CHƯƠNG 1 TÍNH CẤP THIẾT ðỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài: 1.1 Tình hình khí hậu miền Nam Việt nam: Nằm trong vùng nhiệt ñới gió mùa cận xích ñạo, miền Nam có nhiệt ñộ cao ñều trong năm và hai mùa mưa – khô rõ rệt. Mùa mưa ñược bắt ñầu từ tháng 5 tới tháng 11, còn mùa khô từ tháng 12 tới tháng 4 năm sau. Trung bình, miền nam có 160 ñến 270 giờ nắng/tháng, nhiệt ñộ trung bình 27 °C, cao nhất lên tới 40 °C, thấp nhất xuống 13,8 °C. Trong ñó, có 330 ngày nhiệt ñộ trung bình 25°C tới 28 °C.
Lượng mưa trung bình ñạt 1. Trong một năm, ở miền Nam có trung bình 159 ngày mưa, tập trung nhiều nhất vào các tháng từ 5 tới 11, chiếm khoảng 90%, ñặc biệt hai tháng 6 và 9 [1]. Các tỉnh miền Nam chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây – Tây Nam và Bắc – Ðông Bắc. Gió Tây – Tây Nam từ Ấn ðộ Dương, tốc ñộ trung bình là 3,6 m/s vào mùa mưa.
Gió Gió Bắc – Ðông Bắc từ biển ðông, tốc ñộ trung bình là 2,4 m/s vào mùa khô. Ngoài ra còn có gió tín phong theo hướng Nam – ðông Nam vào khoảng tháng 3 tới tháng 5, trung bình 3,7 m/s. ðộ ẩm không khí tại khu vực này lên cao vào mùa mưa là 80%, và xuống thấp vào mùa khô là 74,5%. Trung bình, ñộ ẩm không khí ñạt bình quân/năm 79,5% [1].2 Thực trạng sử dụng mặt ñường cứng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam: Hiện nay mặt ñường cứng ñược sử dụng nhiều ở các nước trên thế giới bởi tính ưu việt của nó hơn mặt ñường bêtông nhựa như tính chịu kéo, chịu uốn cao nên có thể sử dụng ở những tuyến ñường có lưu lượng cao và tải trọng xe lớn.
Thời gian sử dụng lâu dài (từ 30-40 năm) và công tác duy tu bảo dưỡng ít, ñơn Trang 11 giản. ðặc biệt sử dụng ở những nơi có chế ñộ thủy nhiệt bất lợi, hay bị ngập nước. Trên thế giới, hầu hết các nước phát triển và ñang phát triển người ta ñang chú trọng xây dựng loại mặt ñường. Ở Mỹ và một số nước châu Mỹ, loại áo ñường cứng chiếm khoảng 85-90% các ñường cao tốc.
Ở các nước Tây Âu, tỷ lệ loại mặt ñường này là 65-80%. Và ở một số nước lân cận Việt Nam như Thái Lan, Malaysia 65% các ñường cao tốc ñều sử dựng áo ñường cứng. Ở Việt Nam, mặt ñường cứng ñược xây dựng ở nước ta từ trước năm 1945 cho một số sân bay và một vài ñoạn ñường ô tô có các tấm kích thước nhỏ (khoảng 2x2m, dày từ 15÷18cm) bằng bêtông mác thấp (150÷200), thi công theo phương pháp thủ công kỹ thuật ñơn giản. Tuy vậy, thời gian sử dụng những ñoạn ñường này cũng ñược trên 20÷25 năm như ñoạn ñường BTXM dài 100m trên quốc lộ 1A thuộc ñịa phận Kỳ Anh cho ñến năm 1970 vẫn còn tồn tại.
ðiều này cho thấy ưu ñiểm vượt trội của loại mặt ñường này so với mặt ñường bêtông nhựa [2]. Năm 2008, cả nước có khoảng 22.227km ñường sử dụng kết cấu áo ñường cứng (ñạt 9%), chưa kể tới ñường ñô thị và ñường chuyên dùng. Trong ñó, tỉ lệ sử dụng áo ñường cứng cho nông thôn ñạt tỷ lệ cao nhất (chiếm trên 85%), thấp nhất là tỉnh lộ chiếm 0,95%, quốc lộ chiếm 2,82%. Vùng Bắc Trung bộ có tỷ lệ sử dụng áo ñường cứng cao nhất (trên 78%), còn các vùng khác tỷ lệ này dưới 5%.
