣơng ứng với tỉ lệ cát nghiền) và độ tuổi đều có ảnh hƣởng đến cƣờng độ

và tốc độ phát triển của của độ ép chẻ.

Ảnh hƣởng của tỉ lệ cát đỏ/ cát nghiền: Khi tỉ lệ cát đỏ tăng lên, tƣơng ứng

với tỉ lệ cát nghiền giảm đi thì cƣờng độ ép chẻ giảm xuống, tốc độ giảm cƣờng

độ cơ bản nhƣ nhau, thể hiện ở độ dốc của các đoạn thẳng. Lý giải về sự tăng

cƣờng độ ép chẻ khi giảm tỉ lệ cát đỏ cũng tƣơng tự nhƣ giải thích đối với cƣờng

độ nén, đó là có sự bổ sung của cát nghiền là loại cát có độ thô ráp và độ cứng lớn

hơn, sự giảm cát mịn của làm cho giảm nhu cầu về nƣớc của hỗn hợp, qua đó làm

cho cƣờng độ của bê tông đƣợc cải thiện tăng lên.

108

Ảnh hƣởng của độ tuổi: Cƣờng độ ép chẻ tăng lên theo ngày tuổi, tuy nhiên

giai đoạn đầu từ 3 đến 7 ngày tuổi cƣờng độ ép chẻ phát triển chậm, từ 7 ngày

tuổi đến 28 ngày tuổi thì cƣờng độ ép chẻ phát triển nhanh hơn.

Biểu đồ 3. 26 Biểu đồ cƣờng độ ép chẻ 95% CI

Biểu đồ 3.26 mô tả cƣờng độ ép chẻ với mức ý nghĩa 95%CI, các kết quả

đảm bảo độ chụm.

Trên có sở phân tích bằng phần mềm Minitab 19, thiết lập phƣơng trình hồi

quy bậc 2 quan hệ giữa Rech với tỉ lệ cát đỏ (tƣơng ứng với tỉ lệ cát nghiền) và độ

tuổi nhƣ sau:

3.448 - 0.03068 CĐ + 0.1196 T - 0.001744 T*T (3.5)

Rech =

Trong đó:

+ Rech: Cƣờng độ ép chẻ, MPa

+ CĐ: Tỉ lệ Cát đỏ, %

+ T: Tuổi của mẫu, ngày

Tỉ lệ cát nghiền/ cát đỏ (CN/CĐ), % tƣơng ứng theo các tỉ lệ 70/30, 60/40,

Tóm tắt mô hình

S 0.149184

R-sq 96.08%

R-sq(adj) 95.81%

R-sq(pred) 95.30%

Phân tích phương sai

50/50, 40/60, tỉ lệ tro bay/xi măng là 1/4.

109

Nguồn Bậc Cát đỏ (%) Tuổi Tuổi*Tuổi

Adj SS 23.9783 5.6484 2.6201 0.5938

Adj MS 7.99276 5.64843 2.62007 0.59381

F-Value 359.13 253.79 117.72 26.68

P-Value 0.000 0.000 0.000 0.000

đc=95,81%, do vậy phƣơng trình

- Kết quả phân tích các hệ số điều chỉnh R2

hồi quy đảm bảo độ tin cậy, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số p-value<<0,05

đảm bảo mức ý nghĩa 95%.

- Phƣơng trình hồi quy (3.5) có ý nghĩa đối với độ tuổi trong khoảng 0 ÷ 28

ngày.

* Phân tích thống kê cƣờng độ kéo uốn (Rku)

Tƣơng tự nhƣ phân tích cƣờng độ nén, ép chẻ, kết quả phân tích tất cả các

biến số và tổ hợp các biến đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ kéo uốn có ý nghĩa thống

kê và đều đảm bảo độ chụm. Kết quả cƣờng độ Rku giảm dần theo hàm lƣợng cát

đỏ tăng lên nhƣ Biểu đồ 3.18; cƣờng độ kéo uốn giảm khi tỉ lệ cát nghiền giảm và

tỉ lệ cát đỏ tăng lên; cƣờng độ giảm nhanh khi tỉ lệ cát nghiền dƣới 50% và tỉ lệ

cát đỏ tăng lên trên 50%.

3.9. Kết luận chƣơng 3

3.9.1. Cát đỏ và tro bay

- Nguồn cát đỏ, tro bay trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, khu vực Nam Trung

Bộ tƣơng đối lớn, tiềm năng sản xuất các loại vật liệu xây dựng, vật liệu gia cố

xây dựng công trình giao thông, dân dụng.

- Cát đỏ Bình Thuận là loại cát mịn (mô đun độ lớn Mk = 0,963 < 2), đảm

bảo độ sạch, có thể nghiên cứu sử dụng gia cố, chế tạo bê tông làm móng, mặt

đƣờng giao thông nói chung, đƣờng giao thông nông thôn nói riêng.

- Tro bay của nhà máy nhiệt điện Bình Thuận là tro bay a xít, loại F, có thể

sử dụng làm vật liệu gia cố, chất kết dính trong việc chế tạo vật liệu làm móng

mặt đƣờng giao thông nói chung, mặt đƣờng giao thông nông thôn nói riêng.

- Cát nghiền đảm bảo các chỉ tiêu chế tạo vữa và bê tông.

110

3.9.2. Hỗn hợp vật liệu gia cố

- Thiết kế thực nghiệm rõ ràng, chi tiết đảm bảo đánh giá có ý nghĩa thống

kê, các kết quả đảm bảo độ chụm.

- Đã xây dựng đƣợc các phƣơng trình hồi quy có ý nghĩa thống kê mối quan

hệ giữa cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ với các tỉ lệ cát đỏ/tro

bay, xi măng, ngày tuổi khác nhau, đó là các phƣơng trình (3.1), (3.2).

- Khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 90% đến 95%, ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ 10%

xuống 5% thì cƣờng độ nén (Rn) tăng lên, tuy nhiên khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 95%

đến 100% tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay từ 5% về 0% thì cƣờng độ nén giảm đi. Nhƣ

vậy, tỉ lệ cát đỏ phù hợp cho cƣờng độ chịu nén cao trong khoảng 95% đến 100%.

Khi tỉ lệ xi măng tăng thì cƣờng độ nén (Rn) tăng lên; giá trị cƣờng độ chịu nén

cao hơn 7 MPa ở tỷ lệ xi măng 6% cho thấy, đối với đƣờng giao thông nông thôn

khi gia cố làm lớp móng mặt đƣờng, có thể sử dụng tỉ lệ gia cố xi măng ở mức tỉ

lệ này vừa đảm bảo các yếu tố kỹ thuật, vừa đảm bảo yếu tố và kinh tế.

- Khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 90% đến 95%, tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ

10% xuống 5% thì cƣờng độ ép chẻ (Rech) tăng lên, khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 95%

đến 100% tƣơng ứng với tỉ lệ tro bay giảm từ 5% về 0% thì cƣờng độ ép chẻ

giảm đi, nhƣ vậy đối với đƣờng GTNT không yêu cầu cƣờng độ cao thì tỉ lệ cát

đỏ hợp lý trong khoảng 90% đến 95% (ứng tỉ lệ tro bay 10% đến 5%). Khi tỉ lệ xi

măng tăng thì cƣờng độ ép chẻ (Rech) tăng lên. Cƣờng độ ép chẻ cao hơn 0,4 MPa

ở tỷ lệ xi măng 6% cho thấy, đối với đƣờng giao thông nông thôn khi gia cố làm

lớp móng đƣờng, có thể sử dụng tỉ lệ gia cố xi măng ở mức tỉ lệ này vừa đảm bảo

các yếu tố kỹ thuật, vừa đảm bảo yếu tố và kinh tế.

Đối với vật liệu làm móng đƣờng GTNT (lớp mặt đƣờng có thể là láng nhựa

hoặc bê tông xi măng) khuyến cáo tỉ lệ sử dụng tỉ lệ xi măng gia cố ở mức không

quá 6%, lƣợng tro bay (đóng vai trò cốt liệu cũng nhƣ chất kết dính) ở mức 5%-

10% tùy theo cấp đƣờng và chiều dày của lớp móng.

3.9.3. Đối với thực nghiệm hỗn hợp bê tông hạt nhỏ

- Các thí nghiệm đã tuân thủ đúng các tiêu chuẩn hiện hành.

- Thiết kế thực nghiệm rõ ràng đảm bảo đánh giá thống kê các yếu tố

111

ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén, cƣờng độ ép chẻ và mô đun đàn hồi. Kết quả

thí nghiệm đảm bảo độ chụm, không có giá trị ngoại lai.

- Đã xây dựng đƣợc các phƣơng trình hồi quy có ý nghĩa thống kê cƣờng độ

nén, cƣờng độ ép chẻ phụ thuộc vào tỷ lệ cát đỏ/ cát nghiền và theo ngày tuổi, đó

là các phƣơng trình (3.4), (3.5).

- Tỉ lệ cát nghiền giảm đi (tỉ lệ cát đỏ tăng lên) thì cƣờng độ nén (Rn) giảm

đi, khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 30% đến 40% (tỉ lệ cát nghiền giảm từ 70% xuống

60%) thì cƣờng độ Rn giảm nhanh, khi tỉ lệ cát đỏ tăng từ 40% đến 50% (tỉ lệ cát

nghiền giảm từ 60% xuống 50%) thì tốc độ giảm cƣờng độ Rn chậm lại, đến khi

tỉ lệ cát đỏ tăng từ 50% đến 60% (tỉ lệ cát nghiền giảm từ 50% xuống 40%) thì

tốc đốc giảm của Rn lại tăng lên, điều này phản ánh mối tƣơng quan giữa cát

nghiền, cát đỏ tƣơng ứng với hàm lƣợng tro bay và xi măng trong hỗn hợp thí

nghiệm không phải là hàm tuyến tính mà là hàm bậc 2 theo nhƣ các phƣơng trình

hồi quy đã xây dựng.

Khi tỉ lệ cát đỏ tăng lên (tƣơng ứng với tỉ lệ cát nghiền giảm đi) thì cƣờng độ

ép chẻ (Rech)giảm xuống, tốc độ giảm cƣờng độ cơ bản nhƣ nhau. Cƣờng độ ép

chẻ tăng lên theo ngày tuổi, tuy nhiên giai đoạn đầu từ 3 đến 7 ngày tuổi cƣờng

độ ép chẻ phát triển chậm, từ 7 ngày tuổi đến 28 ngày tuổi thì cƣờng độ ép chẻ

phát triển nhanh hơn.

Cƣờng độ kéo uốn (Rku) giảm đi khi giảm tỉ lệ cát nghiền và tăng tỉ lệ cát đỏ,

tỉ lệ cƣờng độ giảm nhanh hơn khi tỉ lệ cát nghiền giảm từ 50% trở xuống và tỉ lệ

cát đỏ tăng lên trên 50% đến 60%.

- Tính kinh tế, hợp lý: hỗn hợp cát nghiền, cát đỏ phối hợp với tro bay với tỉ

lệ tƣơng đối lớn (25% chất kết dính), góp phần sử dụng lƣợng tro thải nhà máy

nhiệt điện, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣởng từ tro bay và nơi chôn cấp tro bay,

cũng nhƣ giảm chi phí so với việc sử dụng 100% chất kết dính là xi măng. Việc

sử dụng hoàn toàn vật liệu địa phƣơng nhƣ cát đỏ, tro bay góp phần tăng hiệu quả

kinh tế và xã hội cho địa phƣơng.

Đối với vật liệu làm lớp mặt đƣờng GTNT (ứng với lớp bê tông xi măng hạt

nhỏ), để đảm bảo yếu tố kĩ thuật và kinh tế, kiến nghị sử dụng cấp phối với

50%÷60% cát đỏ (tƣơng ứng 50%÷40% cát nghiền) là cốt liệu chính, tro bay

112

tham gia vừa với vai trò của cốt liệu nhỏ vừa tham gia vai trò của chất kết dính

(hỗ trợ xi măng); mức tỉ lệ tro bay/xi măng là 25% nhƣ các mẫu đã nghiên cứu.

113

CHƢƠNG 4

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC DẠNG KẾT CẤU LÀM MÓNG VÀ MẶT

ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC NAM TRUNG BỘ

4.1. Một số mô hình kết cấu đƣờng giao thông nông thôn

Kết cấu mặt đƣờng giao thông nông thôn hiện nay đƣợc thiết kế dựa trên cơ

sở lƣu lƣợng xe, tải trọng, lƣợng mƣa... Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN10380:2014

“Đƣờng Giao thông nông thôn – Yêu cầu thiết kế” hệ thống đƣờng giao thông

nông thôn đƣợc phân thành 4 cấp kỹ thuật A, B, C và D, Cấp A, B và C áp dụng

đối với đƣờng có ô tô lƣu thông, Cấp D áp dụng đối với đƣờng không có ô tô lƣu

thông.

