Luận văn thạc sĩ về bê tông geopolymer không xi măng trong thiết kế đường giao thông nông thôn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật xây dựng nghiên cứu sử dụng bê tông geopolymer không xi măng để thiết kế và xây dựng đường, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Lê Trọng Tôn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Anh Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
• Đề tài: Nghiên cứu bê tông geopolymer không xi măng cho đường giao thông nông thôn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU VIỆT NAM
• 1.3. THỰC TRẠNG NHU CẦU BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 1.4. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN
• 1.5. TÌNH HÌNH ĐƯỜNG BÊ TÔNG Ở CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
• 1.6. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, CẤU TẠO CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG
• 1.7. NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG GEOPOLYMER KHÔNG XI MĂNG
• 1.8. MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU
• 1.9. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. CƠ CHẾ ĐÓNG RẮN GEOPOLYMER VÔ CƠ
• 2.2. CƠ SỞ THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• 3.1. THÀNH PHẦN NGUYÊN VẬT LIỆU
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ TẠO MẪU
• 3.3. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG GEOPOLYMER TỪ TRO BAY
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
• 4.1. ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG CHẤT RẮN TRO BAY ĐẾN TÍNH CHẤT BÊ TÔNG GEOPOLYMER
• 4.2. ẢNH HƯỞNG TỶ LỆ DUNG DỊCH HOẠT HÓA ĐẾN TÍNH CHẤT BÊ TÔNG GEOPOLYMER
• 4.3. ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN DƯỠNG NHIỆT ĐẾN TÍNH CHẤT BÊ TÔNG GEOPOLYMER
• 4.4. MỐI QUAN HỆ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER
• 4.5. ẢNH HƯỞNG GIA NHIỆT ĐẾN KHẢ NĂNG TỰ ĐÓNG RẮN CỦA BÊ TÔNG GEOPOLYMER
• 4.6. THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG CỨNG BẰNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER THEO 22TCN223-95
• 4.7. BIỆN PHÁP THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM THI CÔNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG GEOPOLYMER NGOÀI HIỆN TRƯỜNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông geopolymer không xi măng

Bê tông geopolymer không xi măng là một giải pháp xây dựng bền vững, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng bê tông geopolymer thay thế cho bê tông truyền thống không chỉ giảm thiểu việc tiêu thụ nguyên liệu tự nhiên mà còn tận dụng được chất thải từ các nhà máy nhiệt điện. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và xây dựng đường giao thông nông thôn bằng bê tông geopolymer. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng bê tông geopolymer có khả năng chịu lực tốt và có thể đạt được cường độ thiết kế cao khi được xử lý đúng cách. Điều này mở ra cơ hội cho việc áp dụng công nghệ này trong xây dựng hạ tầng giao thông nông thôn, nơi mà yêu cầu về chất lượng và độ bền của vật liệu là rất quan trọng.

1.1. Tình hình sử dụng bê tông trong xây dựng

Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trên thế giới. Tuy nhiên, việc sản xuất xi măng truyền thống gây ra nhiều vấn đề về môi trường. Theo thống kê, ngành công nghiệp sản xuất xi măng thải ra khoảng 7% lượng khí CO2 toàn cầu. Do đó, việc chuyển sang sử dụng bê tông không chứa xi măng như bê tông geopolymer là một giải pháp khả thi. Nghiên cứu này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần vào việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Việc áp dụng bê tông geopolymer trong xây dựng đường giao thông nông thôn có thể mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường.

II. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các loại vật liệu xây dựng như tro bay và dung dịch hoạt hóa để tạo ra bê tông geopolymer. Tro bay được sử dụng như một thành phần chính trong hỗn hợp bê tông, giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của sản phẩm cuối cùng. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc xác định tỷ lệ tối ưu giữa tro bay và dung dịch hoạt hóa, cũng như thời gian và nhiệt độ dưỡng hộ. Kết quả cho thấy rằng việc gia nhiệt cốt liệu và sử dụng phụ gia sinh nhiệt có thể nâng cao đáng kể cường độ chịu nén của bê tông geopolymer. Điều này chứng tỏ rằng công nghệ xây dựng mới này có thể đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong xây dựng đường giao thông nông thôn.

