Nghiên cứu Chất Lượng của Mặt Đường Bán Mềm Sử Dụng Vữa Có Silica Fume với Nhiều Hàm Lượng

• Tác giả: Đặng Thành Hoàng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Mạnh Tuấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên cứu chất lượng của mặt đường bán mềm sử dụng vữa có silica fume với nhiều hàm lượng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Nội dung của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.1.1. Phân loại mặt đường
• 2.1.2. Lịch sử phát triển mặt đường bán mềm
• 2.1.3. Phạm vi sử dụng của mặt đường bán mềm
• 2.2. Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm
• 2.2.1. Cốt liệu lớn (đá dăm)
• 2.2.2. Chất kết dính nhựa đường
• 2.2.3. Vữa xi măng
• 2.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mặt đường bán mềm trên thế giới và Việt Nam
• 2.3.1. Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới
• 2.3.2. Các nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam
• 2.3.3. Ứng dụng silica fume trong mặt đường bán mềm
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG
• 3.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
• 3.2. Thiết kế khung bê tông nhựa rỗng
• 3.2.1. Đường cong cấp phối
• 3.2.2. Nhựa đường ICT
• 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng đầm nén đến khung BTNR
• 3.3. Thiết kế hỗn hợp silica fume
• 3.3.1. Thành phần vữa xi măng sử dụng silica fume
• 3.4. Chế tạo mẫu bê tông nhựa vữa xi măng
• 4. CHƯƠNG 4: SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG
• 4.1. Thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu
• 4.2. Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ)
• 4.3. Thí nghiệm độ ổn định Marshall
• 4.4. Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic Modulus)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Mặt Đường Bám Mềm Ứng Dụng

Mặt đường bám mềm đang ngày càng được quan tâm như một giải pháp hiệu quả cho các công trình giao thông chịu tải trọng lớn. Sự kết hợp giữa bê tông nhựa và vữa xi măng tạo ra một kết cấu có độ bền cao, khả năng chống lún tốt và tuổi thọ kéo dài. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá chất lượng của mặt đường bám mềm sử dụng vữa silica fume với nhiều hàm lượng khác nhau, nhằm tìm ra công thức tối ưu về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Việc ứng dụng silica fume được kỳ vọng sẽ cải thiện đáng kể các đặc tính của vữa, từ đó nâng cao chất lượng mặt đường. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh của nghiên cứu, từ tổng quan về vật liệu đến kết quả thí nghiệm và phân tích.

1.1. Phân loại các loại mặt đường phổ biến hiện nay

Hiện nay, có ba loại mặt đường chính được sử dụng rộng rãi: mặt đường mềm (bê tông nhựa), mặt đường cứng (bê tông xi măng) và mặt đường bán mềm. Mặt đường mềm có ưu điểm về thi công nhanh và chi phí thấp, phù hợp với các tuyến đường có lưu lượng xe vừa phải. Mặt đường cứng có khả năng chịu tải lớn, thích hợp cho các khu vực chịu tải trọng cao như trạm dừng chân, lối vào cao tốc. Mặt đường bán mềm là sự kết hợp của hai loại trên, với khả năng chịu tải tốt và độ bền cao, đồng thời khắc phục được một số nhược điểm của từng loại.

1.2. Ưu điểm của mặt đường bám mềm so với mặt đường truyền thống

Mặt đường bám mềm, hay còn gọi là mặt đường bán cứng, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng truyền thống. Mặt đường bám mềm có khả năng chịu tải cao, chống hằn lún vệt bánh xe, và độ bền cao. Nhờ sự kết hợp giữa bê tông nhựa rỗng và vữa xi măng, mặt đường này có khả năng thoát nước tốt, giảm nguy cơ trơn trượt và đảm bảo an toàn giao thông. Hơn nữa, thi công mặt đường bám mềm thường nhanh chóng hơn so với mặt đường bê tông xi măng, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

