Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện và silicafume chế tạo bê tông cường độ cao cho công trình giao thông

Nghiên cứu ứng dụng tro bay và silicafume trong chế tạo bê tông cường độ cao cho công trình giao thông, nâng cao chất lượng và độ bền.

• Tác giả: Nguyễn Minh Tín
• Người hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng tro bay và silicafume chế tạo bê tông cường độ cao cho công trình giao thông
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặc điểm của đường bê tông xi măng
• 1.2. Mức độ ồn của đường bê tông xi măng
• 1.3. Vai trò của phát triển bền vững trong công trình giao thông
• 1.4. Hiện trạng áo đường cứng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.4.1. Các nước trên thế giới
• 1.4.2. Sự phát triển đường bê tông xi măng ở Việt Nam
• 1.5. Phát triển bê tông cường độ cao cho áo đường cứng
• 1.5.1. Các nước trên thế giới
• 1.5.2. Ưu điểm của bê tông cường độ cao
• 1.5.2.1. Modul đàn hồi
• 1.6. Mục đích nghiên cứu đề tài
• 1.7. Phạm vi nghiên cứu đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC
• 2.1. Cơ sở hóa học quá trình đóng rắn của xi măng
• 2.2. Cơ sở hình thành cấu trúc bê tông cường độ cao
• 2.3. Cơ sở phản ứng của các khoáng hoạt tính
• 2.4. Nguyên lý tính toán áo đường cứng
• 2.5. Qui trình thiết kế áo đường cứng theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95
• 2.6. Qui trình thiết kế áo đường cứng theo tiêu chuẩn AASHTO
• 2.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2.7.1. Phương pháp vật lý
• 2.7.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. Xi măng
• 3.2. Cốt liệu lớn
• 3.3. Phụ gia hóa học
• 3.4. Thiết kế thành phần cấp phối
• 3.4.1. Phương pháp của De Larrard
• 3.4.2. Phương pháp theo ACI 211
• 3.4.3. Phương pháp theo hướng dẫn của tiêu chuẩn TCVN 10306-2004
• 3.5. Phương pháp thí nghiệm và tạo mẫu
• 3.5.1. Phương pháp thí nghiệm
• 3.5.2. Phương pháp tạo mẫu
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. Ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất của bê tông cường độ cao
• 4.1.1. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén
• 4.1.2. Ảnh hưởng đến cường độ bố
• 4.1.3. Ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn
• 4.1.4. Ảnh hưởng đến hệ số modul đàn hồi
• 4.1.5. Ảnh hưởng đến hệ số co ngót
• 4.1.6. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và modul đàn hồi của bê tông cường độ cao
• 4.2. Ảnh hưởng của silicafume đến tính chất của bê tông cường độ cao
• 4.2.1. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén
• 4.2.2. Ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn
• 4.2.3. Ảnh hưởng đến hệ số co ngót
• 4.3. Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất của bê tông cường độ cao
• 4.3.1. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén
• 4.3.2. Ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn
• 4.3.3. Ảnh hưởng đến hệ số co ngót
• 4.4. Ảnh hưởng của nano silica đến tính chất của bê tông cường độ cao
• 4.4.1. Ảnh hưởng của nano silica trong silicafume
• 4.4.1.1. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén
• 4.4.1.2. Ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn
• 4.4.2. Ảnh hưởng của nano silica trong tro bay
• 4.4.2.1. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén
• 4.4.2.2. Ảnh hưởng đến cường độ chịu uốn
• 4.5. Tính toán thiết kế mặt đường bê tông cường độ cao
• 4.5.1. Thiết kế mặt đường bê tông cường độ cao theo 22TCN223-95
• 4.5.2. Thiết kế mặt đường bê tông cường độ cao theo AASHTO
• 4.5.3. Kết quả tính toán thiết kế theo hai tiêu chuẩn 22TCN223-95 và AASHTO
• 4.6. Qui trình chế tạo đối với bê tông cường độ cao
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan đề tài

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng tro bay và silicafume trong việc chế tạo bê tông cường độ cao cho các công trình giao thông. Bê tông xi măng là vật liệu chủ yếu trong xây dựng đường, đặc biệt là trong các công trình có tải trọng lớn. Việc áp dụng các phế phẩm công nghiệp như tro bay và silicafume không chỉ giúp cải thiện tính chất của bê tông mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Theo báo cáo, bê tông có tuổi thọ cao hơn so với các loại bê tông thông thường, với khả năng chịu tải tốt hơn và ít cần bảo trì hơn. Nghiên cứu này sẽ phân tích ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và silicafume đến các tính chất cơ lý của bê tông, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho thiết kế và thi công.