Ngoài 4 cấp kỹ thuật nhƣ đƣợc quy định, có thể coi đƣờng cấp VI, cấp V

hoặc cấp IV trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN4054:2005 áp dụng cho những khu

vực kinh tế phát triển hoặc có khối lƣợng vận chuyển hành khách và hàng hóa lớn

(khu sản xuất, chăn nuôi, gia công, chế biến Nông Lâm Thủy Hải sản; vùng trồng

cây công nghiệp; cánh đồng mẫu lớn; đồng muối; làng nghề; trang trại và các cơ

sở tƣơng đƣơng). Các dạng kết cấu mặt đƣờng giao thông nông thôn điển hình

tham khảo phù hợp với chức năng của từng loại đƣờng.

- Đối với đường huyện:

Đƣờng huyện là các tuyến đƣờng có chức năng chính trên địa bàn huyện,

ứng với lƣu lƣợng, tải trọng ở mức cao hơn (khoảng 150 PCU – 200 PCU hoặc

cao hơn), các dạng kết cấu cũng có cấp cấp kĩ thuật và các chỉ số kĩ thuật cao

hơn. Có 4 dạng kết cấu đề xuất tham khảo (B1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nhƣ Bảng 1.4,

theo đó đối với đƣờng có lƣu lƣợng xe (100 ÷ 200) PCU/ ngày đêm thì lớp mặt

BTXM trên cùng dày khoảng (18 ÷ 22) cm, lớp móng dày khoảng (16 ÷ 20) cm

hoặc lớp mặt trên là láng nhựa dày (2 ÷ 3) cm, lớp móng dƣới dày (16 ÷ 22) cm

tùy từng loại vật liệu làm móng đƣờng.

- Đối với đường xã:

Đƣờng xã chủ yếu phục vụ giao thông trên địa bàn xã, có mức lƣu lƣợng và

114

tải trọng thấp hơn, các chỉ tiêu kĩ thuật cũng thấp hơn so với đƣờng huyện; có 6

dạng kết cấu đề xuất tham khảo nhƣ Bảng 1.5, theo đó đối với đƣờng có lƣu

lƣợng xe (50÷ < 100) PCU/ ngày đêm thì lớp mặt BTXM trên cùng dày khoảng

(18 ÷ 20) cm, 2 lớp móng dày khoảng (14 ÷ 16) cm hoặc lớp mặt trên là láng

nhựa dày (2 ÷ 3) cm, lớp móng dƣới dày (14 ÷ 16 ÷ 22) cm tùy từng loại vật liệu

làm móng đƣờng.

- Đường thôn xóm:

Đƣờng thôn xóm là các tuyến đƣờng chủ yếu phục vụ giao thông trong nội

bộ thôn, xóm với mức lƣu lƣợng nhỏ hơn 50 PCU, tải trọng xe nhỏ; có 7 dạng kết

cấu đề xuất tham khảo Bảng 1.6.

4.2. Nguyên tắc và thông số đầu vào thiết kế

4.2.1. Nguyên tắc thiết kế

Mô hình thiết kế kết cấu mặt đƣờng giao thông nông thôn chú trọng nâng

cao cƣờng độ, sự ổn định cƣờng độ phù hợp điều kiện khu vực, lƣu lƣợng, tải

trọng, tạo điều kiện cho nền đất tham gia chịu lực cùng với kết cấu mặt đƣờng

một cách tốt nhất đảm bảo điều kiện kinh tế và môi trƣờng.

Trên cơ sở lựa chọn sơ bộ các lớp kết cấu mặt đƣờng, thực hiện tính toán

kiểm tra xem các phƣơng án, cấu tạo về mặt cƣờng độ, tính toán xác định loại bề

dày cần thiết của mỗi lớp kết cấu và có thể phải điều chỉnh lại bề dày của mỗi lớp

theo kết quả tính toán một cách phù hợp nhất. Các chỉ tiêu cƣờng độ kiểm toán

nhƣ sau:

1. Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt trƣợt

kém so với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo trong chúng không xảy ra biến

dạng dẻo (hoặc hạn chế sự phát sinh biến dạng dẻo).

2. Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối

nhằm hạn chế sự phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó.

3. Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị

bằng trị số mô đun đàn hồi Ech của cả kết cấu nền áo đƣờng so với trị số mô đun

đàn hồi yêu cầu Eyc.

115

4.2.2. Thông số thiết kế

- Lưu lượng xe thiết kế:

Xác định lƣu lƣợng xe thiết kế căn cứ vào số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên

một làn xe trong suốt thời hạn thiết kế, tức là tổng số trục xe quy đổi về trục xe

tiêu chuẩn 100 kN chạy qua một mặt cắt ngang trên một làn xe của đoạn đƣờng

thiết kế trong suốt thời hạn thiết kế kết cấu áo đƣờng.

- Số trục xe tính toán trên một làn xe:

(4.2)

Số trục xe tính toán Ntt đƣợc xác định theo công thức sau:

Ntt = Ntk,f1 (trục/làn,ngày đêm)

Trong đó:

+ Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính

toán trong một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn

thiết kế;

+ f1: là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe;

- Các chỉ tiêu đất nền, các lớp kết cấu móng căn cứ theo khảo sát tại khu vực

tỉnh Bình Thuận và kết quả thực nghiệm đối với từng loại cấp phối.

4.3. Tính toán cƣờng độ kết cấu mặt đƣờng

4.3.1. Đối với mặt đƣờng mềm

* Tính toán cƣờng độ kết cấu mặt đƣờng theo tiêu chuẩn độ võng đàn

hồi cho phép

Kết cấu đƣợc xem là đủ cƣờng độ khi trị số mô đun đàn hồi chung của cả kết

cấu nền áo đƣờng Ech lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân

thêm với một hệ số dự trữ cƣờng độ về độ võng đƣợc xác định tuỳ theo độ tin

(4.3)

cậy mong muốn.

(1)

* Tính toán cƣờng độ kết cấu mặt đƣờng theo tiêu chuẩn chịu cắt trƣợt

trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết

Kết cấu mặt đƣờng đƣợc xem là đủ cƣờng độ khi thỏa mãn công thức:

116

(4.4)

(2)

Trong đó:

Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra

trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính, MPa;

Tav : ứng suất cắt hoạt động do trọng lƣợng bản thân các lớp vật liệu nằm

trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét, MPa;

Ctt: lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính ở trạng thái độ ẩm,

MPa;

: hệ số cƣờng độ về chịu cắt trƣợt.

4.3.2. Đối với mặt đƣờng cứng

Tính toán chiều dày lớp móng, mặt đƣờng theo Quyết định 3230-

QĐ/BGTVT ngày 14/12/2012 của Bộ Giao thông vận tải ban hành quyết định về

thiết kế mặt đƣờng bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông; tính

toán dựa trên các giá trị đặc trƣng cơ học của bê tông xi măng đã đƣợc tiến hành

thí nghiệm trong phòng, các điều kiện tải trọng, lƣu lƣợng theo quy mô cấp hạng

kỹ thuật của đƣờng.

* Các thông số thiết kế mặt đường

- Tải trọng thiết kế:

Khi tính toán chiều dày mặt đƣờng BTXM không lấy tải trọng lớn nhất có

thể chạy trên đƣờng làm tải trọng thiết kế, mà lấy tải trọng của loại xe thƣờng

xuyên chạy trên đƣờng làm căn cứ tính toán. Khi chọn tải trọng thiết kế nhƣ vậy

thì số lần trùng phùng tăng lên làm cho bê tông mặt đƣờng bị mỏi, do đó khi tính

toán có xét đến hệ số an toàn.

- Hệ số chiết giảm cường độ:

Khi tính toán cƣờng độ kết cấu áo đƣờng cứng, cƣờng độ kéo khi uốn cho

phép của bê tông [σ] đƣợc xác định bằng cƣờng độ chịu uốn giới hạn Rku nhân

với hệ số chiết giảm cƣờng độ n quy định tùy thuộc tải trọng và tổ hợp tải trọng.

Ứng suất cho phép đƣợc tính toán [σ] = n, Rku và ứng suất kéo khi uốn tại một

117

điểm bất kỳ trong tấm σku ≤ [σ], với n là hệ số tổng hợp chiết giảm cƣờng độ xét

đến mỏi và các yếu tố ảnh hƣởng khác.

+ Tải trọng dùng tính toán kết cấu áo đƣờng là tải trọng trục xe khác quy đổi

về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn (hoặc quy đổi về tải trọng tính toán của xe

nặng nhất).

+ Tham khảo tiêu chuẩn của TCVN 4054:2005 thì kết cấu mặt đƣờng đƣợc đề xuất với Ne < 2,106, tầng mặt dùng kết cấu cấp thấp B1, B2 (tƣơng ứng với

cấp thiết kế V, VI hoặc lai A giao thông nông thôn).

- Hệ số xung kích:

Tỷ số giữa lực tác dụng khi bánh xe va đập với mặt đƣờng trên tải trọng tĩnh

gọi là hệ số xung kích (hệ số động). Hệ số xung kích giảm khi tải trọng bánh xe

tăng và tăng lên khi tốc độ xe chạy tăng lên; hệ số xung kích liên quan với độ

bằng phẳng của mặt đƣờng và cấu tạo giảm chấn của ô tô. Ứng với dạng kết cấu

đƣờng giao thông nông thôn lấy hệ số xung kích là 1,2, trong giá trị hệ số xung

kích có xét đến sự phân bố lại tải trọng giữa các bánh xe khi chạy trên đƣờng

không bằng phẳng gây ra.

4.4. Đề xuất các kết cấu và kiểm toán kết cấu

4.4.1. Đề xuất mô hình kết cấu

Căn cứ theo điều kiện khu vực tình Bình Thuận cũng nhƣ vùng duyên hải

Nam Trung Bộ, các nguồn nguyên vật liệu tại địa phƣơng, các mô hình thiết kế

đƣờng giao thông nông thôn tham khảo trong Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN10380:2014 “Đƣờng Giao thông nông thôn – Yêu cầu thiết kế”. Đề xuất

một số dạng kết cấu đƣờng giao thông nông thôn dùng cho đƣờng huyện, đƣờng

xã nhƣ sau:

- Đối với đường huyện:

+ Đƣờng huyện có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của

huyện, là cầu nối chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ thống đƣờng quốc gia

(quốc lộ, tỉnh lộ) đến trung tâm hành chính của huyện, của xã và các khu chế xuất

của huyện; phục vụ sự đi lại và lƣu thông hàng hóa trong phạm vi của huyện. Lƣu

118

lƣợng xe thiết kế (Nn) ở mức (100  200) PCU đối với đƣờng huyện thứ yếu

hoặc ≥ 200 PCU đối với đƣờng huyện quan trọng.

+ Căn cứ theo Tiêu chuẩn đƣờng giao thông nông thôn TCVN 10380:2014

có các loại đƣờng A, B, C, D; tuy nhiên trong Tiêu chuẩn này cũng khuyến nghị

cấp đƣờng giao thông nông thôn có thể lựa chọn đƣờng loại cấp IV đến cấp VI

trong Tiêu chuẩn TCVN 4054:2005 – Yêu cầu thiết kế đƣờng ô tô. Nhƣ phân tích

tại Chƣơng 1, đƣờng giao thông nông thôn tại khu vực duyên hải Nam Trung Bộ

cũng nhƣ tỉnh Bình Thuận có cấp kĩ thuật từ cấp IV trở xuống, đặc biệt tỉnh Bình

Thuận tỉ lệ đƣờng từ cấp IV đến cấp VI chiếm tỉ lệ tƣơng đối cao (khoảng

58,79%), chức năng của những tuyến đƣờng này là những trục đƣờng huyện,

đƣờng xã quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của địa phƣơng, là cầu nối

chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ thống quốc lộ, đƣờng tỉnh đến các trung

tâm hành chính của huyện, của xã, các khu chế xuất của địa phƣơng…; hơn nữa

các phƣơng tiện vận tải trên các trục đƣờng này có tải trọng đến 10 tấn và 24 ghế.