2.1. Thiết kế cấp phối bê tông geopolymer

Thiết kế cấp phối cho bê tông geopolymer là một yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tỷ lệ giữa tro bay và dung dịch hoạt hóa cần được điều chỉnh để đạt được cường độ tối ưu. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi tỷ lệ tro bay tăng lên, cường độ chịu nén của bê tông cũng tăng theo. Tuy nhiên, cần phải cân nhắc đến các yếu tố khác như thời gian dưỡng hộ và nhiệt độ để đảm bảo rằng bê tông đạt được cường độ thiết kế mong muốn. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa cấp phối bê tông geopolymer không chỉ giúp cải thiện chất lượng mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Kết quả thực nghiệm và đánh giá

Kết quả thực nghiệm cho thấy bê tông geopolymer có thể đạt được cường độ chịu nén lên đến 80% so với cường độ thiết kế khi được gia nhiệt đúng cách. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng thời gian dưỡng hộ từ 6 đến 10 giờ là tối ưu để đạt được cường độ cao nhất. Điều này cho thấy rằng bê tông geopolymer không chỉ có khả năng chịu lực tốt mà còn có thể được thi công nhanh chóng và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ này trong xây dựng đường giao thông nông thôn sẽ giúp cải thiện chất lượng hạ tầng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho ngành xây dựng, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.

3.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường

Việc sử dụng bê tông geopolymer không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế và môi trường lớn. Giảm thiểu việc sử dụng xi măng giúp tiết kiệm tài nguyên và giảm thiểu khí thải CO2. Hơn nữa, việc tận dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu giá rẻ cho ngành xây dựng. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí xây dựng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này khẳng định rằng bê tông geopolymer là một giải pháp bền vững cho ngành xây dựng, đặc biệt là trong bối cảnh hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, ngành công nghiệp sản xuất xi măng được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ra lượng lớn khí CO₂ thải ra khí quyển. Trên toàn cầu, sản lượng xi măng tăng từ 3,3 tỷ tấn năm 2010 lên khoảng 4,2 tỷ tấn năm 2015 và dự kiến đạt gần 5,9 tỷ tấn vào năm 2025. Riêng ngành sản xuất xi măng chiếm khoảng 7% tổng lượng khí thải CO₂ toàn cầu, tiêu thụ năng lượng lên đến 4 GJ cho mỗi tấn xi măng sản xuất. Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ xi măng liên tục tăng, đạt gần 60 triệu tấn năm 2013 và dự báo tăng 1,5-3% trong các năm tiếp theo. Song song đó, chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010-2020 đặt ra yêu cầu cấp thiết về phát triển hệ thống đường giao thông nông thôn bền vững, thân thiện môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng bê tông geopolymer không xi măng làm vật liệu thay thế trong thiết kế và xây dựng đường giao thông nông thôn. Mục tiêu chính là giảm thiểu sử dụng tài nguyên thiên nhiên, tận dụng phế thải tro bay từ các nhà máy nhiệt điện, đồng thời giảm phát thải khí CO₂. Nghiên cứu thực hiện trong phạm vi thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2014 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, với trọng tâm là thiết kế cấp phối bê tông geopolymer từ tro bay, khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tro bay, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa và thời gian dưỡng nhiệt đến cường độ bê tông. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng xanh, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền của kết cấu đường giao thông nông thôn, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết về vật liệu geopolymer, một loại polymer vô cơ được tổng hợp từ các khoáng vật aluminosilicate như tro bay, thông qua phản ứng polymer hóa trong môi trường kiềm. Cơ chế đóng rắn geopolymer bao gồm ba giai đoạn chính: hòa tan các thành phần Si và Al từ tro bay trong dung dịch kiềm, hình thành các monomer và quá trình trùng ngưng tạo thành cấu trúc polymer ba chiều bền vững. Các sản phẩm geopolymer có cấu trúc vô định hình đến bán tinh thể, gồm các loại poly(sialate), poly(sialate-siloxo) và poly(sialate-disiloxo).

Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng mô hình thiết kế kết cấu áo đường cứng theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN223-95, tập trung vào việc tính toán chiều dày tấm bê tông, bố trí khe nối, lựa chọn vật liệu lớp móng và các biện pháp tăng cường độ bền, ổn định của mặt đường. Các khái niệm chính bao gồm: cường độ chịu nén và chịu uốn của bê tông, mô đun đàn hồi, tính công tác của hỗn hợp bê tông, ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xỉ và tỷ lệ dung dịch hoạt hóa đến tính chất vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực nghiệm thi công ngoài hiện trường tại TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm các mẫu bê tông hình trụ kích thước 10x20 cm, được chế tạo theo các cấp phối khác nhau với mác thiết kế từ 150 đến 300 kg/cm². Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn có chủ đích dựa trên các tỷ lệ tro bay, dung dịch hoạt hóa và phụ gia sinh nhiệt nhằm khảo sát ảnh hưởng đến cường độ bê tông.

Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với tính toán lý thuyết dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam và các công trình nghiên cứu quốc tế. Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2014, bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, thiết kế cấp phối, tạo mẫu, dưỡng hộ nhiệt, đo cường độ chịu nén và uốn, phân tích kết quả và đề xuất quy trình thi công.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến cường độ bê tông geopolymer: Khi tỷ lệ dung dịch hoạt hóa giữ cố định ở 0,3, cường độ chịu nén tăng rõ rệt khi hàm lượng tro bay tăng từ 40% lên 60%, đạt cường độ thiết kế khoảng 25 MPa sau 24 giờ dưỡng nhiệt ở 90°C. Cường độ chịu uốn cũng tăng tương ứng, đạt khoảng 5 MPa, cao hơn 15% so với bê tông truyền thống.

2. Tỷ lệ dung dịch hoạt hóa polymer: Tăng tỷ lệ dung dịch hoạt hóa từ 0,3 lên 0,7 làm tăng cường độ chịu nén của bê tông geopolymer lên đến 30%, tuy nhiên vượt quá 0,5 tỷ lệ này không mang lại hiệu quả đáng kể và làm giảm tính công tác của hỗn hợp.

3. Ảnh hưởng thời gian dưỡng nhiệt: Cường độ bê tông geopolymer đạt tối đa sau 6-10 giờ dưỡng nhiệt ở 90°C, với cường độ chịu nén đạt 95-100% so với thiết kế. Thời gian dưỡng nhiệt ngắn hơn 6 giờ làm giảm cường độ khoảng 20%, trong khi kéo dài trên 10 giờ không cải thiện đáng kể.

4. Sử dụng phụ gia sinh nhiệt: Bê tông geopolymer có phụ gia sinh nhiệt đạt khoảng 78% cường độ so với mẫu dưỡng nhiệt trong lò, và có thể đạt đến 80% cường độ thiết kế khi thi công trong điều kiện môi trường thuận lợi. Phương pháp này giúp rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí năng lượng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy bê tông geopolymer từ tro bay có khả năng thay thế bê tông xi măng truyền thống trong xây dựng đường giao thông nông thôn với hiệu quả kỹ thuật và môi trường cao. Việc sử dụng tro bay tận dụng nguồn phế thải công nghiệp, giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên và lượng khí thải CO₂. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, cường độ bê tông geopolymer đạt được tương đương hoặc vượt trội so với bê tông xi măng cùng mác.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay và cường độ chịu nén cho thấy xu hướng tăng cường độ rõ rệt khi tăng hàm lượng tro bay đến mức tối ưu 60%. Bảng số liệu so sánh cường độ chịu nén và uốn giữa bê tông geopolymer và bê tông xi măng minh họa sự tương đồng về khả năng chịu lực. Phương pháp sử dụng phụ gia sinh nhiệt được đánh giá là giải pháp thi công hiệu quả, phù hợp với điều kiện thi công ngoài trời tại các vùng nông thôn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng bê tông geopolymer trong xây dựng đường giao thông nông thôn: Khuyến khích các cơ quan quản lý và nhà thầu sử dụng bê tông geopolymer từ tro bay để giảm chi phí và phát thải khí CO₂, với mục tiêu đạt 80% cường độ thiết kế trong vòng 10 giờ dưỡng nhiệt. Thời gian thực hiện: 1-3 năm.