1.1. Đặc điểm của bê tông xi măng

Bê tông xi măng có nhiều ưu điểm nổi bật như độ bền cao, khả năng chịu tải tốt và tuổi thọ dài. Theo số liệu từ ERES Inc., tuổi thọ của đường asphalt chỉ khoảng 17 năm, trong khi đường bê tông xi măng có thể lên đến 34 năm. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và phát triển các loại bê tông cường độ cao, đặc biệt là trong bối cảnh giao thông ngày càng gia tăng. Bê tông xi măng cũng giúp tiết kiệm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao an toàn giao thông.

II. Cơ sở khoa học

Chương này sẽ trình bày các cơ sở khoa học liên quan đến việc sử dụng tro bay và silicafume trong chế tạo bê tông cường độ cao. Cơ sở hóa học của quá trình đóng rắn của xi măng và sự hình thành cấu trúc bê tông cường độ cao sẽ được phân tích. Các khoáng hoạt tính trong silicafume và tro bay có khả năng cải thiện tính chất của bê tông, giúp tăng cường độ chịu nén, độ bền kéo và giảm co ngót. Nghiên cứu cũng sẽ đề cập đến các tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95 và AASHTO, từ đó đưa ra các phương pháp tính toán và thiết kế hợp lý cho bê tông cường độ cao.

2.1. Phản ứng của các khoáng hoạt tính

Các khoáng hoạt tính trong silicafume và tro bay có vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của bê tông. Chúng tham gia vào các phản ứng hóa học với xi măng, tạo ra các sản phẩm có khả năng liên kết tốt hơn, từ đó nâng cao cường độ và độ bền của bê tông. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng silicafume với hàm lượng 10% có thể nâng cao cường độ chịu nén của bê tông lên đến 60 Mpa, trong khi tro bay cũng có tác dụng tích cực nhưng cần được kiểm soát về hàm lượng để tránh giảm cường độ.

III. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm

Chương này sẽ trình bày chi tiết về các loại vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu, bao gồm xi măng, cốt liệu lớn, cát, tro bay và silicafume. Phương pháp thí nghiệm sẽ được mô tả rõ ràng, bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả. Việc lựa chọn các phương pháp thí nghiệm phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc tế và trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ.

3.1. Thiết kế thành phần cấp phối

Thiết kế thành phần cấp phối bê tông là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu sẽ áp dụng các phương pháp thiết kế như phương pháp của De Larrard và ACI 211 để xác định tỷ lệ các thành phần trong bê tông. Việc sử dụng tro bay và silicafume sẽ được điều chỉnh để đạt được các tính chất mong muốn, đồng thời đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả trong sản xuất.

IV. Thực nghiệm và đánh giá kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm sẽ được phân tích và đánh giá dựa trên các tiêu chí như cường độ chịu nén, cường độ uốn, và độ co ngót của bê tông. Nghiên cứu sẽ chỉ ra rằng việc sử dụng silicafume và tro bay có thể cải thiện đáng kể các tính chất này, từ đó khẳng định giá trị thực tiễn của việc áp dụng các vật liệu này trong xây dựng. Kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn thiết kế để đưa ra các khuyến nghị cho việc ứng dụng trong thực tế.