Do vậy để nghiên cứu tính toán kết cấu áo đƣờng, đề xuất lựa chọn kết cấu đề

xuất đối với đƣờng huyện tƣơng ứng với đƣờng cấp VI, một số yêu cầu kĩ thuật

đối với đƣờng cấp VI cho vùng đồng bằng (tƣơng đƣơng với địa hình vùng duyên

hải Nam Trung Bộ hay tỉnh Bình Thuận) nhƣ Bảng 4.1 sau đây:

Bảng 4. 1 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang đƣờng cấp VI

Các yếu tố

Quy định

Lƣu lƣợng thiết kế

nhỏ hơn 200 PCU

Tốc độ thiết kế

30 km/h

Số làn xe tối thiểu dành cho xe cơ giới

1 làn xe

Bề rộng phần xe chạy dành cho cơ xe cơ giới

3,5 m

1,5 m

Bề rộng lề gia cố

6,5 m

Bề rộng nền đƣờng

Tải trọng trục xe thiết kế

> 6000 đến 10.000 Kg

+ Với đề xuất lựa chọn cấp kĩ thuật đƣờng cấp VI, căn cứ theo khuyến cáo

các dạng kết cấu đƣờng điển hình đối với đƣờng giao thông nông thôn dành cho

119

đƣờng huyện quy định tại TCVN 13080:2014 có khuyến cáo về các lớp kết cấu,

chiều dày của từng lớp, nghiên cứu đề xuất lựa chọn 4 dạng kết cấu đƣờng huyện

khác nhau, trong đó có 2 dạng kết cấu áo đƣờng cứng và 2 dạng kết cấu áo đƣờng

mềm với các lớp kết cấu có sử dụng loại vật liệu gia cố cát đỏ + tro bay gia cố xi

măng và cát đỏ + cát nghiền + tro bay và xi măng, cụ thể nhƣ Bảng 4.2 dƣới đây:

Bảng 4. 2 Đề xuất mô hình kết cấu đối với đƣờng huyện

Kết cấu mặt đƣờng

Loại cấp phối

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), PCU

Chiều dày, cm

Áo đƣờng mềm

100  200

KC 1.1

Láng nhựa 3 lớp

- 95% cát đỏ + 5% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ+trobay)).

- Rn = 8,638 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,499 MPa

- Edh = 1015 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

24 + nền đất

KC 1.2

Láng nhựa 3 lớp

- 90% cát đỏ + 10% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ+trobay)).

- Rn = 7,676 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,446 MPa

- Edh = 944 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

22 + nền đất

Áo đƣờng cứng

KC 1.3

- 50% cát nghiền + 50% cát đỏ / (tro bay/xi măng =25%

Cát đỏ+Cát nghiền+tro bay+xi măng (là lớp bê

- Rn = 36,8 MPa

120

Kết cấu mặt đƣờng

Loại cấp phối

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), PCU

Chiều dày, cm

tông hạt nhỏ)

- Rech = 3,85 MPa

- Rku = 7,01 MPa

- Edh = 24.015 MPa

- 95% cát đỏ + 5% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ + tro bay)).

- Rn = 8,638 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,499 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

22 + nền đất

KC 1.4

- 50% cát nghiền + 50% cát đỏ / (tro bay/xi măng =25%

- Rn = 36,8 MPa

- Rech = 3,85 MPa

Cát đỏ+Cát nghiền+tro bay gia cố xi măng (là lớp bê tông hạt nhỏ)

- Rku = 7,01 MPa

- Edh = 24.015 MPa

- 90% cát đỏ + 10% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ + tro bay)).

- Rn = 7,676 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,446 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

20 + nền đất

- Đối với đường xã:

+ Đƣờng xã có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của xã,

kết nối, lƣu thông hàng hóa từ huyện tới các thôn, làng, ấp, bản, các cơ sở sản

xuất kinh doanh của xã, chủ yếu phục vụ sự đi lại của ngƣời dân và lƣu thông

hàng hóa trong trong phạm vi của xã. Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn) ở mức (50 

100) PCU đối với đƣờng xã thứ yếu hoặc (100  200) PCU đối với đƣờng xã

quan trọng.

121

+ Dạng kết cấu đề xuất đối với đƣờng xã đáp ứng với đƣờng loại A, một số

yêu cầu kĩ thuật đối với đƣờng cấp A cho vùng đồng bằng (tƣơng đƣơng với địa

hình vùng duyên hải Nam Trung Bộ hay tỉnh Bình Thuận) nhƣ Bảng 4.3 sau:

Bảng 4. 3 Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang đƣờng cấp A

Cấp kỹ thuật của đƣờng

Tốc độ thiết kế, Km/h

Chiều rộng nền, m

Chiều rộng mặt, m

Chiều rộng lề, m

3,5

1,50

6,5

+ Với đề xuất lựa chọn cấp kĩ thuật đƣờng loại A, căn cứ theo khuyến cáo

các dạng kết cấu đƣờng điển hình đối với đƣờng giao thông nông thôn dành

đƣờng đƣờng xã quy định tại TCVN 13080:2014, khuyến cáo về các lớp kết cấu,

chiều dày của từng lớp, nghiên cứu đề xuất lựa chọn 4 dạng kết cấu đƣờng xã

khác nhau, trong đó có 2 dạng kết cấu áo đƣờng cứng và 2 dạng kết cấu áo đƣờng

mềm với các lớp kết cấu có sử dụng loại vật liệu gia cố cát đỏ + tro bay gia cố xi

măng và cát đỏ + cát nghiền + tro bay và xi măng, cụ thể nhƣ Bảng 4.4 dƣới đây:

Bảng 4. 4 Đề xuất mô hình kết cấu đối với đƣờng xã

Kết cấu mặt đƣờng

Loại cấp phối

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), PCU

Chiều dày, cm

Áo đƣờng mềm

50÷ < 100

KC 2.1

Láng nhựa 2 lớp

- 95% cát đỏ + 5% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ+trobay)). - Rn = 8,638 MPa

- Rech = 0,499 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Edh = 1015 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

20 + nền đất

KC 2.2

Láng nhựa 2 lớp

- 90% cát đỏ + 10% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ+trobay)).

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp

122

Kết cấu mặt đƣờng

Loại cấp phối

Lớp vật liệu

Lƣu lƣợng xe thiết kế (Nn), PCU

Chiều dày, cm

- Rn = 7,676 MPa

cát gia cố)

- Rech = 0,446 MPa

- Edh = 944 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

20 + nền đất

Áo đƣờng cứng

KC 2.3

- 40% cát nghiền + 60% cát đỏ / (tro bay/xi măng =25% - Rn = 35,72 MPa - Rech = 3,59 MPa - Rku = 5,18 MPa

Cát đỏ+Cát nghiền+tro bay gia cố xi măng (là lớp bê tông hạt nhỏ)

- Edh = 23.007 MPa

- 95% cát đỏ + 5% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ+tro bay)). - Rn = 9,737 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,702 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

22 + nền đất

KC 2.4

- 40% cát nghiền + 60% cát đỏ / (tro bay/xi măng =25% - Rn = 35,72 MPa - Rech = 3,59 MPa - Rku = 5,18 MPa

Cát đỏ+Cát nghiền+tro bay gia cố xi măng (là lớp bê tông hạt nhỏ)

- Edh = 23.007 MPa

- 90% cát đỏ + 10% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ + tro bay)). - Rn = 7,676 MPa

Cát đỏ+tro bay+gia cố xi măng (là lớp cát gia cố)

- Rech = 0,446 MPa

Cấp phối tự nhiên + Nền đất

22 + nền đất

123

Hình 4. 1 Tổng hợp mô hình kết cấu áo đƣờng đề xuất

1. Đối với áo đƣờng mềm Đƣờng huyện

Đƣờng xã

Kết cấu 1.1

Kết cấu 2.1

ĐDLN

3 cm

2 cm

ĐDLN

20 cm

18 cm

CĐ: 95%, TB: 5%, XM 6% (CĐ+TB)

CĐ: 95%, TB: 5%, XM: 6% (CĐ+TB)

24 cm

20 cm

Cấp phối tự nhiên

Kết cấu 1.2

Kết cấu 2.2

3 cm

2 cm

ĐDLN

22 cm

20 cm

CĐ: 90%, TB: 10%, XM 6% (CĐ+TB)

CĐ: 90%, TB: 10%, XM:6% (CĐ+TB))

22 cm

20 cm

Cấp phối tự nhiên

2. Đối với áo đƣờng cứng Đƣờng huyện

Đƣờng xã

Kết cấu 1.3

Kết cấu 2.3

CĐ:50%, CN:50%

20 cm

22 cm

20 cm

CĐ:95%, TB:5%, XM:6% (CĐ+TB))

22 cm

Cấp phối tự nhiên

CĐ:60%, CN:40% CĐ:95%, TB:5%, XM:6% (CĐ+TB)

Kết cấu 1.4

Kết cấu 2.4

CĐ:60%, CN:40%

20 cm

22 cm

20 cm

CĐ:90%, TB:10%, XM: 6% (CĐ+TB)

20 cm

22 cm

CĐ:90%, TB:10%, XM 6%(CĐ+TB) Cấp phối tự nhiên

Cấp phối tự nhiên

CĐ:50%, CN:50%

124

4.4.2. Kiểm toán kết cấu mặt đƣờng

a) Kiểm toán mặt đường mềm:

Kiểm toán và thiết kế mặt đƣờng mềm căn cứ theo tiêu chuẩn 22TCN

211:2006 Áo đƣờng mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế.

- Các thông số đầu vào:

+ Tải trọng trục tính toán: căn cứ theo quy định tại [5], tải trọng trục tiêu

chuẩn đối với tất cả các loại áo đƣờng mềm cấp trung bình và cấp thấp đƣợc quy

định bằng 100 kN.

+ Số làn xe thiết kế: theo đề xuất các dạng kết cấu đối với đƣờng huyện là

đƣờng cấp VI và đƣờng xã là đƣờng loại A, nhƣ vậy số làn xe tính toán là 1 làn

xe.

+ Số trục xe phân phối (fL): do thiết kế 1 làn xe nên hệ số này lấy bằng 1.

+ Số trục xe tính quy đổi về trục xe tính toán: đối với đƣờng giao thông

nông thôn cấp huyện là đƣờng cấp thấp, lƣu lƣợng xe không lớn, lấy bằng 100

trục/làn.ngày đêm. Tỉ lệ tăng trƣởng trung bình theo [5] lấy bằng 5%.

+ Độ tin cậy: căn cứ theo quy định [5] về lựa chọn độ tin cậy thiết kế theo

loại và cấp hạng đƣờng, tƣơng ứng với đƣờng ô tô cấp VI, V, trong tính toán

kiểm toán mặt đƣờng mềm đối với đƣờng cấp VI tại nghiên cứu này lựa chọn độ

tin cậy bằng 0,8.

+ Thời hạn thiết kế: căn cứ theo quy định tại [5], đối với đƣờng láng nhựa

cấp thấp thời hạn thiết kế từ 4 năm đến 7 năm, lựa chọn bằng 5 năm để tính toán

kiểm toán.

+ Mô đun đàn hồi nền đƣờng E0: nền đƣờng khu vực duyên hải Nam Trung

Bộ hay tỉnh Bình Thuận là nền đƣờng đất cát, lựa chọn mô đun đàn hồi bằng 40

MPa

+ Lực dính C đối với nền đất á cát, cát theo quy định tại [5] bằng 0,018

MPa, góc ma sát φ lấy bằng 260.

+ Tải trọng tác dụng là cụm bánh đơn; tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P

căn cứ quy định tại [5] ứng với đƣờng cấp VI lấy bằng 100 kN. Áp lực tính toán

lên mặt đƣờng p tƣơng ứng với tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn bằng 100kN thì

125

áp lực p bằng 0,6 MPa và đƣờng kính vệt bánh xe D bằng 33 cm.

- Trình tự kiểm toán:

Căn cứ theo tiêu chuẩn 22TCN 211:2006 Áo đƣờng mềm – Các yêu cầu và

chỉ dẫn thiết kế, đối với đƣờng láng nhựa, cấp thấp tƣơng đƣơng cấp VI (ứng với

đƣờng giao thông nông thôn), trình tự kiểm toán nhƣ sau:

+ Xác định mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc)

+ Kiểm toán độ võng đàn hồi

+ Kiểm toán tiêu chuẩn cắt trƣợt

- Kết quả kiểm toán tổng hợp trong Bảng 4.5 sau đây:

Bảng 4. 5 Kiểm toán kết cấu mặt đƣờng (áo đƣờng mềm)

Đƣờng huyện

Đƣờng xã

Chỉ tiêu kiểm toán/ Kết cấu

Kết cấu 1.1

Kết cấu 1.2 Kết cấu 2.1 Kết cấu 2.2

86,8

Mô đun đàn hồi yêu cầu (MPa)

95,88

88,54

Yêu cầu nhỏ nhất đv*Eyc (Kcd

121,8

118,0

111,65

99,12

Kiểm toán Độ võng đàn hồi (MPa)

Tính toán Ech.m

0,0298

0,0279

Cƣờng độ kháng trƣợt tr) (Ctt/Kcd

Tính toán

0,0186

0,0175

0,0211

0,0202

Kiểm tra tiêu chuẩn cân bằng trƣợt (MPa)

(Chi tiết tiết tính toán kiểm toán trong Phụ lục 1)

Nhƣ vậy, tất cả các trƣờng hợp kiểm toán cho các mô hình kết cấu mặt

đƣờng đều đáp ứng đƣợc yêu cầu về độ võng đàn hồi, cân bằng trƣợt đáp ứng

đƣợc khả năng chịu lực của kết cấu.