2. Phát triển quy trình thi công sử dụng phụ gia sinh nhiệt: Triển khai rộng rãi biện pháp gia nhiệt cốt liệu và phụ gia sinh nhiệt nhằm rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí năng lượng và tăng hiệu quả thi công ngoài hiện trường. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng và phòng thí nghiệm vật liệu.

3. Tăng cường nghiên cứu và đào tạo chuyên sâu: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo về công nghệ bê tông geopolymer cho kỹ sư, cán bộ quản lý và công nhân xây dựng nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng thi công. Thời gian: liên tục trong 2 năm đầu.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn áp dụng: Bộ ngành liên quan cần sớm hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật cho bê tông geopolymer trong xây dựng đường giao thông, đảm bảo tính đồng bộ và khả năng áp dụng rộng rãi. Thời gian: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm về bê tông geopolymer, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu xây dựng xanh.

2. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Thông tin về lợi ích môi trường và kinh tế của bê tông geopolymer giúp xây dựng chính sách phát triển hạ tầng bền vững.

3. Nhà thầu và kỹ sư thi công: Hướng dẫn thiết kế cấp phối, quy trình thi công và sử dụng phụ gia sinh nhiệt giúp nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng: Cơ hội phát triển sản phẩm mới thân thiện môi trường, tận dụng phế thải công nghiệp, mở rộng thị trường vật liệu xây dựng xanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông geopolymer là gì và khác gì so với bê tông xi măng truyền thống?
   Bê tông geopolymer là loại bê tông sử dụng tro bay và dung dịch kiềm thay thế hoàn toàn xi măng Portland làm chất kết dính. Nó có cấu trúc polymer vô cơ, giảm phát thải CO₂ và tận dụng phế thải công nghiệp, trong khi bê tông xi măng truyền thống sử dụng xi măng Portland với lượng phát thải lớn.

2. Tro bay có vai trò gì trong bê tông geopolymer?
   Tro bay cung cấp nguồn oxit silic và oxit nhôm cần thiết cho phản ứng geopolymer hóa, đồng thời là vật liệu phế thải giúp giảm chi phí và bảo vệ môi trường. Hàm lượng tro bay ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ và tính chất cơ lý của bê tông.

3. Thời gian và điều kiện dưỡng nhiệt ảnh hưởng thế nào đến cường độ bê tông geopolymer?
   Dưỡng nhiệt ở 90°C trong khoảng 6-10 giờ giúp bê tông đạt cường độ tối ưu, rút ngắn thời gian đóng rắn so với bê tông xi măng truyền thống. Dưỡng nhiệt quá ngắn hoặc quá dài đều ảnh hưởng không tốt đến cường độ.

4. Phụ gia sinh nhiệt có tác dụng gì trong thi công bê tông geopolymer?
   Phụ gia sinh nhiệt giúp tăng nhiệt độ trong quá trình đóng rắn, thúc đẩy phản ứng geopolymer hóa, rút ngắn thời gian thi công và giảm nhu cầu sử dụng lò sấy, tiết kiệm năng lượng và chi phí.

5. Bê tông geopolymer có thể ứng dụng ở đâu ngoài đường giao thông nông thôn?
   Ngoài đường giao thông nông thôn, bê tông geopolymer có thể ứng dụng trong xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, sân bay, và các công trình cần vật liệu bền, chịu nhiệt và thân thiện môi trường.

Kết luận

• Bê tông geopolymer từ tro bay là giải pháp thay thế hiệu quả cho bê tông xi măng truyền thống trong xây dựng đường giao thông nông thôn, giảm phát thải CO₂ và tận dụng phế thải công nghiệp.
• Cường độ bê tông geopolymer đạt thiết kế sau 6-10 giờ dưỡng nhiệt ở 90°C, với phụ gia sinh nhiệt đạt khoảng 78-80% cường độ thiết kế trong điều kiện thi công thực tế.
• Nghiên cứu đã thiết kế thành phần cấp phối phù hợp cho các mác bê tông từ 150 đến 300 kg/cm², đảm bảo tính công tác và độ bền cơ lý.
• Đề xuất quy trình thi công và sử dụng phụ gia sinh nhiệt giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả công trình.
• Khuyến nghị triển khai áp dụng rộng rãi bê tông geopolymer trong xây dựng hạ tầng giao thông nông thôn, đồng thời phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và đào tạo chuyên môn cho các bên liên quan.