4.1. Đánh giá cường độ bê tông

Kết quả cho thấy, khi sử dụng silicafume với hàm lượng 10%, cường độ chịu nén của bê tông tăng lên 7.36%, cường độ uốn tăng 10% và co ngót giảm 20%. Ngược lại, khi sử dụng tro bay với hàm lượng cao, cường độ bê tông có xu hướng giảm. Điều này cho thấy sự cần thiết phải tối ưu hóa hàm lượng của các phụ gia này để đạt được hiệu quả tốt nhất trong chế tạo bê tông cường độ cao.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tro bay và silicafume trong chế tạo bê tông cường độ cao có thể mang lại nhiều lợi ích cho các công trình giao thông. Kết quả thực nghiệm cho thấy, bê tông cường độ cao có thể được thiết kế với độ dày giảm so với bê tông thông thường, từ đó tiết kiệm chi phí và tài nguyên. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc nghiên cứu thêm các loại phụ gia khác và tối ưu hóa quy trình sản xuất bê tông để nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng.

5.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc khảo sát thêm các loại phụ gia khác như nano silica và các phương pháp cải tiến quy trình sản xuất bê tông. Việc nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tính chất của bê tông cũng là một hướng đi tiềm năng để nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển hạ tầng giao thông hiện đại, việc ứng dụng bê tông cường độ cao (BTHĐC) cho kết cấu áo đường cứng ngày càng trở nên cấp thiết nhằm đáp ứng yêu cầu chịu tải trọng lớn và tuổi thọ cao. Theo báo cáo ngành xi măng năm 2011, sản lượng xi măng tiêu thụ trong nước đạt khoảng 49,5 triệu tấn, cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển bê tông xi măng cho các công trình giao thông. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hai loại phụ gia khoáng là tro bay nhiệt điện và silicafume trong việc chế tạo bê tông cường độ cao dùng cho công trình giao thông, đặc biệt là đường ô tô cấp cao.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ cao có sử dụng tro bay và silicafume, đánh giá các tính chất cơ lý như cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, cường độ chịu uốn, và hệ số co ngót, từ đó áp dụng kết quả thực nghiệm vào tính toán thiết kế áo đường cứng theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95 và hướng dẫn AASHTO 1998. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hàm lượng tro bay 10%, 20%, 30% và silicafume 5%, 10%, 15% trong thành phần bê tông, với cường độ thiết kế đến 60 MPa.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và tuổi thọ mặt đường bê tông xi măng, đồng thời góp phần tiết kiệm vật liệu và chi phí bảo trì, phù hợp với điều kiện khí hậu và nguồn nguyên liệu tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển bê tông cường độ cao sử dụng phế thải công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trong ngành xây dựng giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về bê tông cường độ cao, bao gồm:

• Quá trình thủy hóa xi măng: Phản ứng hóa học giữa các khoáng trong xi măng với nước tạo thành các sản phẩm hydrat như C-S-H và Ca(OH)₂, quyết định cấu trúc và cường độ bê tông.
• Cấu trúc bê tông cường độ cao: Tập trung vào cấu trúc hồ xi măng, vùng chuyển tiếp giữa hồ xi măng và cốt liệu, ảnh hưởng đến độ rỗng và tính liên kết của bê tông.
• Ảnh hưởng của phụ gia khoáng hoạt tính: Silicafume và tro bay tham gia phản ứng pozzolanic với Ca(OH)₂, tạo ra sản phẩm C-S-H bổ sung, làm tăng cường độ và giảm co ngót bê tông.
• Nguyên lý tính toán áo đường cứng: Áp dụng lý thuyết tấm trên nền đàn hồi, tiêu chuẩn 22TCN 223-95 và hướng dẫn AASHTO 1998 để thiết kế chiều dày lớp bê tông dựa trên cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông.

Các khái niệm chính bao gồm: cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, cường độ chịu uốn, hệ số co ngót, và thành phần khoáng hoạt tính trong bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thực nghiệm và lý thuyết:

• Nguồn dữ liệu: Nguyên vật liệu gồm xi măng PC40, cốt liệu đá dăm kích thước tối đa 20 mm, tro bay nhiệt điện loại F và silicafume từ công nghiệp luyện kim. Các đặc tính vật lý và hóa học của nguyên liệu được xác định theo tiêu chuẩn TCVN và ASTM.
• Thiết kế cấp phối bê tông: Áp dụng phương pháp De Larrard và ACI 211, kết hợp hướng dẫn TCVN 10306-2004 để xác định tỷ lệ các thành phần bê tông.
• Thí nghiệm cơ lý: Thực hiện các bài kiểm tra cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, mô đun đàn hồi và hệ số co ngót trên mẫu bê tông hình lập phương 150x150x150 mm và mẫu trụ 150x300 mm, bảo dưỡng 28 ngày theo tiêu chuẩn Việt Nam.
• Phân tích số liệu: So sánh kết quả thí nghiệm với các tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22TCN 223-95 và AASHTO 1998 để tính toán chiều dày lớp bê tông phù hợp.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 8/2014 đến tháng 6/2015, bao gồm giai đoạn thu thập nguyên liệu, thiết kế cấp phối, thí nghiệm và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu thí nghiệm đảm bảo tính đại diện với nhiều tổ hợp hàm lượng tro bay và silicafume, phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của silicafume đến tính chất bê tông: Khi thay thế xi măng bằng 5%, 10% và 15% silicafume, cường độ chịu nén tăng lần lượt khoảng 3.5%, 7.36% và giảm nhẹ ở 15%. Cường độ chịu uốn tăng 10% ở mức 10% silicafume, đồng thời hệ số co ngót giảm 20% so với bê tông không sử dụng phụ gia này. Mô đun đàn hồi đạt 35 GPa ở hàm lượng 10% silicafume, cao hơn khoảng 15% so với bê tông đối chứng.

2. Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông: Sử dụng tro bay với hàm lượng 10%, 20% và 30% có xu hướng giảm cường độ chịu nén và uốn, lần lượt giảm khoảng 10%, 15% và 20%. Tuy nhiên, tro bay giúp giảm đáng kể hệ số co ngót bê tông, giảm khoảng 25% so với bê tông không sử dụng phụ gia khoáng.

3. Tính toán thiết kế áo đường cứng: Với bê tông cường độ cao sử dụng 10% silicafume, chiều dày lớp bê tông có thể giảm xuống còn 25 cm, tiết kiệm khoảng 6 cm so với bê tông xi măng thông thường. Kết quả tính toán theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95 và AASHTO 1998 đều cho thấy sự phù hợp và khả thi của việc sử dụng bê tông cường độ cao trong thiết kế mặt đường.

4. Độ bền và độ ổn định kích thước: Bê tông có silicafume thể hiện độ bền cao hơn và giảm hiện tượng co ngót nội sinh, giúp hạn chế nứt và tăng tuổi thọ mặt đường. Tro bay góp phần cải thiện tính ổn định kích thước nhưng ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ cơ học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện tính chất bê tông khi sử dụng silicafume là do kích thước hạt siêu mịn và tính hoạt tính cao, giúp lấp đầy các lỗ rỗng mao quản trong cấu trúc bê tông, tăng cường liên kết giữa xi măng và cốt liệu. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy silicafume nâng cao cường độ và giảm co ngót bê tông cường độ cao.

Ngược lại, tro bay với kích thước lớn hơn và tính hoạt tính thấp hơn có tác dụng làm chậm quá trình thủy hóa xi măng, dẫn đến giảm cường độ nhưng lại giúp giảm co ngót do khả năng giữ nước và phản ứng pozzolanic kéo dài. Kết quả này tương đồng với báo cáo của các nghiên cứu trong ngành xây dựng bê tông.

Việc giảm chiều dày lớp bê tông khi sử dụng bê tông cường độ cao có ý nghĩa kinh tế lớn, giảm vật liệu và chi phí thi công, đồng thời nâng cao hiệu quả khai thác công trình. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ chịu nén và hệ số co ngót theo hàm lượng phụ gia, cũng như bảng tổng hợp chiều dày thiết kế theo hai tiêu chuẩn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng bê tông cường độ cao sử dụng 10% silicafume trong thiết kế mặt đường bê tông xi măng cấp cao nhằm nâng cao tuổi thọ và giảm chiều dày lớp bê tông, tiết kiệm vật liệu và chi phí thi công. Thời gian triển khai: 1-2 năm, chủ thể thực hiện: các đơn vị thiết kế và thi công công trình giao thông.