126

b) Kiểm toán mặt đường cứng:

Thiết kế và kiểm toán mặt đƣờng cứng căn cứ theo Quyết định số 3230/QĐ-

BGTVT ngày 14/12/2012 của Bộ Giao thông vận tải Ban hành quy định về thiết

kế mặt đƣờng bê tông xi măng thông thƣờng trong xây dựng công trình giao

thông.

Sơ đồ cấu tạo mặt đƣờng bê tông xi măng nhƣ Hình 4.2 sau đây:

Hình 4. 2 Sơ đồ cấu tạo mặt đƣờng BTXM thông thƣờng

- Các thông số đầu vào:

+ Thiết kế mặt đƣờng BTXM: căn cứ theo quy định tại [3], kích thƣớc mặt

đƣờng BTXM dạng tấm hình chữ nhật có chiều rộng (khoảng cách giữa các khe

dọc) trong phạm vi 3,00m ÷ 4,50m và chiều dài (khoảng cách giữa các khe

ngang) trong khoảng 4,00m ÷ 5,00m, đối với đƣờng huyện, lựa chọn tấm hình

chữ nhật kích thƣớc là 3m x 4m để tính toán kiểm toán.

+ Cấp đƣờng: theo nhƣ nghiên cứu đề xuất ở trên, lựa chọn đƣờng cấp VI

đối với đƣờng huyện và loại A đối với đƣờng cấp xã.

+ Độ tin cậy thiết kế: theo [3], đối với đƣờng từ cấp IV trở xuống, độ tin cậy

bằng (80-70)%, đối với đƣờng cấp VI là đƣờng giao thông nông thôn, lựa chọn

độ tin cậy bằng 70%.

+ Tải trọng tiêu chuẩn (Ps): căn cứ theo [3], tải trọng trục tiêu chuẩn để tính

127

mỏi và cách quy đổi các trục xe khác nhau về trục tính mỏi tiêu chuẩn lấy bằng

100 kN.

+ Trục xe nặng nhất (Pmax): căn cứ theo quy định tại [3], tải trọng trục xe

nặng nhất đƣợc xác định là tải trọng trục đơn P (kN), tải trọng trục đơn nặng

nhất có thể bằng 150kN, 180kN, 240kN (thƣờng không quá 240kN); đối với

đƣờng huyện với cấp kĩ thuật đạt cấp VI, lựa chọn trục xe nặng nhất bằng 180

KN để tính toán kiểm toán kết cấu.

+ Số lần tác dụng quy đổi (Ne): căn cứ quy định tại [3] về cấp quy mô giao

thông, cấp kĩ thuật đƣờng huyện đề xuất là đƣờng cấp VI, tƣơng ứng với cấp quy

mô giao thông hạng trung bình, số lần trục xe quy đổi về 100kN tác dụng lên vị

trí giữa cạnh dọc tấm trên 1 làn xe trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế (Ne) trong khoảng 3.104 ÷ 1.106 lần và đối với cấp quy mô giao thông hạn nhẹ Ne nhỏ hơn 3.104 lần. Để tính toán kiểm toán kết cấu, đối với kết cấu đƣờng huyện lựa chọn Ne = 1.106 lần / làn và đối với đƣờng xã lựa chọn Ne = 2,5.104 lần/ làn.

+ Chiều dày tấm (hc): là chiều dày tấm bê tông xi măng, căn cứ theo nghiên

cứu đề xuất kết cấu áo đƣờng cứng cho đƣờng huyện, chiều dày tấm đối với

đƣờng huyện là 20cm và đối với đƣờng xã là 18 cm.

+ Cƣờng độ kéo uốn (fr): căn cứ theo kết quả thí nghiệm, đối với kết cấu đề

xuất kết cấu dành cho đƣờng huyện tƣơng tứng với cấp phối 50% cát đỏ + 50%

cát nghiền thì fr = 7,01 MPa và đối cấp phối 40% cát nghiền + 60% cát đỏ thì fr =

5,18 MPa.

+ Mô đun đàn hồi (Ec): Trên cơ sở kết quả thí nghiệm, đối với kết cấu

đƣờng huyện đề xuất ứng với cấp phối 50% cát đỏ + 50% cát nghiền thì mô đun

đàn hồi bằng 24.015 MPa và ứng với cấp phối 40% cát nghiền + 60% cát đỏ thì

mô đun đàn hồi bằng 23.007 MPa.

+ Hệ số poisson của bê tông (mc): căn cứ theo quy định tại [3], đối với mặt

đƣờng BTXM thiết kế dạng tấm, hệ số poisson bằng 0,15.

+ Hệ số dãn nở nhiệt (ac): theo [3], đối với tấm bê tông xi măng chế tạo từ

cốt liệu hạt nhỏ nhƣ cát, cát nghiền, hệ số này tƣơng ứng bằng 12.10-6/0C.

+ Mô đun đàn hồi của nền đất: theo quy định tại [3], ứng với lớp đất nền là

đất cát (nhƣ loại đất vùng duyên hải Nam Trung Bộ hay khu vực tỉnh Bình

128

Thuận), giá trị tƣơng ứng bằng 40MPa.

- Trình tự kiểm toán:

Căn cứ theo [3], các bƣớc kiểm toán nhƣ sau:

+ Xác định mô đun đàn hồi chung của nền đất và móng dƣới.

+ Tính toán độ cứng tƣơng đối chung của cả kết cấu.

+ Tính toán ứng suất do tải trọng trục xe gây ra.

+ Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra.

+ Kiểm toán các điều kiện giới hạn

- Kết quả kiểm toán:

Kết quả kiểm toán các điều kiện giới hạn theo [3] đối với kết cấu đề xuất

cho đƣờng huyện và đƣờng xã đều đảm bảo đáp ứng các điều kiện kĩ thuật, cụ thể

nhƣ Bảng 4.6 sau đây:

Bảng 4. 6 Tổng hợp kết quả kiểm toán áo đƣờng mềm

Đƣờng huyện

Đƣờng xã

Trình tự/ chỉ tiêu kiểm toán

Kết cấu 1.3 Kết cấu 1.4 Kết cấu 2.3 Kết cấu 2.4

152,65

161,534

123,575

161,534

Mô đun đàn hồi chung của nền đất và móng dƣới (MPa)

0,5809

0,5717

0,5512

0,5075

Độ cứng tƣơng đối chung của cả kết cấu

1,8731

1,838

2,257

2,097

Ứng suất do tải trọng trục xe gây ra

5,19 <7,01

4,89 < 7,01

4,90 < 5,18

4,64 < 5,18

Kiểm toán điều kiện gr .(spr + str) ≤ fr

5,21 < 7,01

4,84 < 7,01

4,89 < 5,18

4,72 < 5,18

Kiểm toán điều kiện gr . (spmax + stmax) ≤ fr

(Chi tiết tính toán kiểm toán trong Phụ lục 2)

4.5. Hiệu quả kinh tế và môi trƣờng

- Nguyên tắc:

129

+ So sánh hiệu quả kinh tế giữa kết cấu truyền thống (đối chứng) và kết cấu

đề xuất phần đơn giá phần kết cấu khác nhau cấu thành kết cấu móng mặt đƣờng

giao thông nông thôn.

+ Cấp kỹ thuật đƣờng so sánh giữa kết cấu truyền thống (đối chứng) và kết

cấu đề xuất ở cùng cấp kĩ thuật với nhau (tƣơng ứng với đƣờng cấp VI và đƣờng

loại A giao thông nông thôn).

+ Định mức căn cứ theo định mức của Bộ Xây dựng, đơn giá tính toán đối

với vật liệu, nhân công, máy thi công trên cơ sở đơn giá thực tế tại khu vực tỉnh

Bình Thuận.

- Kết cấu mặt đƣờng đối chứng so sánh:

+ Để so sánh giá kinh tế với kết cấu truyền thống, lƣạ chọn đƣờng cấp VI và

đƣờng loại A, trong đó đƣờng cấp VI lấy là đƣờng láng nhựa và đƣờng loại A lấy

kết cấu là đƣờng bê tông xi măng.

+ Đối với giá thành đƣờng cấp VI kết cấu đối chứng, lấy theo suất đầu tƣ

xây dựng công trình giao thông do Bộ Xây dựng ban hành tại Quyết định số

44/QĐ-BXD ngày 14/01/2020 [33], theo đó khu vực Nam Trung Bộ (trong đó có

tỉnh Bình Thuận) là Khu vực 2, tính toán chi phí xây dựng đƣờng cấp VI – đồng

bằng, nền đƣờng rộng 6,5m, mặt đƣờng rộng 3,5m, lề đƣờng rộng 2x1,5 m.

+ Đơn giá nhân công, giá ca máy và thiết bị thi công để tính toán chi phí xây

dựng đối với thi công kết cấu áo đƣờng đề xuất căn cứ theo Quyết định số

227/QĐ-UBND ngày 07/8/2020 của Ủy ban nhân dân tỉnh Ninh Thuận công bố

Đơn giá nhân công, giá ca máy và thiết bị thi công xây dựng công trình trên địa

bàn tỉnh Ninh Thuận năm 2020 (phù hợp với khu vực Nam Trung Bộ và tỉnh

Bình Thuận) [35].

+ Đối với đường láng nhựa:

Trên cơ sở số liệu tính toán thành phần hỗn hợp và trình tự các bƣớc thi

công đối với lớp móng gia cố, sơ bộ tính toán định mức nhƣ Bảng 4.7 sau đây:

130

Bảng 4. 7 Kết quả tính toán toán định mức thi công lớp móng gia cố

TT

Thành phần

Đơn vị

Định mức

Vật liệu

- Xi măng PC40

tấn

1.576

- Cát đỏ

38.135

- Tro bay

Tấn

2.8425

- Vật liệu khác

5.00

Nhân công

- Nhân công 3,5/7

công

3.720

Máy thi công

- Trạm trộn bán thủ công

0.096

- Máy ủi 110cv

0.195

- Máy lu 8.5 tấn

2.575

- Ô tô tƣới nƣớc

0.0795

- Máy khác

10.00

Mặt đƣờng láng nhựa có sử dụng lớp mặt láng nhựa trên cùng nhƣ nhau, do

vậy chỉ so sánh đơn giá xây dựng lớp móng của mặt đƣờng đề xuất với đơn giá

lớp móng cấp phối đá dăm của mặt đƣờng thông dụng hiện nay. Căn cứ theo [44],

lớp móng đối với khu vực 2 (tƣơng ứng với khu vực duyên hải Nam Trung Bộ

cũng nhƣ tỉnh Bình Thuận) có đơn giá nhƣ Bảng 4.8 sau:

Bảng 4. 8 Đơn giá lớp móng cho mặt đƣờng láng nhựa [44]

Lớp móng

Eyc tối thiểu

Đơn giá (đồng/m2)

Cấp phối đá dăm tiêu chuẩn dừng cho đƣờng láng nhựa 3,0 kg/m2

281.597 80

Cấp phối đá dăm tiêu chuẩn dừng cho đƣờng láng nhựa 4,5 kg/m2

Lớp móng gia cố kết cấu đề xuất

336.154 80

(Tính toán trên cơ sở định mức tính toán sơ bộ trên đây)

277.114 -

131

+ Đối với đƣờng bê tông xi măng, tính toán ứng với đƣờng cấp VI, mặt 3,5

m, nền đƣờng rộng 6,5m, căn cứ theo [33] quy định về giá xây dựng tổng hợp bộ

phận kết cấu công trình đƣờng ô tô kết cấu đối chứng và đơn giá xây dựng Bảng

4.9 sau đây:

Bảng 4. 9 Kết cấu và đơn giá mặt đƣờng bê tông xi măng đối chứng [33]

Lớp kết cấu mặt đƣờng BTXM Đơn giá (đồng/km)

Lớp mặt BTXM dày 20 cm 1.192.859 Lớp móng cấp phối đá dăm dày 18 cm

902.963.108

Lớp mặt 50% cát nghiền + 50% cát đỏ, 95% cát đỏ + 5% tro bay + 6% xi măng (6% khối lƣợng (cát đỏ + tro bay))

- Kết luận chung:

Trên cơ sở tính toán các định mức thi công, đơn giá nhân công, vật liệu, ca

máy thiết bị thi công và suất đầu tƣ công bố của Bộ Xây dựng cho cả nƣớc năm

2020 [33], [35], kết quả tính toán giá thành kết cấu đề xuất giảm hơn so với kết

cấu đối chứng từ khoảng 10% đến 20% về giá thành xây dựng.

- Vấn đề môi trƣờng:

Theo nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Thanh Sang, chỉ số phát thải GHG

(kgCO2/ kg vật liệu), thì đối với tro bay chỉ số phát thải là 0,01 và đối với xi

măng PC40 là 1,067. Nhƣ vậy, với tỉ lệ tro bay từ 5% đến 10% thiết kế trong

thành phần kết cấu đối với vật liệu gia cố và 25% tro bay so với xi măng đối với

kết cấu bê tông hạt nhỏ đã góp phần đáng kể lƣợng xi măng, góp phần giảm thiểu

lƣợng CO2 phát thải ra môi trƣờng (đối với hỗn hợp bê tông xi măng truyền thống

xây dựng đƣờng).