Hành động tiếp theo là tổ chức các dự án thí điểm ứng dụng bê tông geopolymer tại các địa phương, đồng thời hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật để thúc đẩy phát triển vật liệu xây dựng xanh, bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỎNG QUAN 1. SỰ CAN THIET CUA DE TÀI NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm khí hậu Việt Nam Việt Nam năm trọn trong vùng khí hậu nhiệt đới, phần bố thành 3 vùng khí hậu riêng biệt với miền bắc mang khí hậu cận nhiệt đới âm âm, bắc trung bộ là khí hậu nhiệt đới gió mùa, miễn nam và nam trung bộ mang đặc điểm nhiệt đới Xavan (với hai mùa: mùa mưa và mùa khô). Đồng thời, do nằm ở rìa phía đông nam của phân chau A lục địa, giáp với biển Đông (một phan của Thái Bình Duong), nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa mậu dịch.

Nhìn chung, Việt Nam có một nên nhiệt độ cao. Nhiệt độ trung bình năm từ 22°C đến 27°C. Hàng năm, có khoảng 100 ngày mưa với lượng mưa trung bình từ 1. Độ âm không khí trên dưới 80%.

Số giờ nắng khoảng 1.000 giờ, nhiệt bức xạ trung bình năm 100kcal/cm?. Khí hậu Việt Nam thay đổi theo mùa và theo vùng từ thấp lên cao, từ bắc vào nam và từ đông sang tây. Do chịu sự tác động mạnh của gió mùa đông bắc nên nhiệt độ trung bình ở Việt Nam thấp hơn nhiệt độ trung bình nhiều nước khác cùng vĩ độ ở Châu Á [1]. Do ảnh hưởng gió mùa và sự phức tạp về địa hình nên Việt Nam thường gặp bat lợi về thời tiết như bão, lũ lụt, hạn hán (trung bình một năm có 6-10 con bão và áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, hạn hán đe dọa).

Với khí hậu và thời tiết như trên có những tác động không nhỏ đến nhiều hoạt động kinh tế xã hôi. Trong đó, cơ sở hạ tầng, hoạt động quy hoạch xây dựng, thiết kế công trình, nguồn vật liệu, đặc biệt là các loại vật liệu dùng để xây dựng công trình, đường ô tô (đảm bảo độ bên, cường độ, tính kinh tẾ,.), ngày càng được quan tâm chú trọng trong quá trình phát triển kinh tế xã hội và hội nhập quốc tế. Thực trạng nhu câu bê tông xi măng trên thế giới và ở Việt Nam. Bêtông là một trong các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các công trình xây dung, hạ tầng kỹ thuật và công trình giao thông.

Trong đó, ximăng Portland đóng vai trò là chất kết dính trong việc sản xuất bê tông hiện nay. Sản lượng ximăng sản xuất trên toàn thế giới không ngừng gia tăng từ 3,3 tỷ tấn (năm 2010) lên khoảng 4.2 tỷ tan vào năm 2015 và sau đó sẽ tăng lên gần 5,9 tỷ tan vào năm 2025, trong tổng số 2,6 tỷ tấn xi măng tiêu thụ dự kiến sẽ tăng lên (từ năm 2010-2025) trên toàn thé giới, có hon 76% thuộc thi trường Chau A [2]. Tuy nhién, Công nghiệp san xuất ximăng lại là một trong các ngành tiêu thụ rất lớn nguén tai nguyên khoáng sản (đá vôi và cốt liệu) và năng lượng (than, dầu, điện) cũng như có sự thải ra lượng khí CO, lớn vào khí quyền. Số liệu điều tra cho thay lượng khí thải CO, từ công nghiệp sản xuất ximăng chiếm khoảng 7% lượng khí thải CO; trên toàn thế giới.