ðến năm 2010, xây dựng thêm 500km ñường bê tông xi măng có bề rộng 7m [3]. Tháng 4/2012, Bộ GTVT sẽ chỉ ñạo Vụ Kế Hoạch ðầu Tư hoàn thành quy hoạch sử dụng ñường bê tông xi măng ñến 2020 và tầm nhìn ñến 2030 ñể từ ñó có kế hoạch triển khai cụ thể.3 Tính hợp lý khi sử dụng kết cấu áo ñường cứng ở miền nam Miền Nam nằm trong vùng khí hậu thường xuyên biến ñổi, lượng mưa lớn trung bình ñạt 1.949 mm/năm, mùa hè nhiệt ñộ trung bình là 27. Nhiệt ñộ mặt ñường vào mùa hè lên tới 60÷70oC nên khi sử dụng ñường bê tông nhựa, mô ñun ñàn hồi của mặt ñường bị giảm nhưng không bị ảnh hưởng ñối với áo ñường cứng [1]. Trang 12 Ở các tỉnh miền Tây Nam Bộ, bề dày ñất yếu lớn, khi sử dụng ñường nhựaphải xử lý nền hoặc chấp nhận làm ñường chờ lún.
ðiều này có thể hạn chế ñược khi sử dụng áo ñường cứng do nguyên tắc làm việc của áo ñường cứng là ‘‘tấm cứng trên nền ñàn hồi’’, tải trọng ñược phân bố ñều khắp tấm cứng nên áp lực tác dụng xuống nền nhỏ nên không phải xử lý nhiều về nền ñường. Ở những vùng thường xuyên bị ngập lụt như các tỉnh miền Tây, mặt ñường cứng ñược sử dụng rất phổ biến do tính bền nước, thi công ñơn giản và có thể tiến hành thủ công ở các nơi không có ñiều kiện cơ giới hóa [4]. Hiện nay, do tốc ñộ phát triển kinh tế ở khu vực phía Nam nhanh nên mật ñộ xe và tải trọng xe ngày càng phát triển. Việc sử dụng mặt ñường cứng sẽ tăng thời gian sử dụng, hạn chế lún sụt, giảm giá thành duy tu, bảo dưỡng.
Các nhân tố này chính là những nguyên do nên ñề xuất sử dụng mặt ñường cứng ở khu vực miền Nam.4 Tình hình sử dụng bêtông có sử dụng sợi vào xây dựng mặt ñường trên thế giới Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế, mật ñộ xe chạy trên ñường ngày càng tăng, trọng lượng xe cơ giới ngày càng nặng, cùng với việc phát triển công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng cho phép có thể sản xuất những vật liệu có tính ñột phá làm cải thiện những khuyết ñiểm và làm tăng ñặc tính có lợi của bêtông. Gia cường sợi trong bêtông là một trong những hướng ñi của công nghệ sản xuất vật liệu xây dựng hiện ñại. Việc áp dụng bêtông có gia cường sợi trong mặt ñường cấp cao sẽ làm tăng khả năng chịu tải trọng xe, tính mài mòn của mặt ñường và giảm bề dày kết cấu của mặt ñường. Việc nghiên cứu gia cường sợi vào trong bêtông ñã ñược nghiên cứu vào những năm 1960.
Vào tháng 8 năm 1971, lần ñầu tiên bêtông gia cường sợi vào mặt ñường ñược áp dụng tại bãi xe tải nặng Ashland, thuộc bang Ohio. Người ta ñã sử dụng sợi thép dài từ 12.5mm, và trộn với tỷ lệ thép chiếm 0.25% ÷ 2% thể tích bêtông thì thấy sức chống uốn của bêtông tăng 1.5 lần, các vết nứt ñược giảm ñáng kể. Và ñến năm 1972, bêtông cốt sợi lại ñược áp dụng làm bản mặt cầu tại Pennsyl, Vanila và cho ñến nay vẫn còn sử dụng tốt [5]. Trang 13 Năm 1976, Viện nghiên cứu Khoa học Xây dựng của Bộ xây dựng Liên Bang Xô Viết cũng ñã nghiên cứu trộn các sợi thép dài 35mm÷55mm, ñường kính 0.65mm vào bê tông Mác 350 với tỷ lệ 2÷3% thì thấy cường ñộ kéo uốn 18÷25% [6].