- Việc sử dụng tro bay thay thế xi măng cũng đã góp phần giảm diện tích đất

cần thiết để chôn lấp khối lƣợng tro bay thải ra tại các nhà máy nhiệt điện.

4.6. Kết luận chƣơng 4

- Các dạng kết cấu đƣờng giao thông nông thôn có nhiều phƣơng án trên cơ

132

sở điều kiện khu vực, lƣu lƣợng và cấp hạng kĩ thuật của đƣờng (theo các cấp A,

B, C, D), một số trục đƣờng giao thông nông thôn có chức năng quan trọng có thể

ở mức kĩ thuật cấp VI, V. Trên cơ sở nghiên cứu tính chất kinh tế - kỹ thuật, đề

xuất đƣợc mô hình kết cấu điển hình đƣờng giao thông nông thôn cho cấp huyện

và đƣờng giao thông nông thôn cho cấp xã đối với cả kết cấu áo đƣờng cứng và

áo đƣờng mềm.

- Đối với các dạng kết cấu đƣờng giao thông nông thôn đều đạt các giá trị

kiểm toán về mặt kỹ thuật: yêu cầu về độ võng đàn hồi, cân bằng trƣợt và kéo uốn

đối với kết cấu áo đƣờng mềm cũng nhƣ kiểm toán các trạng thái giới hạn ứng

suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt trƣợt, ứng suất kéo uốn phát

sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối, độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đƣờng

cứng.

- Việc lựa chọn cấp phối nhằm tăng tính kinh tế (giảm giá thành xây dựng

khoảng 10% - 20% so với kết cấu áo đƣờng truyền thống) và vẫn đảm bảo các chỉ

tiêu kỹ thuật tùy theo từng điều kiện cụ thể khi tăng hàm lƣợng cát đỏ, tro bay (là

các loại vật liệu sẵn có tại địa phƣơng), giảm hàm lƣợng xi măng hay cát nghiền.

133

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. KẾT LUẬN

Xây dựng công trình đƣờng ô tô nói chung, đƣờng GTNT (nói riêng) cần

khối lƣợng vật liệu rất lớn, trong khi nguồn vật liệu truyền thống ngày càng trở

nên khan hiếm thì việc nghiên cứu các nguồn vật liệu thay thế nhƣ xỉ thải công

nghiệp, tro bay từ các nhà máy nhiệt điện nhằm tái sử dụng, vừa đảm bảo tiết

kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên (vật liệu truyền thống), vừa góp phần bảo vệ

môi trƣờng cũng nhƣ tăng hiệu quả kinh tế, hạ giá thành xây dựng là cần thiết,

phù hợp với chủ trƣơng, định hƣớng của Nhà nƣớc.

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý

thuyết, xác xuất thống kê (sử dụng phần mềm hiện đại hiện nay) và kết hợp thực

nghiệm trong phòng với hệ thống thiết bị thí nghiệm tiên tiến, thiết kế quy hoạch

số lƣợng mẫu phù hợp, đề xuất dạng kết cấu áo đƣờng cùng với việc sử dụng

phần mềm thiết kế tính toán, kiểm toán kết cấu áo đƣờng hiện đại, luận án có một

số đóng góp mới sau đây:

* Một số đóng góp mới:

1. Đã hệ thống hóa đƣờng giao thông nông thôn cả nƣớc, vùng duyên hải

Nam Trung Bộ và tỉnh Bình Thuận về khối lƣợng, chất lƣợng, yêu cầu kĩ thuật;

đã chỉ ra rằng trong giai đoạn hiện nay đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa – hiện

đại hóa nông nghiệp nông thôn thì đƣờng GTNT không chỉ bao gồm đƣờng có

lƣu lƣợng, tải trọng, cấp kĩ thuật thấp (dƣới 200 PCU, dƣới 6 tấn, cấp A, B, C),

mà nhiều trục đƣờng quan trọng có cấp kĩ thuật cao đến cấp IV, lƣu lƣợng trên

200 PCU, phƣơng tiên có tải trọng trên 10 tấn lƣu thông đáp ứng nhu cầu phát

triển kinh tế - xã hội khu vực.

2. Thực nghiệm đƣơc các chỉ tiêu cát đỏ Bình Thuận là loại cát mịn, tro bay

nhiệt điện Vĩnh Tân là tro bay loại F có thể sử dụng thay thế cát cũng nhƣ xi

măng (làm chất độn hoặc chất phụ gia) trong việc chế tạo vật liệu gia cố hoặc bê

tông hạt nhỏ làm lớp móng, mặt đƣờng giao thông nông thôn. Đã xây dựng đƣợc

các phƣơng trình hồi quy quan hệ giữa cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo với

tỉ lệ cát đỏ, xi măng và tuổi của vật liệu gia cố và vật liệu bê tông hạt nhỏ trong

134

độ tuổi từ 0 đến 28 ngày tuổi.

Rn =

-324.3 + 0.5030 T + 6.752 CĐ + 0.7785 X - 0.004201 T*T -

0.03505 CĐ*CĐ - 0.002909 T*CĐ

Rech =

-16.88 + 0.00976 T + 0.3411 CĐ + 0.1627 X + 0.000409 T*T

- 0.001747 CĐ*CĐ - 0.00768 X*X - 0.000273 T*CĐ + 0.001054 T*X

- Đối với vật liệu gia cố:

- Đối vƣới vật liệu bê tông hạt nhỏ:

Rn = 29.05 - 0.2815 CĐ + 1.654 T - 0.03157 T*T

Rech = 3.448 - 0.03068 CĐ + 0.1196 T - 0.001744 T*T

3. Đề xuất các tỉ lệ phối trộn giữa cát đỏ, cát nghiền, tro bay, xi măng trong

hỗn hợp vật liệu và khuyến nghị tỉ lệ cát đỏ khoảng 90%-95% và xi măng đối với

vật liệu gia cố ở mức dƣới 6% làm lớp móng đƣờng giao thông nông thôn và tỉ lệ

cát đỏ 50% - 60% (ứng với cát nghiền 50%-40%) làm vật liệu bê tông hạt nhỏ

làm lớp mặt đƣờng giao thông nông thôn vừa đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật vừa

đáp ứng yêu cầu kinh tế, môi trƣờng.

4. Đã nghiên cứu đề xuất một số mô hình kết cấu áo đƣờng (áo đƣờng cứng

và áo đƣờng mềm) cho đƣờng GTNT (4 mô hình kết cấu đƣờng huyện, 4 mô hình

kết cấu đƣờng xã) đáp ứng lƣu lƣợng xe 200 PCU và trọng tải đến 100 KN. Sử

dụng phần mềm thiết kế đƣờng tính toán, kiểm toán đều đảm bảo các yêu cầu kỹ

thuật; qua đó khuyến cáo sử dụng vật liệu địa phƣơng tại khu vực Bình Thuận,

Nam Trung Bộ xây dựng đƣờng ô tô nói chung và đƣờng GTNT nói riêng.

5. Đã nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu kinh tế, so sánh đối chứng với kết

cấu áo đƣờng truyền thống, chứng minh đƣợc tỉ lệ giảm đƣợc giá thành xây dựng

từ 10% đến 20%. Trên cơ sở tỉ lệ tro bay thay thế xi măng cũng đã chỉ ra yếu tố

đảm bảo môi trƣờng, giảm phát thải CO2 và tiết kiệm diện tích phải chôn lấp chất

thải tro xỉ tại các nhà mày nhiệt điện.

* Một số hạn chế:

- Các nghiên cứu của Luận án chủ yếu mới nghiên cứu thực nghiệm trong

phòng, chƣa có điều kiện thực hiện ngoài hiện trƣờng.

- Các nghiên cứu chủ yếu tập trung cho nghiên cứu kết cấu đối với áo đƣờng

cấp thấp cho đƣờng giao thông nông thôn và nghiên cứu vật liệu quanh khu vực

135

tỉnh Bình Thuận, chƣa phổ quát hết khu vực duyên hải Nam Trung Bộ.

II. KIẾN NGHỊ

- Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, kiến nghị tiếp tục

nghiên cứu ngoài hiện trƣờng tăng tính khả thi trong nghiên cứu.

- Nghiên cứu thử nghiệm mô hình các kết cấu đề xuất và đánh giá hiệu quả

về mặt kĩ thuật theo thời gian vận hành.

III. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Hƣớng nghiên cứu tiếp theo nhằm khẳng định khả năng ứng dụng hiệu quả

của vật liệu địa phƣơng (cát đỏ, tro bay) trong chế tạo vật liệu gia cố và bê tông

hạt nhỏ làm móng mặt đƣờng giao thông nông thôn, do vậy phạm vi đề xuất gồm:

- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trƣờng và thử nghiệm một số mô hình kết

cấu tại hiện trƣờng đối với cả đƣờng huyện và đƣờng cấp xã. Đo kết quả các chỉ

tiêu về mặt cƣờng độ, phân tích so sánh với kết quả tính toán theo lý thuyết.

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng của loại vật liệu này đối với các cấp đƣờng

cao hơn cấp đƣờng giao thông nông thôn.

136

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Thanh Sang, Bùi Xuân Cậy, Nghiên cứu ứng

dụng kết hợp tro bay Vĩnh Tân và cát đỏ Bình Thuận làm móng mặt đường

giao thông nông thôn, Tạp chí Giao thông vận tải số tháng 3/2019.

2. Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Duy Đồng, Nguyễn Thanh Sang, Nghiên cứu lựa

chọn một số cốt liệu chính chế tạo bê tông xi măng cát làm đường giao

thông nông thôn cho một số tính miền Trung, Tạp chí cầu đƣờng Việt Nam

số tháng 9/2017.

3. Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Duy Đồng, Nguyễn Thanh Sang, Nghiên cứu thực

nghiệm về ứng suất, biến dạng của tấm bê tông xi măng khi chịu tác động tải

trọng ô tô với các cấp tốc độ khác nhau, Tạp chí cầu đƣờng Việt Nam, so

tháng 4/2016.

4. Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Duy Đồng, Nguyễn Thế Ngọc Anh, Nguyễn Vũ

Việt, Trịnh Đức Thắng (2017), Nghiên cứu xây dựng định mức thí nghiệm

vật liệu Mastic chèn khe mặt đường bê tông xi măng bằng phương pháp rót

nóng, Tạp chí cầu đƣờng Việt Nam số tháng 9/2017.

5. Vũ Hoàng Giang, Nâng cao chất lượng công tác quy hoạch giao thông vận

tải ở Việt Nam, Tạp chí Tạp chí cầu đƣờng Việt Nam số tháng 10/2015.

6. Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Thanh Sang, Bùi Xuân Cậy, Nguyễn Duy Đồng,

Nghiên cứu sử dụng cát đỏ Bình Thuận và Tro bay Vĩnh Tân chế tạo bê tông

hạt nhỏ làm mặt đường, Tạp chí Tạp chí cầu đƣờng Việt Nam số tháng

10/2020.

7. Vũ Bá Thao, Vũ Hoàng Giang và các thành viên khác, Nghiên cứu sử dụng

puzolan tự nhiên trong xây dựng và bảo trì các công trình giao thông nông

thôn, thủy lợi trên địa bàn tỉnh Đắk Nông, Đề tài độc lập quốc gia, Mã số

ĐTĐL.CN-55/16, 2017-2019.

137

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

A. TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

[1].

Bộ Giao thông vận tải (2015), Báo cáo Tổng kết 5 năm (2010-2015) công tác xây dựng, quản lý giao thông gắn với Chƣơng trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới.

[2].

Bộ Giao thông vận tải, Quyết định số 1509/QĐ-BGTVT ngày 08/7/2011 phê duyệt Chiến lƣợc phát triển giao thông nông thôn Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030.

[3].

Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 Quy định về thiết kế mặt đƣờng bê tông xi măng thông thƣờng có khe nối trong xây dựng công trình giao thông.

[4].

Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 Quy định kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đƣờng bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông.

[5]. Bộ Giao thông vận tải (2006), 22TCN 211:2006, Áo đƣờng mềm, các yêu

cầu và chỉ dẫn thiết kế.

[6]. Bộ Giao thông vận tải (2006) 22TCN 333-06 Quy trình đầm nén đất, đá

dăm trong phòng thí nghiệm.

[7]. Bộ Giao thông vận tải (1995), 22TCN 223-95,Tiêu chuẩn thiết kế áo

đƣờng cứng đƣờng ô tô.

[8]. Bộ Khoa học công nghệ (2014), TCVN 10380:2014 Đƣờng giao thông

nông thôn – Yêu cầu thiết kế.

[9].