2. Khuyến khích sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng không vượt quá 20% để giảm co ngót và cải thiện tính ổn định kích thước bê tông, đồng thời tận dụng phế thải công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng mới, chủ thể: các nhà thầu và nhà sản xuất vật liệu xây dựng.

3. Xây dựng hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về phối trộn và thi công bê tông cường độ cao có sử dụng phụ gia khoáng dựa trên kết quả nghiên cứu để đảm bảo chất lượng và hiệu quả công trình. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: Bộ Giao thông Vận tải và các viện nghiên cứu.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật và công nhân thi công về công nghệ bê tông cường độ cao và sử dụng phụ gia khoáng nhằm đảm bảo quy trình thi công đúng kỹ thuật, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả công trình. Thời gian: liên tục, chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư thiết kế công trình giao thông: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp thiết kế bê tông cường độ cao phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế, giúp tối ưu hóa kết cấu mặt đường.

2. Nhà thầu thi công và quản lý dự án: Tham khảo quy trình phối trộn, thi công và bảo dưỡng bê tông cường độ cao có sử dụng phụ gia khoáng, nâng cao chất lượng công trình và giảm chi phí bảo trì.

3. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Tìm hiểu về ảnh hưởng của tro bay và silicafume đến tính chất bê tông, từ đó phát triển sản phẩm bê tông cường độ cao đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và môi trường.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về bê tông cường độ cao và vật liệu thay thế xi măng.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông cường độ cao là gì và có ưu điểm gì so với bê tông thường?
   Bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ chịu nén từ 60 MPa trở lên, có ưu điểm như tuổi thọ cao, khả năng chịu tải lớn, giảm chiều dày lớp bê tông và hạn chế co ngót, phù hợp cho các công trình giao thông trọng điểm.

2. Tại sao sử dụng silicafume trong bê tông cường độ cao?
   Silicafume có kích thước hạt siêu mịn và tính hoạt tính cao, giúp lấp đầy các lỗ rỗng trong bê tông, tăng cường độ chịu nén và uốn, đồng thời giảm co ngót, nâng cao độ bền và tuổi thọ mặt đường.

3. Ảnh hưởng của tro bay đến bê tông cường độ cao như thế nào?
   Tro bay làm chậm quá trình thủy hóa xi măng, giảm cường độ bê tông nhưng giúp giảm co ngót và cải thiện tính ổn định kích thước, đồng thời tận dụng phế thải công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường.

4. Chiều dày lớp bê tông cường độ cao có thể giảm bao nhiêu so với bê tông thông thường?
   Nghiên cứu cho thấy sử dụng bê tông cường độ cao với 10% silicafume có thể giảm chiều dày lớp bê tông khoảng 6 cm so với bê tông xi măng thông thường, giúp tiết kiệm vật liệu và chi phí thi công.

5. Tiêu chuẩn nào được áp dụng để thiết kế áo đường bê tông cường độ cao?
   Tiêu chuẩn 22TCN 223-95 của Việt Nam và hướng dẫn thiết kế mặt đường bê tông cường độ cao của AASHTO 1998 được sử dụng để tính toán và thiết kế chiều dày lớp bê tông phù hợp với tải trọng và điều kiện môi trường.

Kết luận

• Bê tông cường độ cao sử dụng 10% silicafume cải thiện đáng kể cường độ chịu nén (tăng 7.36%), cường độ uốn (tăng 10%) và giảm co ngót (giảm 20%).
• Tro bay giúp giảm co ngót bê tông nhưng làm giảm cường độ chịu nén và uốn khi hàm lượng vượt quá 20%.
• Thiết kế áo đường cứng bằng bê tông cường độ cao có thể giảm chiều dày lớp bê tông khoảng 6 cm so với bê tông thông thường, tiết kiệm vật liệu và chi phí.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp với tiêu chuẩn 22TCN 223-95 và AASHTO 1998, có thể áp dụng trong các công trình giao thông cấp cao.
• Đề xuất áp dụng bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia khoáng trong thiết kế và thi công mặt đường, đồng thời phát triển hướng dẫn kỹ thuật và đào tạo nhân lực.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thực tế trên các dự án giao thông, hoàn thiện hướng dẫn kỹ thuật và đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật.