II. Thách Thức Vấn Đề Hư Hỏng Mặt Đường Cần Giải Pháp

Sự gia tăng nhanh chóng của lưu lượng xe, đặc biệt là xe tải nặng, đã gây ra nhiều hư hỏng cho các tuyến đường ở Việt Nam. Các vấn đề thường gặp bao gồm nứt rạn, xô dồn, và lún vệt bánh xe, đặc biệt nghiêm trọng tại các nút giao thông. Chất lượng mặt đường xuống cấp không chỉ gây khó khăn cho việc di chuyển mà còn tiềm ẩn nguy cơ tai nạn giao thông. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp để nâng cao độ bền mặt đường và giảm thiểu hư hỏng là vô cùng cấp thiết. Nghiên cứu về mặt đường bám mềm sử dụng vữa silica fume là một hướng đi đầy hứa hẹn để giải quyết vấn đề này.

2.1. Các dạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa phổ biến tại Việt Nam

Các tuyến đường bê tông nhựa tại Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều dạng hư hỏng, bao gồm nứt rạn, xô dồn, lún vệt bánh xe và bong tróc. Nứt rạn xuất hiện do tác động của tải trọng và sự thay đổi nhiệt độ, làm suy yếu kết cấu mặt đường. Xô dồn xảy ra khi lớp bê tông nhựa bị biến dạng do lực ngang, gây ra các vết lồi lõm trên bề mặt. Lún vệt bánh xe là hiện tượng mặt đường bị lõm xuống theo vệt bánh xe, đặc biệt nghiêm trọng ở các tuyến đường có lưu lượng xe tải lớn. Bong tróc là sự mất mát của các hạt cốt liệu trên bề mặt, làm giảm độ nhám mặt đường và tăng nguy cơ trơn trượt.

2.2. Tác động của tải trọng xe và thời tiết đến độ bền mặt đường

Tải trọng xe và thời tiết là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền mặt đường. Tải trọng xe, đặc biệt là xe tải nặng, gây ra ứng suất lớn lên mặt đường, dẫn đến hư hỏng theo thời gian. Sự thay đổi nhiệt độ, đặc biệt là sự chênh lệch giữa ngày và đêm, gây ra co ngót và giãn nở, tạo ra các vết nứt và làm suy yếu kết cấu. Nước mưa xâm nhập vào các vết nứt và lỗ rỗng, gây ra sự phá hoại do đóng băng và tan băng, hoặc làm giảm độ bám dính của bê tông nhựa. Do đó, việc thiết kế mặt đường cần tính đến các yếu tố này để đảm bảo tuổi thọ mặt đường.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thiết Kế Thí Nghiệm Vữa Silica Fume

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Đầu tiên, các tài liệu về mặt đường bám mềm, vữa silica fume, và các tiêu chuẩn liên quan được thu thập và phân tích. Tiếp theo, các mẫu vữa silica fume với các hàm lượng khác nhau được thiết kế và chế tạo. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của vữa, bao gồm độ chảy, cường độ chịu nén, và độ bền. Cuối cùng, kết quả thí nghiệm được phân tích để xác định hàm lượng silica fume tối ưu cho mặt đường bám mềm.

3.1. Quy trình thiết kế hỗn hợp vữa xi măng có silica fume

Quy trình thiết kế hỗn hợp vữa xi măng có silica fume bao gồm các bước sau: lựa chọn vật liệu (xi măng, silica fume, cát, nước, phụ gia), xác định tỷ lệ pha trộn các thành phần, trộn hỗn hợp và thực hiện các thí nghiệm để đánh giá các chỉ tiêu cơ lý. Tỷ lệ silica fume được thay đổi để đánh giá ảnh hưởng của nó đến độ chảy và cường độ chịu nén của vữa. Phụ gia siêu dẻo có thể được sử dụng để cải thiện độ chảy của hỗn hợp mà không làm giảm cường độ.