Bộ Khoa học công nghệ (2014), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10379:2014 Gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đƣờng – Bộ thi công và nghiệm thu.

[10]. Bộ Khoa học công nghệ (2014), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10186: 2014 Móng cát gia cố xi măng trong kết cấu áo đƣờng ô tô – Thi công và nghiệm thu.

[11]. Bộ Khoa học công nghệ (2014), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính cho bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng.

[12]. Bộ Khoa học công nghệ (2014), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4198:2014 đất xây dựng - các phƣơng pháp xác định thành phần hạt trong phòng thí nghiệm.

[13]. Bộ Khoa học công nghệ (2012), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9205:2012

Cát nghiền cho bê tông và vữa.

138

[14]. Bộ Khoa học công nghệ (2012), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4195:2012 - Phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng của đất loại cát và đất loại sét trong phòng thí nghiệm.

[15]. Bộ Khoa học công nghệ (2012), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4196:2012 phƣơng pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm.

[16]. Bộ Khoa học công nghệ (2012), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4202:2012 phƣơng pháp thử xác định khối lƣợng thể tích của đất trong phòng thí nghiệm.

[17]. Bộ Khoa học công nghệ (2012), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4201:2012

Phƣơng pháp thử xác định độ chặt tiêu chuẩn của đất.

[18]. Bộ Khoa học công nghệ (2011), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8858 : 2011 Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đƣờng ô thi – Thi công và nghiệm thu.

[19]. Bộ Khoa học công nghệ (2011), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8862:2011 Quy trình thí nghiệm xác định cƣờng độ kéo khi ép chẻ của vật liệu hạt liên kết bằng các chất kết dính.

[20]. Bộ Khoa học công nghệ (2009), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6260:2009 Xi

măng pooc lăng hỗn hợp – Yêu cầu kỹ thuật.

[21]. Bộ Khoa học công nghệ (2009), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 2682:2009 Xi

măng pooc lăng – Yêu cầu kĩ thuật.

[22]. Bộ Khoa học công nghệ (2009), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7570:2006

Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kĩ thuật.

[23]. Bộ Khoa học công nghệ (2006), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7572:2006

Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phƣơng pháp thử.

[24]. Bộ Khoa học công nghệ (2005), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6260:2009 Xi

măng pooc lăng hỗn hợp – Yêu cầu kĩ thuật.

[25]. Bộ Khoa học công nghệ (2005), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4054:2005,

Đƣờng ô tô – Yêu cầu thiết kế.

[26]. Bộ Khoa học công nghệ (2001), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4787:2001

Phƣơng pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử.

[27]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3105:1993

Lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử.

[28]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3108:1993 Hỗn hợp bê tông năng – Phƣơng pháp xác định khối lƣợng thể tích.

[29]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3118:1993

Hỗn hợp bê tông năng – Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén.

139

[30]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5276:1993 -

Phƣơng pháp xác định cƣờng độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh.

[31]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5276:1993 về bê tông nặng - phƣơng pháp xác định cƣờng độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh.

[32]. Bộ Khoa học công nghệ (1993), Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3015:1993 về hỗn hợp bê tông nặng - lấy mẫu, chế tạo và bảo dƣỡng mẫu thử.

[33]. Bộ Xây dựng, Quyết định số 44/QĐ-BXD ngày 14/01/2020 Ban hành Suất vốn đầu tƣ xây dựng công trình và giá xây dựng tổng hợp bộ phận kết cấu công trình năm 2020.

[34]. Bộ Xây dựng (2004), Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 322:2004

Chỉ dẫn kĩ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền.

[35]. Ủy ban nhân dân tỉnh Ninh Thuận, Quyết định số 227/QĐ-UBND ngày 08/7/2020 công bố Đơn giá nhân công; Giá ca máy và thiết bị thi công xây dựng công trình trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận.

[36]. Dƣơng Học Hải (2007), Giáo trình Xây dựng mặt đƣờng ô tô, Nhà xuất

bản giáo dục, Hà Nội.

[37]. Phạm Hữu Hanh (2007), Bê tông đầm lăn, Nhà xuất bản xây dựng, Hà

Nội.

[38]. GS. TSKH IU.M. Bazenov, PGS.TS Bạch Dình Thiên, TS Trân Ngọc Tính

(2004), Công nghệ bê tông, Nhà xuât bản xây dựng, Hà Nội.

[39]. Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn Xuân Đào (2003), Mặt đƣờng đá gia cố

chất liên kết vô cơ, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

[40]. Phùng Văn Lự (2002), Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng, Nhà xuất bản

xây dựng, Hà Nội.

[41]. Nguyễn Quang Lộc, Nghiên cứu địa tầng và trầm tích của cát đỏ khu vực Phan Thiết và đánh giá tiềm năng khoáng sản liên quan, Trƣờng đại học Khoa học Tự nhiên, Luận văn thạc sĩ.

[42]. Nguyễn Thanh Sang (2012), Đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ, Mã số DT104012, Nghiên cứu sử dụng cát duyên hải miền Trung làm mặt đƣờng bê tông xi măng cát trong xây dựng đƣờng giao thông nông thôn.

[43]. Nguyễn Thanh Sang (2011), Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học và khả năng ứng dụng bê tông cát để xây dựng đƣờng ô tô ở Việt Nam, luận án tiến sĩ.

[44]. Nguyễn Thị Thu Ngà (2016), Nghiên cứu các thông số chủ yếu của bê tông đầm lăn trong tính toán kết cấu mặt đƣờng ô tô và sân bay, luận án

140

tiến sĩ.

[45]. Bùi Tuấn Anh 2016, Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt

điện đốt than trong xây dựng đƣờng ô tô, luận án tiến sĩ.

[46]. Phan Hữu Duy Quốc, Phân tích việc sử dụng tro xỉ than thả ra từ các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam, Viện khoa học công nghiệp, Đại học Tokyo, Nhật Bản.

[47]. Nguyễn Mạnh Thủy, Đỗ Đức Tuấn (10/2005), Một số kết quả nghiên cứu gia cố vật liệu đất tại chỗ bằng xi măng tro bay làm móng trong kết cấu áo đƣờng tại tỉnh Tây Ninh, Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, trƣờng Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh.

[48]. Nguyễn Thanh Sang, Nghiên cứu sinh, Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học và khả năng ứng dụng bê tông cát để xây dựng đƣờng ô tô ở Việt Nam, 2011.

[49]. Đề tài Sử dụng tro xỉ nhiệt điện trong san lấp cho công trình dân dụng, công nghiệp và hạ tầng kỹ thuật, Mã số: RD 109-16TX, 2019 Viện Khoa học công nghệ xây dựng.

[50]. Viện Thủy công, Viện khoa học thủy lợi, Nghiên cứu ứng dụng phụ gia

Roadcem trong xây dựng đƣờng giao thông nông thôn.

[51]. Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải (2015), Đề tài độc lập cấp nhà nƣớc ĐTĐL,2012-T/15 Nghiên cứu công nghệ thích hợp phục vụ xây dựng đƣờng giao thông nông thôn,.

[52]. SEACAP 27, Chƣơng trình nghiên cứu mặt đƣờng nông thôn – theo dõi

trung hạn tình trạng mặt đƣờng thử nghiệm.

[53]. Lê Văn Tuấn, Cơ sở khoa học về sử dụng tro xỉ lò nhiệt đốt than làm vật

liệu thay thế trong xây dựng (Tạp chí ngƣời xây dựng tháng 5, 6 /2020).

[54]. Lê Văn Bách, Nghiên cứu sinh, Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đƣờng ô tô, 2006.

B. TÀI LIỆU TIẾNG ANH

[55]. ACI 318 – 05, Building Code Requirements for Structural Concrete and

Commenrary.

[56]. ASTM C618, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or

Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete.

[57]. ASTM - D1633 Standard Test Methods for Compressive Strength of

Molded Soil-Cement Cylinders.

[58]. ASTM D 2937 Standard Test Method for Density of Soil in Place by the

141

Drive-Cylinder Method.

[59]. ASTM D 2216 Standard Test Methods for Laboratory Determination of

Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass.

[60]. ASTM D1633 Standard Test Methods for Compressive Strength ò Moded

Soil-Cement Cylinders.

[61]. EN 13877-2, Concrete pavements - Part 2: Functional requirements for

concrete pavements / BSI Standards Publication: BS EN 13877-2:2013

[62]. Use of fly ash in road embankment.

[63]. http://www.flytechindustry.com/ash_management.aspx. Ash management.

USA.

[64]. Fly ash embankment in the country (okahla, New Dlhi), India.

[65]. Fehrl Reportt/01-Ellpag phase 2 (2009), A guide the use of Long-life

Semi-Rigid Pavement, FEHRL-ISSN 1362-6019.

[66]. UK Quality Ash Association, Using coal fly ash in Road Construction.

[67]. National Energy Technology Laboratory, US, High carbon fly ash finds

uses in highway construction.

C. TÀI LIỆU TIẾNG PHÁP

[68].

Béton de sable (1994), caractéristiques et pratiques d’utilisation, Synthése du Projet National de Recherche et Développement ABLOCRETE, vol. 237, Presses de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, ISBN: 2- 85978-221-4, French.

C. TÀI LIỆU TIẾNG ĐỨC

[69]. Annette Spengler (2006), Technologie sandreicher Betone, Dr.–Ing. Thesis, Lehrstuhl für Baustoffkunde und Werkstoffprüfungder Technischen Universität München.

PHỤ LỤC 1. KIỂM TOÁN ÁO ĐƢỜNG MỀM

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ Theo quy trình 22TCN 211-06 Công trình: KC 1.1

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

I. TÍNH SỐ TRỤC XE TÍNH TOÁN: I.1. Số liệu ban đầu:

100 1 1 100

- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Ptt (kN): - Số làn xe thiết kế nlàn (làn): - Hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe fL = - Số trục xe tính quy đổi về trục xe tính toán Ntk (Trục/ng.đêm):

II. TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG: II.1. Số liệu chung:

- Đối tƣợng tính toán: - Cấp đƣờng: - Loại tầng mặt thiết kế: - Độ tin cậy thiết kế: - Thời hạn thiết kế t (năm): - Số trục xe tính toán Ntt (trục/làn.ngày đêm): - Tỷ lệ tăng trƣởng trung bình năm q (%):

Áo đƣờng VI Cấp thấp B1 0.8 5 100 5

II.2. Nền đƣờng:

- Module đàn hồi Eo (MPa): - Lực dính C (MPa): - Góc ma sát j (độ):

40 0.018 26

II.3 Tải trọng:

Cụm bánh đơn 100 0.6 33

- Tải trọng tác dụng: - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P (kN): - Áp lực tính toán lên mặt đƣờng p (MPa): - Đƣờng kính vệt bánh xe D (cm): II.4. Xác định module đàn hồi yêu cầu Eyc:

- Tra bảng 3-4 với Ptt = 100 kN, mặt đƣờng cấp thấp B1, số trục xe tính toán Ntt = 100, ta đƣợc:

(MPa)

94

Eyc =

(MPa)

75

- Tra bảng 3-5 với loại đƣờng: Đƣờng ô tô, cấp đƣờng: Cấp thấp B1 ta đƣợc module đàn hồi tối thiểu: Eyc min =

- Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán:

(MPa)

94

Eyc

tt = max(Eyc, Eyc min) =

II.5. Kết cấu áo đƣờng:

Tổng số lớp áo đƣờng:

lớp

Bảng 3: Bảng các lớp kết cấu áo đường

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

H (cm)

E (MPa)

3 20

350 1015

1 Láng nhựa 2 Cát đỏ gia cố 5% tro bay + 6% XM 3 Lớp cấp phối tự nhiên + nền đất

24 + nền đất

III. KIỂM TOÁN: III.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đƣờng:

a. Quy đổi về hệ 2 lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dƣới lên đƣợc thực hiện theo công thức sau:

E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1

htb = h1 + h2

đc:

b. Tính Etb

Không tính kết cấu lớp mặt láng nhựa vì vậy:

(cm)

- Chiều dày:

1015

(MPa)

H = đc

- Module đàn hồi trung bình:

Etb

c. Tính Ech.m của kết cấu:

1015 0.0394 0.6061

E1 E0/E1 H/D

đc = = Etb = 40 / 1015 = =20/33

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định đƣợc:

0.12

Ech.m/E1

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

121.8000

Ech.m

= 0.12 * 1015 = d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

0.8

Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-2 đƣợc hệ số cƣờng độ về độ võng:

1.02

95.88

(MPa)

Kcđ Kcđ

đv đv * Eyc = 1.02 * 94 =

đv *

121.8000

>

95.88 (MPa)

Kcđ Eyc =

Ech.m =

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

III.2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

a. Kiểm tra đất nền:

Module đàn hồi trung bình dùng để tính toán:

đc

1015

(MPa)

Etb

Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau:

H/D

0.606060606

= 20 / 33 = đc =

1015 40

(MPa) (MPa)