Call-to-action: Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý dự án giao thông nên nghiên cứu và áp dụng bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia khoáng để nâng cao chất lượng và hiệu quả công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TONG QUAN DE TÀI 1. Đặc điểm của đường bê tông xi mang :[1] 1. Tudi thọ cao: Một trong những ưu thế của bêtông xi măng là có độ bên và tuổi thọ cao.Theo “Số liệu báo cáo của công ty tư van ERES Inc. năm 1998 cho thay tudi thọ của đường asphalt là 17 năm còn của đường bêtông xi măng là 34 năm”.

Báo cáo này cũng cho thay đường cao tốc asphalt đòi hỏi công tác bảo trì trong mỗi 3-5 năm và sửa chữa thường xuyên hơn sau năm thứ 17. Đối với đường bêtông xi măng thì khác, yêu cầu sửa chữa nhỏ sau 12 năm và sửa chữa bề mặt bêtông ở năm thứ 18”.1:Duong cao tốc tai Canada. Đường bê tông xi măng không bi biến dang : Các xe tải nặng có thể tạo các vết lún trên đường asphalt, trong khi dừng hay khởi động, các xe tải nặng có thể tạo xô bề mặt đường. Cac vi trí rẽ hay các khu vực giao cắt giao thông trên đường asphalt cũng là nơi hay xuất hiện các khuyết tật xô thành go do ban chất mém của vật liệu asphalt.

Tuy nhiên bề mặt cứng của bêtông xi măng lại ngăn chặn được các khuyết tật này do chúng không lún, xo.2: Hiện tượng lún đường bê tông nhựa. Đường bê tông xi măng làm giám khoảng trượt đi khi dừng gap của phương tiện giao thông: Đôi với người sử dụng thì bê mặt cứng của đường bê tông là quan trọng vê khía cạnh an toàn. Trong mùa mưa, các vét lún trên đường asphalt sẽ là nơi tụ nước và làm tăng khả năng trượt của bánh xe. Nghiên cứu của trường Đại học Ilinois có tên “Xem xét an toàn của các lún, xô bé mặt đường asphalt” cho thay rang tat ca các khoảng trượt dài khi dừng gấp trên bé mặt đường bêtông xi măng ngăn hon so với đừơng asphalt, đặc biệt khi đường asphalt có các vết lún và ướt như nêu trong hình 1.

Các số liệu ở đây không tính hiệu ứng trượt nước (hydroplaning). Nếu tính cả hiệu ứng trượt nước (hydroplaning) thì các khoảng trượt dài khi dừng gấp của đường asphalt còn cao hơn [2]. 9m Chevy-Khô/Nhã Ly exe eas 5 2 ; 96m Chevy- ứot/Nhầu as 109m| Chevy- Uót/Lún — "134m Buick-Udt/Nbda ——= 2218 38m | E AE EIGHRDD ]Ƒ——'ễêêễề : betoug 0 30 60 90 120 150 sphalt khoảng trượt dừng tính theo rét Hình 1.3: Khoảng cách trượt dài khi dừng gấp đo được của 2 loại xe ôtô trên đường bêtông xi măng và đường asphalt ở tốc độ 100 km/h. Đường bêtông xi măng cho phép tiết kiệm nhiên liệu đối với xe tai nặng : Xe tải nặng gây biến dạng lớn hơn trên mặt đường mềm so với mặt đường cứng.

Biến dạng này làm hap thụ một phan năng lượng của xe. Do vậy có thé đưa ra giả thuyết là khi xe chạy trên đường mềm sẽ tốn nhiên liệu va năng lượng hơn đường bêtông xi măng làm giảm biến dạng đường và do vậy tiết kiệm nhiên liệu hơn. Zaniewski tiễn hành nghiên cứu cho Cơ quan đường cao tốc liên bang (FHWA) dé hoàn thiện bang chi phí định mức xe vận chuyển được nghiên cứu trước đó của Ngân hàng thế giới và chính phủ Brazin. Sự nghiên cứu tương quan giữa các thiết kế đường cao tốc và chi phí vận chuyến được xem xét với nhiều yếu t6 cau thành trong đó có tiêu thụ nhiên liệu.