3.2. Các thí nghiệm đánh giá chất lượng vữa và mặt đường bám mềm

Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá chất lượng vữa và mặt đường bám mềm bao gồm: thí nghiệm độ chảy (để đánh giá khả năng điền đầy của vữa vào các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng), thí nghiệm cường độ chịu nén (để đánh giá khả năng chịu tải của vữa), thí nghiệm độ ổn định Marshall (để đánh giá khả năng chống biến dạng của mặt đường), thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (để đánh giá khả năng chống nứt của mặt đường), và thí nghiệm mô đun đàn hồi (để đánh giá độ cứng của mặt đường). Các thí nghiệm này được thực hiện theo các tiêu chuẩn hiện hành.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Silica Fume Đến Mặt Đường

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng silica fume trong vữa xi măng có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mặt đường bám mềm. Hàm lượng silica fume tối ưu giúp cải thiện cường độ chịu nén của vữa, tăng độ bám dính giữa vữa và bê tông nhựa, và nâng cao khả năng chịu tải của mặt đường. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều silica fume có thể làm giảm độ chảy của vữa, gây khó khăn cho việc thi công. Do đó, cần xác định hàm lượng silica fume phù hợp để đạt được hiệu quả tốt nhất.

4.1. Phân tích kết quả thí nghiệm về độ ổn định Marshall

Kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall cho thấy rằng mặt đường bám mềm sử dụng vữa silica fume có độ ổn định cao hơn so với mặt đường sử dụng vữa thông thường. Độ ổn định tăng lên khi hàm lượng silica fume tăng lên, nhưng đạt đến giá trị tối ưu ở một hàm lượng nhất định. Điều này cho thấy rằng silica fume giúp tăng cường khả năng chống biến dạng của mặt đường dưới tác động của tải trọng.

4.2. Đánh giá cường độ chịu kéo gián tiếp của các mẫu mặt đường

Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp cho thấy rằng mặt đường bám mềm sử dụng vữa silica fume có cường độ chịu kéo cao hơn so với mặt đường sử dụng vữa thông thường. Điều này cho thấy rằng silica fume giúp tăng cường khả năng chống nứt của mặt đường, đặc biệt quan trọng trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc khi chịu tải trọng lớn.

4.3. So sánh kết quả mô đun đàn hồi của mặt đường có và không silica fume

Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi cho thấy rằng mặt đường bám mềm sử dụng vữa silica fume có mô đun đàn hồi cao hơn so với mặt đường sử dụng vữa thông thường. Điều này cho thấy rằng silica fume giúp tăng cường độ cứng của mặt đường, làm giảm biến dạng dưới tác động của tải trọng và kéo dài tuổi thọ mặt đường.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Lợi Ích Kinh Tế Của Silica Fume

Việc ứng dụng silica fume trong mặt đường bám mềm mang lại nhiều lợi ích thực tiễn và kinh tế. Mặt đường có độ bền cao hơn, khả năng chịu tải tốt hơn, và tuổi thọ kéo dài hơn, giúp giảm chi phí bảo trì và sửa chữa. Ngoài ra, việc sử dụng silica fume cũng góp phần bảo vệ môi trường, vì silica fume là một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất silic và ferrosilic, việc sử dụng nó giúp giảm lượng chất thải công nghiệp. Giá thành mặt đường có thể tăng lên do chi phí silica fume, nhưng tuổi thọ mặt đường được kéo dài sẽ giảm chi phí vòng đời dự án.

5.1. Tiềm năng ứng dụng mặt đường bám mềm tại các công trình giao thông

Mặt đường bám mềm có tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các công trình giao thông ở Việt Nam, đặc biệt là các tuyến đường có lưu lượng xe tải lớn, các khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt, và các công trình đòi hỏi độ bền cao. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm đường cao tốc, đường quốc lộ, đường tỉnh, sân bay, bến cảng, và các khu công nghiệp.

5.2. So sánh chi phí vòng đời giữa mặt đường bám mềm và truyền thống

Mặc dù chi phí ban đầu của mặt đường bám mềm có thể cao hơn so với mặt đường bê tông nhựa truyền thống, nhưng chi phí vòng đời có thể thấp hơn do tuổi thọ kéo dài và chi phí bảo trì thấp hơn. Việc phân tích chi phí vòng đời cần xem xét các yếu tố như chi phí xây dựng ban đầu, chi phí bảo trì và sửa chữa, chi phí thay thế, và tuổi thọ mặt đường.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Silica Fume

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng việc sử dụng silica fume trong vữa xi măng có thể cải thiện đáng kể chất lượng mặt đường bám mềm. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa hàm lượng silica fume và đánh giá hiệu quả của mặt đường bám mềm trong điều kiện thực tế. Các hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc sử dụng các loại silica fume khác nhau, kết hợp silica fume với các loại phụ gia khác, và đánh giá khả năng chịu tải và độ bền của mặt đường trong thời gian dài.