E1 E2

= Etb = E0 =

25.375

=1015/40 = 26 (độ)

E1/E2 j Tra toán đồ, ta đƣợc:

Tax/p p

= =

0.032 0.6

(MPa) Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

= 0.032 * 0.6 =

0.0192

(MPa)

Tax

Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số:

20 (cm)

và

j =

26 (độ)

H =

Tra đƣợc ứng suất cắt hoạt động do trọng lƣợng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

-0.0006

(MPa)

Tav

= Ctt = C.K1.K2.K3

Lực dính tính toán: Trong đó:

= = =

0.018 0.60 100

C K1 Ntt

(MPa) Kết cấu áo đƣờng (trục/làn.ngày đêm) (tra bảng 3- 8)

0.8

0.0259

(MPa)

K3 Ctt

= cát nhỏ = = 0.018*0.6*0.8*3 0.8

Đất nền là: Do đó: Vậy: Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-7, ta đƣợc hệ số cƣờng độ về cắt trƣợt:

Kcđ

= 0.0192+(-0.0006)

0.0186

(MPa)

= 0.0259/0.87

0.0298

tr = 0.87 Kiểm tra điều kiện về cắt trƣợt: Tax + Tav tr Ctt/Kcđ

= 0.0186

<

tr

(MPa) = 0.0298

Tax + Tav

Ctt/Kcđ

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ Theo quy trình 22TCN 211-06 Công trình: KC 1.2

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

I. TÍNH SỐ TRỤC XE TÍNH TOÁN: I.1. Số liệu ban đầu:

- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Ptt (kN): 100 - Số làn xe thiết kế nlàn (làn): 1 - Hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe fL = 1 - Số trục xe tính quy đổi về trục xe tính toán Ntk (Trục/ng.đêm): 100

II. TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG: II.1. Số liệu chung:

Áo đƣờng - Đối tƣợng tính toán: VI - Cấp đƣờng: Cấp thấp B1 - Loại tầng mặt thiết kế: 0.8 - Độ tin cậy thiết kế: - Thời hạn thiết kế t (năm): 5 - Số trục xe tính toán Ntt (trục/làn.ngày đêm): 100 - Tỷ lệ tăng trƣởng trung bình năm q (%): 5

II.2. Nền đƣờng:

- Module đàn hồi Eo (MPa): 40 0.018 - Lực dính C (MPa): 26 - Góc ma sát j (độ):

II.3 Tải trọng:

Cụm bánh đơn

- Tải trọng tác dụng: - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P (kN): 100 - Áp lực tính toán lên mặt đƣờng p (MPa): 0.6 - Đƣờng kính vệt bánh xe D (cm): 33

II.4. Xác định module đàn hồi yêu cầu Eyc:

(MPa)

94

- Tra bảng 3-4 với Ptt = 100 kN, mặt đƣờng cấp thấp B1, số trục xe tính toán Ntt = 100, ta đƣợc: Eyc = 94 (MPa) - Tra bảng 3-5 với loại đƣờng: Đƣờng ô tô, cấp đƣờng: Cấp thấp B1 ta đƣợc module đàn hồi tối thiểu: Eyc min = 75 (MPa) - Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán: tt = max(Eyc, Eyc min) =

Eyc

II.5. Kết cấu áo đƣờng:

Tổng số lớp áo đƣờng:

2 lớp

Bảng 3: Bảng các lớp kết cấu áo đường

Etr

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

H (cm)

E (MPa)

C (MPa)

(MPa)

350

944

1 Láng nhựa 3 lớp 2 Cát đỏ gia cố 10% tro bay + 6% XM 3 Lớp cấp phối tự nhiên + nền đất

3 22 22 + nền đất

III. KIỂM TOÁN: III.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đƣờng:

a. Quy đổi về hệ 2 lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dƣới lên đƣợc thực hiện theo công thức sau:

E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1 htb = h1 + h2

đc:

b. Tính Etb

Không tính kết cấu lớp mặt láng nhựa vì vậy: - Chiều dày:

H = 22

(cm)

- Module đàn hồi trung bình:

đc = 944

(MPa)

Etb

c. Tính Ech.m của kết cấu:

944

E1 = Etb

đc = E0/E1 = 40/944 = 0.0424 0.6667 H/D =22/33

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định đƣợc:

0.125

Ech.m/E1=

Module đàn hồi chung của kết cấu:

= 0.125 * 944 = 118.00 (MPa)

Ech.m

d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

0.8

Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-2 đƣợc hệ số cƣờng độ về độ võng:

đv

= 1.02

(MPa)

đv * Eyc = 1.02 * 94 = 95.88

(MPa)

Kcđ Kcđ Ech.m = 118.0000 > Kcđ

đv * Eyc = 95.88

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

III.2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

a. Kiểm tra đất nền:

Module đàn hồi trung bình dùng để tính toán:

đc = 944

(MPa)

Etb

Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau:

H/D = 22 / 33 = 0.6667 đc =

E1 = Etb E2 = E0 = E1/E2 =944/40 = j

944 (MPa) 40 (MPa) 23.6 = 26 (độ)

Tra toán đồ, ta đƣợc:

Tax/p = P =

0.03 0.6 (MPa)

Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

Tax = 0.03 * 0.6 = 0.018 (MPa)

Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số:

H = 22 (cm)

Và j =26 (độ)

Tra đƣợc ứng suất cắt hoạt động do trọng lƣợng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

(MPa)

Tav = -0.0005

Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó:

0.018 (MPa) 0.60 (trục/làn.ngày đêm) 0.8 (tra bảng 3-8)

C = K1 = Ntt = 100 K2 =

(MPa)

K3 Ctt =

= 3 0.018*0.6*0.8*3 = 0.0259 0.8

Đất nền là: cát nhỏ Do đó: Vậy: Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-7, ta đƣợc hệ số cƣờng độ về cắt trƣợt:

0.87

Kcđ

(MPa)

tr = 0.0298

Kiểm tra điều kiện về cắt trƣợt: Tax + Tav=0.018+(-0.0005) = 0.0175 tr=0.0259/0.87 = 0.0298 Ctt/Kcđ Tax + Tav= 0.0175 < Ctt/Kcđ

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG

THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ

Theo quy trình 22TCN 211-06 Công trình: KC 2.1

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

I. TÍNH SỐ TRỤC XE TÍNH TOÁN: I.1. Số liệu ban đầu:

100

- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Ptt (kN): - Số làn xe thiết kế nlàn (làn): - Hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe fL = 1 - Số trục xe tính quy đổi về trục xe tính toán Ntk (Trục/ng.đêm): 70

II. TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG: II.1. Số liệu chung: - Cấp đƣờng: - Loại tầng mặt thiết kế: - Độ tin cậy thiết kế: - Thời hạn thiết kế t (năm):

VI Cấp thấp B1 0.8 5

- Số trục xe tính toán Ntt (trục/làn.ngày đêm): - Tỷ lệ tăng trƣởng trung bình năm q (%):

70 5

II.2. Nền đƣờng:

- Module đàn hồi Eo (MPa): - Lực dính C (MPa): - Góc ma sát  (độ):

40 0.018 26

II.3 Tải trọng:

100 0.6 33

- Tải trọng tác dụng: Cụm bánh đơn - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P (kN): - Áp lực tính toán lên mặt đƣờng p (MPa): - Đƣờng kính vệt bánh xe D (cm): II.4. Xác định module đàn hồi yêu cầu Eyc:

- Tra bảng 3-4 với Ptt = 100 kN, mặt đƣờng cấp thấp B1, số trục xe tính toán Ntt = 70, ta đƣợc: (MPa)

86.8

Eyc =

(MPa)

86.8

- Tra bảng 3-5 với loại đƣờng: Đƣờng ô tô, cấp đƣờng: cấp thấp B1 ta đƣợc module đàn hồi tối thiểu: Eyc min = 75 (MPa) - Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán: tt = max(Eyc, Eyc min) =

Eyc

II.5. Kết cấu áo đƣờng:

Tổng số lớp áo đƣờng:

2

lớp

Bảng 3: Bảng các lớp kết cấu áo đường

Etr

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

H (cm)

STT

Ev (MPa)

(MPa)

Láng nhựa 2 lớp

350

2 18

350 1015

1015

1 2 Cát đỏ gia cố 5% tro bay + 6% XM Lớp cấp phối tự nhiên + nền đất 3

20 + nền đất

III. KIỂM TOÁN: III.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đƣờng:

a. Quy đổi về hệ 2 lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dƣới lên đƣợc thực hiện theo công thức sau: E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1 htb = h1 + h2 đc:

b. Tính Etb

Không tính kết cấu lớp mặt láng nhựa vì vậy: - Chiều dày:

18

H = đc

- Module đàn hồi trung bình:

Etb

= 1,015

c. Tính Ech.m của kết cấu:

1015

đc = E1 = Etb E0/E1= 40/1015 H/D =18/33

= 0.0394 = 0.5455

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định đƣợc:

0.11

Ech.m/E1 =

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

111.6500

Ech.m = 0.11 * 1015 =

d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

0.8

Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-2 đƣợc hệ số cƣờng độ về độ võng:

đv

1.02

Kcđ

88.536

(MPa)

Kcđ

đv * Eyc =1.02 * 86.8 =

88.54 (MPa)

Ech.m = 111.6500 > Kcđ

đv * Eyc =

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

III.2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

a. Kiểm tra đất nền:

Module đàn hồi trung bình dùng để tính toán:

đc = 1015

(MPa)

Etb

Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau: H/D = 18 / 33 = 0.545454545

đc =

1015

(MPa)

E1 = Etb E2 = E0 =

E1/E2 =1015/40 25.375

= 26 (độ)



Tra toán đồ, ta đƣợc:

Tax/p = P =

0.036 0.6

(MPa)

Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

(MPa)

Tax = 0.036 * 0.6 = 0.0216 Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số: H = 18 (cm) và  = 26 (độ) Tra đƣợc ứng suất cắt hoạt động do trọng lƣợng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

-0.00055

(MPa)

Tav =

Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó:

C =

0.018

(MPa)

0.60

(trục/làn.ngày đêm)

0.75

(tra bảng)

K1 = Ntt = K2 =

Đất nền là: cát nhỏ

Do đó:

K3 =

(MPa)

0.0243 0.8

Vậy: Ctt = 0.018*0.6*0.75*3 = Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-7, ta đƣợc hệ số cƣờng độ về cắt trƣợt:

0.87

Kcđ

Kiểm tra điều kiện về cắt trƣợt:

0.0211

(MPa)

Tax + Tav = 0.0216+(-0.00055) = tr = 0.0243/0.87 =

0.0279

(MPa)

Ctt/Kcđ

tr =

0,0279

0.0279

Tax + Tav = 0.0211 < Ctt/Kcđ

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ Theo quy trình 22TCN 211-06 Công trình: KC 2.2

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

I. TÍNH SỐ TRỤC XE TÍNH TOÁN: I.1. Số liệu ban đầu:

100

VI Cấp thấp B1 0.8 5

II. TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG: II.1. Số liệu chung: - Cấp đƣờng: - Loại tầng mặt thiết kế: - Độ tin cậy thiết kế: - Thời hạn thiết kế t (năm):

70 5

- Số trục xe tính toán Ntt (trục/làn.ngày đêm): - Tỷ lệ tăng trƣởng trung bình năm q (%):

II.2. Nền đƣờng:

- Đất đắp nền đƣờng:

40 0.018 26

- Module đàn hồi Eo (MPa): - Lực dính C (MPa): - Góc ma sát  (độ):

II.3 Tải trọng:

Cụm bánh đơn 100 0.6 33

- Tải trọng tác dụng: - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn P (kN): - Áp lực tính toán lên mặt đƣờng p (MPa): - Đƣờng kính vệt bánh xe D (cm): II.4. Xác định module đàn hồi yêu cầu Eyc:

- Tra bảng 3-4 với Ptt = 100 kN, mặt đƣờng cấp thấp B1, số trục xe tính toán Ntt = 70, ta đƣợc: Eyc = 86.8 (MPa) - Tra bảng 3-5 với loại đƣờng: Đƣờng ô tô, cấp đƣờng: , mặt đƣờng: Cấp thấp B1 ta đƣợc module đàn hồi tối thiểu: Eyc min = 75 (MPa) - Module đàn hồi yêu cầu dùng để tính toán:

Eyc

tt = max(Eyc, Eyc min) = 86.8 (MPa)

II.5. Kết cấu áo đƣờng:

Tổng số lớp áo đƣờng: 2 lớp

Bảng 3: Bảng các lớp kết cấu áo đường

Lớp vật liệu (từ trên xuống)

H (cm)

E (MPa)

STT

Láng nhựa 2 lớp

2 20

350 944

1 2 Cát đỏ gia cố 10% tro bay + 6% XM Lớp cấp phối tự nhiên + nền đất 3

20 + nền đất

III. KIỂM TOÁN: III.1. Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đƣờng:

a. Quy đổi về hệ 2 lớp:

Việc quy đổi từng 2 lớp một từ dƣới lên đƣợc thực hiện theo công thức sau: E'tb = E1.[(1+k.t1/3)/(1+k)]3 Trong đó: k = h2/h1; t = E2/E1 htb = h1 + h2 Kết quả tính đổi thể hiện ở bảng sau:

đc:

b. Tính Etb

Không tính kết cấu lớp mặt láng nhựa vì vậy: - Chiều dày: H = 20

đc = 944

- Module đàn hồi trung bình: Etb

c. Tính Ech.m của kết cấu:

944

E1 = Etb

đc = E0/E1 = 40/944 = 0.0424 = 0.6061 H/D = 20/33

Tra toán đồ 3-1, với các thông số H/D và E0/E1 ở trên, ta xác định đƣợc:

Ech.m/E1 = 0.105

Module đàn hồi chung của kết cấu:

(MPa)

Ech.m = 0.105 * 944 = 99.1200

d. Kiểm tra điều kiện về độ võng đàn hồi:

0.8

Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-2 đƣợc hệ số cƣờng độ về độ võng:

đv

1.02

Kcđ

88.536 (MPa)

Kcđ

đv * Eyc = 1.02 * 86.8 =

(MPa)

Ech.m = 99.1200 > Kcđ

đv * Eyc = 88.54

Kết luận: Kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi.