Những năm 1980, bêtông có gia cường sợi ñã ñược áp dụng rộng rãi trong xây dựng các trạm thu phí, ñường sân bay và bản mặt cầu. Năm 1983, 22 dự án sân bay của Hoa Kì ñã hoàn thành có sử dụng bêtông cốt sợi làm bến bãi. Những năm 1990, ở các nước Châu Âu, 1.9 triệu m 2 bến bãi ở các khu công nghiệp ñã sử dụng loại bêtông này [5]. Hiện nay, việc sử dụng bêtông có gia cường sợi rất phổ biến, ñược nghiên cứu và phát triển với nhiều loại vật liệu như sợi thép, sợi carbon, sợi thủy tinh, sợi thiên nhiên….
với nhiều hình dạng khác nhau như trơn, có gờ, xoắn, có móc 2 ñầu… ñể trộn với hỗn hợp bêtông nhằm giảm bề dày kết cấu, tăng những ñặc tính có lợi như tính chịu kéo, uốn và hạn chế những mặt chưa tốt của bêtông.1: Bảng so sánh các chỉ tiêu của bêtông gia cường sợi với bêtông thường [7] Các chỉ tiêu cơ lý Bêtông thường Bêtông gia cường sợi Cường ñộ kéo uốn giới hạn 2 - 5.5 Mpa 5 - 26 Mpa Cường ñộ kháng nén giới hạn 21 - 35 Mpa 35 - 56 Mpa Cường ñộ kháng cắt 2.2 Mpa Môñun ñàn hồi 2x104 - 3x104 Mpa 1.5x104 Mpa Hệ số giãn nở nhiệt 9.K Lực kháng xung kích (va ñập) 480Nm 480Nm Hệ số chống mòn 1 2 Cường ñộ mỏi 0.95 Từ bảng trên cho thấy cường ñộ kéo uốn tăng 2 – 2.5 lần, cường ñộ kháng nén, kháng cắt tăng 2 lần. Riêng môñun ñàn hồi giảm hoặc bằng bêtông thường cho thấy chính sợi dùng gia cường ñã tăng tính dẻo cho bêtông. Chính những ñặc tính cơ lý của bêtông gia cường sợi nổi trội hơn so với bêtông thường. ðặc biệt là khả năng chống va ñập và chống nứt nên khi sử dụng ñể làm mặt ñường sẽ giảm Trang 14 ñược chiều dày, cải thiện ñược tính năng sử dụng của mặt ñường, nhất là các tuyến ñường có xe tải trọng nặng.5 Tình hình ô nhiễm môi trường do sử dụng bêtông truyền thống và hướng phát triển bê tông “xanh” có sử dụng sợi vào công tác xây dựng 1.1 Tình hình ô nhiểm môi trường khí do sử dụng bê tông xi măng Việc sử dụng bê tông trong xây dựng ñã ñược các nhà nghiên cứu cảnh báo gây ô nhiễm môi trường, làm tăng hiệu ứng nhà kính.
ðặc biệt, quá trình sản xuất xi măng Portland sản sinh ra lượng khí CO2 lớn nhất, chiếm ñến 88% lượng khí CO2 do bê tông sinh ra. Theo khảo sát, quá trình chế tạo một tấn xi măng Portland sinh ra ñồng thời gần một tấn khí CO2.55 tấn khí ñược tạo ra do phản ứng phân hủy ñá vôi và quá trình ñốt cháy nhiên liệu cũng sinh ra 0. Việc thải một lượng khí CO2 lớn như vậy vào môi trường góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính. Kết quả là khí hậu bị biến ñổi do trái ñất nóng dần lên [8].1 Biểu ñồ khí thải CO2 do bê tông xi măng gây ra [8] Tình hình phát triển trong lĩnh vực xây dựng cũng góp phần thúc ñẩy việc sản xuất xi măng Portland.
Theo thống kê, vào những năm 1990, một tỷ tấn xi măng ñược sản xuất trên toàn thế giới, ñồng nghĩa với việc một tỷ tấn khí CO2 cũng ñược thải vào môi trường và chiếm 7% lượng khí thải CO2 của thế giới năm 1990. Sản lượng xi măng Portland sản xuất hàng năm tăng nhanh ở các nước ñang phát triển, ñiển hình là Ấn ðộ, Trung Quốc và có xu hướng không ñổi tại các nước phát triển như Mỹ và châu Âu. Vào năm 1975, Trung Quốc và Mỹ có sản lượng xi măng tương ñương nhau nhưng ñến năm 2000, sản lượng xi măng Trang 15 của Trung Quốc ñã gấp 10 lần sản lượng xi măng của Mỹ.