6.1. Đề xuất hàm lượng silica fume tối ưu cho mặt đường bám mềm

Dựa trên kết quả nghiên cứu, hàm lượng silica fume tối ưu cho mặt đường bám mềm nên được xác định dựa trên các yếu tố cụ thể của từng công trình, bao gồm điều kiện địa lý, lưu lượng xe, và yêu cầu về độ bền. Tuy nhiên, một hàm lượng silica fume từ 5% đến 7% so với khối lượng xi măng có thể là một điểm khởi đầu tốt.

6.2. Các hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa vật liệu và thiết kế

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc sử dụng các loại phụ gia khác nhau để cải thiện độ chảy của vữa silica fume, nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt silica fume đến độ bền của mặt đường, và phát triển các phương pháp thi công mới để đảm bảo chất lượng của mặt đường bám mềm trong điều kiện thực tế.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng, hạ tầng giao thông đóng vai trò then chốt, đặc biệt là các tuyến đường quốc lộ và tỉnh lộ chịu tải trọng lớn từ xe tải nặng. Tại Việt Nam, các mặt đường bê tông nhựa truyền thống đã xuất hiện nhiều hư hỏng như nứt rạn, hằn lún vệt bánh xe, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn giao thông và chi phí bảo trì. Mặt đường bán mềm (MĐBM) được xem là giải pháp tiềm năng, kết hợp ưu điểm của bê tông nhựa và bê tông xi măng, nhằm nâng cao khả năng chịu tải và độ bền mặt đường. Nghiên cứu này tập trung đánh giá chất lượng mặt đường bán mềm sử dụng vữa xi măng có bổ sung silica fume với nhiều hàm lượng khác nhau, nhằm tìm ra hàm lượng silica fume tối ưu để cải thiện tính chất cơ lý của mặt đường.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, với các mẫu bê tông nhựa rỗng kết hợp vữa xi măng có hàm lượng silica fume từ 0% đến 7%. Các chỉ tiêu đánh giá gồm độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun phức động. Mục tiêu cụ thể là xác định ảnh hưởng của silica fume đến độ chảy, cường độ và tính bền vững của mặt đường bán mềm, từ đó đề xuất hàm lượng silica fume phù hợp cho điều kiện khí hậu và giao thông tại Việt Nam.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao tuổi thọ mặt đường, giảm chi phí bảo trì và tăng cường an toàn giao thông, đồng thời đóng góp khoa học về vật liệu xây dựng giao thông, đặc biệt là ứng dụng silica fume trong vữa xi măng cho mặt đường bán mềm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết kết cấu mặt đường bán mềm, trong đó mặt đường gồm hai thành phần chính: khung bê tông nhựa rỗng (BTNR) với độ rỗng dư khoảng 22-28% và vữa xi măng lấp đầy các lỗ rỗng này. Mô hình này kết hợp tính linh hoạt của nhựa đường và độ cứng, chịu tải của xi măng, tạo nên mặt đường có khả năng chống lún, chống mỏi và chịu tải trọng lớn.

Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết vật liệu composite: Mặt đường bán mềm được xem như vật liệu composite, trong đó sự tương tác giữa khung bê tông nhựa và vữa xi măng quyết định tính chất cơ học tổng thể. Silica fume được xem như phụ gia pozzolanic giúp tăng cường độ và độ bền của vữa xi măng.

2. Mô hình cấp phối bê tông nhựa rỗng: Đường cong cấp phối được thiết kế để đảm bảo độ rỗng dư phù hợp, giúp vữa xi măng dễ dàng len lỏi và lấp kín các khoảng trống, đồng thời duy trì tính ổn định của khung bê tông nhựa.