Các kết quả phân tích nghiên cứu cho thấy tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ có thể lên tới 20% đối với xe tải hạng nặng chạy trên đường bêtông xi măng so với đường asphalt [3]. Đề khăng định tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu ở khí hậu Canada, Uỷ ban nghiên cứu quốc gia Canada (NRC) đã tiến hành một năm nghiên cứu theo đặt hàng của Hội xi măng Canada. Nghiên cứu cho thấy trung bình tiết kiệm 11% tiêu hao nhiên liệu khi xe tải nặng chạy trên đường bêtông xi măng [4].1: Tổng hợp các dự toán tiết kiệm nhiên liệu từ các nguôn nghiên cứu. | Tiết kiệm nhiên liệu Nguôn cre [giNUđ6ng7 (Hài trên đường cao tốc Chương trình Detroit Diesel Xe tải 817.5% Spec Manager Nghiên cứu của N AAO Dr.Zaniewski Xe tải tới 20% Nghién cttu cua NRC Xe tai Khoang 11% 1.

Đường bêtông xi măng làm tăng tam nhìn ban đêm : Lớp phủ bêtông xi măng đường được biết có khả năng làm tăng tầm nhìn của lái xe ban đêm. Bêtông xi măng có màu sáng tự nhiên va phan xạ ánh sáng của đèn 6 tô cũng như đèn đường tốt hơn đường asphalt sam màu hơn. Sự khác biệt này được thấy rõ qua các ảnh trong hình 1.4: Chiếu sáng trên mặt đường BT xi măng và asphalt. Đường bêtông xi măng tạo tiện lợi và chất lượng hơn: Vụ vận tai và công ich Nova Scotia (TPW) kết thúc 5 năm nghiên cứu đoạn tiếp giáp của đường asphalt và bêtông xi măng xây dựng năm 1994 trên đường cao tốc 104 xuyên Canada [5].

Kết quả nghiên cứu được kết luận năm 1999 cho thay trong thời gian đầu đường asphalt cho sự tiện nghi và êm hơn khi chạy, tuy nhiên sau một thời gian ngắn thi lai thé hiện kém hơn đường bêtông xi mang. “Các số liệu nghiên cứu so sánh của TPW cho thay mặc dau ban đầu đường asphalt mới có chỉ số tiện lợi khi chạy (RCD cao hơn tuy nhiên nó lại nhanh chóng bị hỏng nên đường bêtông xi măng có mặt đường bền hon lại chiếm ưu thé hơn, xem hình 1. Chi số tiện lợi khi chạy (RCD ở năm thứ 5 của đường bêtông xi măng là 7,4 và của đường asphalt là 6,9” [5]. Chỉ sö RCI 9 3 1 6 5 Hinh 1.5: Két qua thi nghiém so sanh chi số tiện lợi RCL[5] Vụ vận tải và công ích Nova Scotia (TPW) cũng sử dụng thiết bị do bién dạng (Profilograph) để đo chỉ số biến dạng khi chạy trên đường (PRI) thể hiện sự nhăn của đường (chi số càng cao, đường càng cứng).

Các kết quả đo trong 5 năm cho thay sau một năm đường asphalt mới và đường bêtông xi măng mới có gan như cùng độ nhăn. Trong 4 năm tiếp theo, đường bêtông xi măng duy trì độ nhăn của mình còn đường asphalt bắt đầu hỏng.6 cho thay cau trúc của hai loại đường hoạt động như thé nào. Cần lưu ý rang độ nhám (roughness) của mặt đường asphalt cao hơn 2 lần của mặt đường bêtông xi măng sau 5 năm sử dụng ( 6,8 mm/100m của đường bêtông ximăng so với 16,2 mm/100 m của đường asphalt) [5].6: So sánh kết quả đo chỉ số biến dạng khi chạy PRI (độ nhám) trên các loại duong.[5] Dựa trên các kết quả này có thể nói rằng sự tiện lợi và êm hơn khi chạy trên đường bêtông xi măng so với đường asphalt trong thời gian dài trên đường cao tốc. Mức độ ồn của đường bê tông xi măng: Mức tiếng ồn cũng liên quan đến dân cư khi xác định vật liệu làm mặt đường.