III.2. Kiểm tra tiêu chuẩn cắt trƣợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết:

a. Kiểm tra đất nền:

Module đàn hồi trung bình dùng để tính toán:

đc =

944

(MPa)

Etb Sử dụng toán đồ hình 3-2, với các thông số sau: H/D = 20 / 33 = 0.606060606 đc = 944 (MPa)

E1 = Etb E2 = E0 = 40 (MPa) E1/E2 = 944/40 23.6

= 26 (độ)



Tra toán đồ, ta đƣợc:

Tax/p p

0.0345 0.6

(MPa)

= = Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tính toán gây ra:

(MPa)

Tax = 0.0345 * 0.6 = 0.0207

Sự dụng toán đồ hình 3-4, với các thông số:

H = 20 (cm) và  = 26 (độ) Tra đƣợc ứng suất cắt hoạt động do trọng lƣợng bản thân các lớp kết cấu gây ra:

(MPa)

Tav = -0.0005

Lực dính tính toán: Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó:

= 0.018

(MPa)

= 0.6

(trục/làn.ngày đêm)

= 70

= 0.75

(tra bảng 3-8)

K1 Ntt K2

Đất nền là: cát nhỏ

Do đó:

= 3

K3 =

0.0243 (MPa) 0.8

Vậy: Ctt = 0.018*0.6*0.75*3 Độ tin cậy thiết kế Tra bảng 3-7, ta đƣợc hệ số cƣờng độ về cắt trƣợt:

0.87

Kcđ

Kiểm tra điều kiện về cắt trƣợt:

(MPa)

Ctt/Kcđ

Tax + Tav =0.0207+(-0.0005) 0.0202 tr = 0.0324/0.87 0.0279 tr = 0.0279

Tax + Tav = 0.0202 < Ctt/Kcđ

Kết luận: Đất nền đảm bảo điều kiện cân bằng trượt.

PHỤ LỤC 2. KIỂM TOÁN ÁO ĐƢỜNG CỨNG

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ

(Theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 24/12/2012 quy định thiết kế mặt đƣờng BTXM thông thƣờng) Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

Kết cấu 1.3 Cấp đƣờng: Độ tin cậy thiết kế:

VI 70 %

92 0C/m 100 KN

180 KN

1E+6

lần/làn

0.2 m

7.01 MPa

24015 MPa

0.15

Tg: Tải trọng tiêu chuẩn (Ps) : Trục xe nặng nhất (Pmax): Số lần tác dụng quy đổi (Ne): Chiều dày tấm (hc) : Cƣờng độ kéo uốn thiết kế (fr): Mô đun đàn hồi (Ec): Hệ số poisson của bê tông (mc):

12E-6 0C

Hệ số dãn nở nhiệt (ac): Lớp cát đỏ+cát nghiền+tro bay+xi măng (dạng tấm (BxL)), m

0.2 m

hx: 0.18 m

1015 MPa

Ex: 1015 MPa

(Khe dọc có thanh liên kết, khe ngang có bố trí thanh truyền lực) Lớp móng bằng Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng, dày (hb): Mô đun đàn hồi Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng là (Eb)

0.2

Hệ số poisson (mb):

40 MPa

Mô đun đàn hồi nền đất cát,W=0.6 (Eo): I/ TRÌNH TỰ KIỂM TOÁN: Tính mô đun đàn hồi chung Et của nền đất và móng dƣới:

1015 MPa 0.18 m

0.4142

a=0.86+0.26lnhx=

152.6505 MPa

2/ Tính độ cứng tƣơng đối chung của cả kết cấu rg:

16.3785 MN.m

0.5138 MN.m

0.5809 m

3/ Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra:

1.8731 MPa

3.255 MPa

0.92 (tầng mặt lề mỏng hơn)

Với Ps=Pm=180KN thì spm= Trong đó: kr=

1 (đƣờng cấp VI)

kc=

0.065=

2.455

kf=Ne

Ta có:

4.230 MPa

2.9944 MPa

spr= kr x kf x kc x sps = spmax= kr x kc x spm =

4/ Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra :

2693 MPa/m

0.117

0.14792497

2.295

0.982

0.707

BL=1.77e-4.48hc.CL - 0.131(1-CL)=

1.875 MPa

0.841

Hệ số mỏi nhiệt kt là:

1.323

0.058

at= bt= ct=

0.332

Ứng suất nhiệt gây mỏi là:

0.623 MPa

5/ Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

1.07

Với độ tin cậy trên ta tra đƣợc gr = +) Theo điều kiện (8-1), ta có :

gr(spr+str) = 5.19 MPa <

+) Theo điều kiện (8-2), ta có :

7.01 MPa OK

gr(spmax+stmax) = 5.21 MPa <

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG

THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ

(Theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 24/12/2012 quy định thiết kế mặt đƣờng BTXM thông thƣờng)

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

Kết cấu 1.4

Cấp đƣờng: Độ tin cậy thiết kế:

VI 70 % 92 0C/m 100 KN

180 KN

1E+6

lần/làn

0.2 m

Tg: Tải trọng tiêu chuẩn (Ps) : Trục xe nặng nhất (Pmax): Số lần tác dụng quy đổi (Ne): Chiều dày dự kiến (hc) :

MPa, cƣờng độ nén 36,8 MPa

7.01

24015 MPa

0.15

Cƣờng độ kéo uốn thiết kế (fr): Mô đun đàn hồi (Ec): Hệ số poisson của bê tông (mc):

10E-6 0C

Hệ số dãn nở nhiệt (ac):

0.2 m

hx:

Lớp cát đỏ+cát nghiền+tro bay+xi măng (dạng tấm (BxL)) (Khe dọc có thanh liên kết, khe ngang có bố trí thanh truyền lực) Lớp móng bằng Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng, dày (hb):

944 MPa

Ex: 944 MPa

Mô đun đàn hồi Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng là (Eb)

0.2

40 MPa

Hệ số poisson (mb): Mô đun đàn hồi nền đất á sét,W=0.6 (Eo): I/ TRÌNH TỰ KIỂM TOÁN: Tính mô đun đàn hồi chung Et của nền đất và móng dƣới bằng vật liệu hạt:

944 MPa

0.2 m

0.4415

a=0.86+0.26lnhx=

161.534 MPa

2/ Tính độ cứng tƣơng đối chung của cả kết cấu rg:

16.3785 MN.m

0.6556 MN.m

0.5717 m

3/ Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra:

1.838 MPa

3.19418 MPa

Với Ps=Pm=180KN thì spm=

0.92 (tầng mặt lề mỏng hơn)

Trong đó: kr=

1 (đƣờng cấp VI)

kc= 0.065=

2.455

kf=Ne

Ta có:

4.151 MPa

2.93864 MPa

spr= kr x kf x kc x sps = spmax= kr x kc x spm =

4/ Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra :

2271 MPa/m

0.129

0.16529

2.332

0.992

0.716

BL=1.77e-4.48hc.CL - 0.131(1-CL)=

1.581 MPa

0.841

Hệ số mỏi nhiệt kt là:

at=

1.323

0.058

bt= ct=

0.263

Ứng suất nhiệt gây mỏi là:

0.415 MPa

5/ Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

1.07

Với độ tin cậy trên ta tra đƣợc gr = +) Theo điều kiện (8-1), ta có :

gr(spr+str) = 4.89 MPa <

+) Theo điều kiện (8-2), ta có :

7.01 MPa OK

7.01

MPa OK

gr(spmax+stmax) = 4.84 MPa <

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ (Theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 24/12/2012 quy định thiết kế mặt đƣờng BTXM thông thƣờng)

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

Cấp đƣờng: Độ tin cậy thiết kế:

VI 70 %

92 0C/m 100 KN

150 KN

25E+3

lần/làn

0.18 m

5.18 MPa, cƣờng độ nén 35,72 MPa

23007 MPa

0.15

Tg: Tải trọng tiêu chuẩn (Ps) : Trục xe nặng nhất (Pmax): Số lần tác dụng quy đổi (Ne): Chiều dày dự kiến (hc) : Cƣờng độ kéo uốn (fr): Mô đun đàn hồi (Ec): Hệ số poisson của bê tông (mc):

10E-6 0C

Hệ số dãn nở nhiệt (ac):

Lớp cát đỏ+cát nghiền+tro bay+xi măng (dạng tấm (BxL)) (Khe dọc có thanh liên kết, khe ngang có bố trí thanh truyền lực)

0.14 m

hx: 0.14 m

1015 MPa

Ex: 1015 MPa

Lớp móng bằng Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng, dày (hb): Mô đun đàn hồi Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng là (Eb)

0.2

40 MPa

Hệ số poisson (mb): Mô đun đàn hồi nền đất á sét,W=0.6 (Eo): I/ TRÌNH TỰ KIỂM TOÁN: Tính mô đun đàn hồi chung Et của nền đất và móng dƣới bằng vật liệu hạt:

1015 MPa

0.14 m

0.3488

a=0.86+0.26lnhx=

123.5753 MPa

2/ Tính độ cứng tƣơng đối chung của cả kết cấu rg:

11.4388 MN.m

0.2418 MN.m

0.5512 m

3/ Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra:

2.257 MPa

3.3045 MPa

0.92 (tầng mặt lề mỏng hơn)

Với Ps=Pm=180KN thì spm= Trong đó: kr=

1 (đƣờng cấp VI)

kc=

0.065=

1.931

kf=Ne

Ta có:

4.011 MPa

3.040152 MPa

spr= kr x kf x kc x sps = spmax= kr x kc x spm =

4/ Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra :

3430 MPa/m

0.091

0.123195

2.419

1.013

0.802

BL=1.77e-4.48hc.CL - 0.131(1-CL)=

1.527 MPa

0.841

Hệ số mỏi nhiệt kt là:

1.323

0.058

at= bt= ct=

0.370

Ứng suất nhiệt gây mỏi là:

0.565 MPa

5/ Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

gr = 1.07

Với độ tin cậy trên tra bảng đƣợc +) Theo điều kiện (8-1), ta có :

gr(spr+str) = 4.90 MPa <

+) Theo điều kiện (8-2), ta có :

5.18 MPa OK

5.18

MPa OK

gr(spmax+stmax) = 4.89 MPa <

TÍNH TOÁN KIỂM TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN KHU VỰC TỈNH BÌNH THUẬN - NAM TRUNG BỘ

(Theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 24/12/2012 quy định thiết kế mặt đƣờng BTXM thông thƣờng)

Thực hiện: Vũ Hoàng Giang

Kết cấu 2.4

Cấp đƣờng: Độ tin cậy thiết kế:

VI 70 %

92 0C/m 100 KN

150 KN

25E+3

lần/làn

0.18 m

5.18 MPa, cƣờng độ nén 35,72 MPa

23007 MPa

0.15

Tg: Tải trọng tiêu chuẩn (Ps) : Trục xe nặng nhất (Pmax): Số lần tác dụng quy đổi (Ne): Chiều dày dự kiến (hc) : Cƣờng độ kéo uốn (fr): Mô đun đàn hồi tính toán (Ec): Hệ số poisson của bê tông (mc):

10E-6 0C

Hệ số dãn nở nhiệt (ac): Lớp cát đỏ+cát nghiền+tro bay+xi măng (dạng tấm (BxL)) (Khe dọc có thanh liên kết, khe ngang có bố trí thanh truyền lực)

0.18 m

0.2 m

hx:

Lớp móng bằng Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng, dày (hb):

944 MPa

Ex:

Mô đun đàn hồi Cát đỏ + tro bay gia cố xi măng là (Eb):

0.2

40 MPa