Các khái niệm chính bao gồm: độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, mô đun đàn hồi tĩnh, mô đun phức động, độ chảy của vữa xi măng, và ảnh hưởng của silica fume đến các chỉ tiêu này.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu bê tông nhựa rỗng kết hợp với vữa xi măng có hàm lượng silica fume khác nhau (0%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%) được chế tạo và thử nghiệm tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM. Vật liệu sử dụng gồm cốt liệu lớn (đá dăm), nhựa đường ICT, xi măng Portland PCB40 và silica fume Elkem Microsilica® 940.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp thí nghiệm có kiểm soát, với cỡ mẫu 6 mẫu cho mỗi hàm lượng silica fume, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Các mẫu được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng trong 7 đến 28 ngày trước khi thử nghiệm.

Phân tích dữ liệu sử dụng các phương pháp thống kê mô tả và so sánh tỷ lệ phần trăm thay đổi các chỉ tiêu cơ lý theo hàm lượng silica fume. Các thí nghiệm chính gồm:

• Thí nghiệm độ ổn định Marshall theo TCVN 8820:2011.
• Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) theo TCVN 3121-11:2003.
• Thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06.
• Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic Modulus) đánh giá ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2/2023 đến tháng 12/2023, bao gồm giai đoạn thu thập vật liệu, chế tạo mẫu, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của silica fume đến độ chảy của vữa xi măng: Độ chảy của vữa tăng theo hàm lượng silica fume, từ 10-14 giây ở 0% lên đến khoảng 16 giây ở 5% silica fume, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về độ nhớt (10-18 giây). Điều này cho thấy silica fume giúp cải thiện tính linh động của vữa, thuận lợi cho việc lấp đầy các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng.

2. Cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của vữa xi măng: Cường độ chịu nén đạt giá trị tối ưu tại hàm lượng silica fume 5% với khoảng 20 MPa sau 7 ngày, tăng khoảng 25% so với vữa không có silica fume. Cường độ chịu kéo uốn cũng tăng lên 3,74 MPa, cao hơn 15% so với mẫu chuẩn.

3. Độ ổn định Marshall của bê tông nhựa vữa xi măng: Mẫu có 5% silica fume đạt độ ổn định Marshall cao nhất, khoảng 19 kN, tăng gần 120% so với mẫu không sử dụng silica fume (8,7 kN). Điều này chứng tỏ sự cải thiện đáng kể về khả năng chịu tải và ổn định của mặt đường bán mềm.

4. Mô đun đàn hồi và mô đun phức động: Mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun phức động của mẫu có silica fume 5% và 7% cao hơn đáng kể so với mẫu chuẩn, với mô đun phức động đạt trên 10.000 MPa ở nhiệt độ 20℃ và tần số cao, cho thấy khả năng chống biến dạng vĩnh viễn và chịu tải lặp lại tốt hơn.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng độ chảy của vữa khi bổ sung silica fume được giải thích bởi tính chất hạt siêu mịn của silica fume, giúp cải thiện sự phân tán và giảm ma sát trong hỗn hợp. Cường độ chịu nén và kéo uốn tăng nhờ phản ứng pozzolanic của silica fume, tạo liên kết chắc chắn hơn trong cấu trúc vữa xi măng.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo cho thấy hàm lượng silica fume khoảng 5% là tối ưu để cân bằng giữa độ chảy và cường độ. Mô đun phức động cao hơn chứng tỏ mặt đường bán mềm có khả năng chịu tải trọng nặng và biến dạng nhiệt tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ ổn định Marshall và cường độ chịu kéo gián tiếp theo hàm lượng silica fume, cũng như đường cong mô đun phức động thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và tần số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hàm lượng silica fume 5% trong vữa xi măng cho mặt đường bán mềm nhằm tối ưu hóa độ chảy và cường độ, nâng cao tuổi thọ mặt đường, giảm hư hỏng do tải trọng nặng. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng và cơ quan quản lý giao thông.