“Kết quả nghiên cứu của Vu vận tải va công ích Nova Scotia (TPW) khang định rang đường BTXM không gây tiếng ồn cao hơn đáng kể. Kết qua nghiên cứu 5 năm cho thấy mức tiếng ồn của bên đường BTXM trung bình cao hơn 2-4 dexibel so với đường asphalt “[6]. Theo báo cáo “Thong tin về mức độ ồn môi trường yêu cầu dé bảo vệ sức khoẻ và phúc lợi dân chúng với an toản lề đường thích hợp” của EPA - Cơ quan môi trường Mỹ, nêu rang sự thay đổi thấp hơn 5 dexibel được coi là không đáng kế [5]. Báo cáo của Vụ Giao thông Mỹ năm 1996 có kết luận rang “Đường bêtông xi măng được xây dựng tốt đáp ứng tính năng của đường asphalt đầm chặt cả vé yêu tô an toàn va độ ôn” [6].

Bao cáo của Vụ Giao thông Wiscosin kết luận răng “Có thê xây dựng đường bê tông xi măng với các tính năng ma sát mong muôn. Loại đường này an toàn, bên lâu và tiện lợi cho người sử dụng” [7|. Vai trò của phát triễn bền vững trong công trình giao thông: e Nguôn nguyên vật liệu déi dao: Vấn đề là đường bê tông xi măng thật sự đã trở nên nóng trong thời gian gan day, đặc biệt khi thị trường xi măng trong nước rất dồi dao. Năm 2011, toàn ngành công nghiệp xi măng đã sản xuất và tiêu thụ 49.5 triệu tan xi măng, đồng thời cũng xuất khẩu khoảng 5,5 triệu tan.

Các vật liệu cát, đá dim có san nhiều noi.[8] Với nguồn cung déi dào như vậy, kha năng sử dung xi măng trong xây dựng đường giao thông ở nước ta hiện nay là rất lớn , phù hợp với các vùng như Tây Bac, vùng ven biển, Đồng bằng sông Cửu Long, đường Hồ Chí Minh. Việc sử dụng bê tông xi măng trên các đường nông thôn đã cho hiệu quả rõ rệt chất lượng tốt. e Tuôi thọ cao: Thực tế ở Việt Nam cho thay các loại đường bê tông nhựa có tuổi thọ thấp từ 5-7 năm. Một trong những nguyên nhân quan trọng gây hư hỏng mặt đường là do điều kiện tự nhiên ở nước ta rất khắc nghiệt, thường xuyên chịu ảnh hưởng của mưa bão, lũ lụt, ngập nước.

Do đó việc xây dựng đường bê tông xi mang rat phù hợp với điêu kiện khí hậu ở nước ta. Qua sử dụng một số tuyến đường bê tông xi măng thời gian qua cho thấy, mặt đường bê tông xi măng rất phù hợp với tuyến đường chịu tải trọng năng , lưu lượng xe lớn. Sau một thời gian đi vào hoạt động , mặt đường van ồn định , ma sát tốt, không bị biến dạng. Những đoạn đường sau khi bị ngâm trong nước do mưa lũ, không bi sat lỡ, bong tróc.

Việc xây dựng đường bê tông xi măng đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn hơn so với đường bê tông nhựa, nhưng do đường bê tông nhựa thường xuyên phải duy tu bảo dưỡng định kỳ.Nếu tính toán kỹ lưỡng giá thành quy đổi theo chi phí khai thác thì mặt đường bê tông xi măng lại rẽ hơn 25-30%.[8] e Xây dựng đường bê tông xi măng giúp giảm nhập siêu: Theo ông TS.Trần Văn Huynh chủ tịch hội vật liệu xây dựng, nguyên thứ trưởng bộ Xây dựng : “xây dựng đường bê tông nhựa chúng ta phải nhập khâu asphan với giá 800USD/tan, phải sử dụng chuyên gia tư vẫn, giám sát nước ngoài, còn xây dựng đường bê tông xi măng chung ta sử dụng nguyên liệu, vat liệu trong nước.