Theo thống kê trung bình dé sản xuất ra 1 tan ximăng đòi hỏi 4 GJ nhiên liệu và sẽ thải ra 1 tan CO> vào khí quyến góp phan gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm cho Trái đất nóng dân lên (Davidovit 1994). Trước áp lực dân số thế giới ngày càng gia tăng, nhu cầu xây dựng và phát triển cơ sở hạ tầng giao thông sẽ trở nên cấp thiết hơn và đòi hỏi ngành công nghiệp sản xuất ximăng phải cung cấp sản lượng lớn dần theo, dự báo tiêu thụ xi măng sẽ tăng khoảng 4% trong năm 2013, tiếp theo là 9,7% trong năm 2014 và 2015 (Hiệp hội xi măng Portland (PCA)-Mỹ). Nguồn tài nguyên khoáng sản va các nguyên liệu khác dé sản suất bêtông ximăng sẽ được khai thác triệt để hơn và trở nên khan hiếm. Đồng thời, lượng khí thai CO, do quá trình sản xuất ximăng tiếp tục gia tăng sẽ lam khí hậu toàn cầu nóng dan lên gây ra những hệ quả khôn lường như : làm biến đổi khí hậu.

thiên tai lũ lụt, hạn hán kéo dài, tan băng. Hiện nay, ở Việt Nam, xi măng đang giữ vai trò quan trọng trong các công trình xây dựng, cơ sơ hạ tang, nhu cau tiéu thu xi mang lién tuc gia tang qua cac nam, gan 60 triệu tan vào năm 3013 và dự báo nhu cau xi măng năm 2014 cả nước sẽ tăng 1,5-3% so với năm 2013 (nguồn BXD). Nhu cầu tiêu thụ xi măng qua các năm (triệu tan/nam) SYw&W&o©C © Nam Nam Nam Nam Năm Nam Nam Nam Nam JOOS 2006 2007 2008 2009 2O1G 2011 2012 2013 Hình 1. Nhu cầu tiêu thụ xi măng tại Việt Nam qua các năm [3] Bên cạnh đó, việc đầu tư nâng cấp xây mới hệ thống đường giao thông đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt là cùng với chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010-2020, hệ thống đường giao thông nông thôn đang là van đề ưu tiên cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu người dân, làm cơ sở dé phát triển kinh tế xã hội và góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững của cả nước.

Bêtông asphalt và bêtông ximăng là hai loại vật liệu được chọn lựa chủ yếu dé làm kết cấu lớp mặt trong công trình đường giao thông. Bêtông ximăng có những ưu điểm hơn về tudi thọ, khả năng chịu lực cao va rất 6n định với nước nên đang dần thay thé bêtông asphalt trên toàn thé giới cũng như ở Việt Nam. Tuy nhiên, chi phí ban đầu, giá thành sản xuất lại khá cao. Bên cạnh đó, những hệ quả trong việc sản xuất và sử dụng bê tông xi măng như phân tích ở trên cần được quan tâm.

Do đó, nghiên cứu su dung bêtông không xi măng trong công trình giao thông nông thôn tại Việt Nam để thay thế bê tông xi măng, đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật như có độ bên, khả năng chịu lực cao, ôn định với nước, hao mòn ít, thân thiện với môi trường, giảm được lượng khí thai CO, và có chi phí sản xuất xây dựng rẻ hơn là vân đề cân thiệt hiện nay. TONG QUAN VE DUONG GIAO THONG NONG THON 1.1 Hiện trạng cua giao thong nông thôn Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất đước, mục tiêu phát triển bên vững và hội nhập quôc tê. Xây dựng nông thôn đang là vân đê được các câp, các ngành quan tâm sâu sắc. Dé phát triển được thế mạnh của nông thôn và hiện đại hóa nông thôn cần phải quan tâm đến các van dé như đường giao thông.

hệ thông điện, trạm y té, truong hoc, nguồn nước sạch. Trong đó, đường gao thông là huyết mạch, là tiền dé cho các yếu tố khác, là động lực để xây dựng nông thôn vững mạnh. Mạng lưới đường giao thông nông thôn là bộ phận giao thông địa phương nối tiếp với hệ thống đường quốc gia nhằm phục vụ sản xuất Nông-Lâm-Ngư nghiệp và phục vụ giao lưu Văn hóa — Kinh tế - Xã hội của các làng, xã, thôn xóm. Mạng lưới này nhằm phục vụ cho các xe cơ giới loại trung, nhẹ và xe thô sơ qua lại.

[4| Cấp thiết kế của đường giao thông nông thôn có 4 cấp: AH, A, B và C. - Đường cấp AH là đường nối trung tâm hành chính của huyện với trung tâm hành chính của xã, cụm xã hoặc trung tâm hành chính của huyện lần cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện; đường cấp AH được phân ra hai loại là địa hình đồng bang (AH) và miền núi (AHyy), tiêu chuẩn kỹ thuật tương đương với đường cấp VI. - Đường cấp A và cấp B là đường nối từ xã đến thôn, liên thôn và từ thôn ra cánh đồng. Đường cấp C là loại đường nối từ thôn đến xóm, liên xóm, từ xóm ra ruộng đồng, đường nối các cánh đồng [5].

A hoặc B A hoặc B THON | N / TƯƠNG / R A hoặc B —— \ THON B hoặc C — B hoac C ._ SN \ B hoặc C _ NỊ { DONG \ RUONG / Bhoặc C XOM „ — / £ _ —; N ra h TM B hoặc C DONG /] (\ RUONG \ B hoặc C. Sơ đồ cấp thiết kế đường giao thông nông thon [5]. Vai trò của các thành phân nguyên liệu trong bê tông xi măng dùng cho giao thông Bê tông đường xi măng được làm từ nhiều thành phần khác nhau chủ yếu được tạo từ vữa, cốt liệu (đá, cát) và phụ gia. Chất lượng của bê tông phụ thuộc rất lớn vào chất lượng của vữa và chất lượng của bê tông đông cứng được quyết định bởi lượng nước sử dụng liên quan với hàm lượng xi măng.

XI măng portland Có nhiều loại xi măng khác nhau, tuy nhiên xi măng được sử dụng rộng rãi nhất ở Mỹ và ở hầu hết các nơi trên thế giới là xi măng Portland, nó được phát triển bởi Joseph Aspdin, năm 1824. Ximang Portland dung kết hợp với cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và lượng nước hydrat hóa vừa đủ để tạo kết câu có cường độ và bền theo thời gian. Cốt liệu Cốt liệu chiếm 70 80% thé tích bê tông va do đó có ảnh hưởng quan trọng tới tính chất của bê tông, sử dụng đúng loại của cốt liệu ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tông tươi và bê tông cứng, tỷ lệ hỗn hợp và tính kinh tế. [7] Cốt liệu có thể phân biệt thành hai loại khác nhau dựa trên kích cỡ hạt.

Cốt liệu nhỏ bao gồm cát thiên nhiên hoặc đá nghiên với nhiễu hạt nhỏ hơn 1/5 inch (5mm). Cốt liệu thô bao gồm cốt liệu nghiền nát với các hạt lớn hơn 1/5 inch (5mm) và giữa 3/8 và 1-1/2 inches (9,5 và 37. Đối với mặt đường, ưu tiên sử dung kích cỡ cốt liệu thô lớn nhất, được giới hạn đến 1/3 chiều dày mặt đường. Bởi vì, giảm được ti lệ vữa, do đó giảm co ngót.

Theo tài liệu [6], kích thước hat cốt liệu thô phù hợp cho bê tông đường dao động 19 - 25 mm. Cốt liệu phải được làm sạch, cứng, bên tránh mài mòn hóa học và cốt liệu với sức kháng thấp với khí hậu nên được tránh trong hỗn hợp bê tông. Dac tính của bê tông đường xi mang Đặc tính mong muốn yêu cầu trong bất kỳ hỗn hợp bê tông đường xi măng là: tinh dé thi công. tính thắm, sức chồng mài mòn, tính kinh tế.1 Tinh dé thi công [8] Tính dễ thi công (hay còn gọi tính công tác) đề cập tới việc dễ đồ, đầm chặt và hoàn thiện hỗn hợp bê tông tươi mà không phân tầng hoặc tách nước quá mức.