2. Tăng cường kiểm soát chất lượng vật liệu và quy trình thi công để đảm bảo độ rỗng dư của bê tông nhựa rỗng đạt 22-28%, giúp vữa xi măng len lỏi hiệu quả. Thời gian: liên tục trong quá trình thi công. Chủ thể: kỹ sư giám sát và nhà thầu.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị thi công về kỹ thuật chế tạo và bảo dưỡng mặt đường bán mềm sử dụng silica fume, nhằm nâng cao năng lực thi công và bảo trì. Thời gian: 3-6 tháng. Chủ thể: trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng silica fume kết hợp với các phụ gia khác như phụ gia siêu dẻo để cải thiện thêm tính năng chống nứt và chống thấm cho mặt đường bán mềm. Thời gian: 12-18 tháng. Chủ thể: các trung tâm nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn vật liệu và công nghệ thi công mặt đường phù hợp với điều kiện Việt Nam, giúp tối ưu chi phí và nâng cao hiệu quả đầu tư.

2. Doanh nghiệp xây dựng và thi công hạ tầng giao thông: Tham khảo để áp dụng công nghệ mặt đường bán mềm sử dụng silica fume, nâng cao chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Tài liệu tham khảo chi tiết về thiết kế cấp phối, phương pháp thử nghiệm và phân tích vật liệu mới trong lĩnh vực mặt đường bán mềm.

4. Các cơ quan quản lý chất lượng và kiểm định vật liệu xây dựng: Cung cấp tiêu chuẩn và phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường bán mềm, hỗ trợ công tác kiểm tra, giám sát thi công và bảo trì.

Câu hỏi thường gặp

1. Silica fume là gì và vai trò của nó trong mặt đường bán mềm?
   Silica fume là vật liệu phụ thu siêu mịn, kích thước hạt nhỏ hơn 1 μm, có khả năng phản ứng pozzolanic giúp tăng cường độ và độ bền của vữa xi măng. Trong mặt đường bán mềm, silica fume cải thiện độ chảy và cường độ của vữa, giúp mặt đường chịu tải tốt hơn.

2. Hàm lượng silica fume tối ưu trong vữa xi măng là bao nhiêu?
   Nghiên cứu cho thấy hàm lượng silica fume khoảng 5% so với khối lượng xi măng là tối ưu, cân bằng giữa độ chảy và cường độ chịu nén, kéo uốn, phù hợp với điều kiện thi công và khí hậu Việt Nam.

3. Mặt đường bán mềm có ưu điểm gì so với mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng truyền thống?
   Mặt đường bán mềm kết hợp tính linh hoạt của bê tông nhựa và độ cứng, chịu tải của bê tông xi măng, giúp chống lún, chống mỏi, chịu tải trọng lớn, thi công nhanh và chi phí hợp lý hơn bê tông xi măng.

4. Phương pháp thử nghiệm nào được sử dụng để đánh giá chất lượng mặt đường bán mềm?
   Các phương pháp chính gồm thí nghiệm độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun phức động, giúp đánh giá khả năng chịu tải, độ bền và tính đàn hồi của vật liệu.

5. Làm thế nào để đảm bảo vữa xi măng có độ chảy phù hợp khi sử dụng silica fume?
   Cần điều chỉnh tỷ lệ nước, xi măng và silica fume, đồng thời sử dụng phụ gia siêu dẻo để tăng độ nhớt và độ linh động của vữa, đảm bảo vữa có thể tự lèn vào các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng hiệu quả.

Kết luận

• Mặt đường bán mềm sử dụng vữa xi măng có bổ sung silica fume từ 3% đến 7% cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý so với vữa không có silica fume.
• Hàm lượng silica fume 5% được xác định là tối ưu, giúp tăng độ chảy, cường độ chịu nén và kéo uốn, cũng như độ ổn định Marshall của mặt đường.
• Mô đun đàn hồi và mô đun phức động của mẫu có silica fume cao hơn, cho thấy khả năng chịu tải và chống biến dạng tốt hơn trong điều kiện thực tế.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng và tuổi thọ mặt đường bán mềm, phù hợp với điều kiện khí hậu và giao thông tại Việt Nam.
• Đề xuất áp dụng hàm lượng silica fume 5% trong vữa xi măng cho các dự án xây dựng mặt đường bán mềm trong vòng 6-12 tháng tới, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng với các phụ gia khác.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực địa và đào tạo kỹ thuật thi công cho các đơn vị liên quan nhằm đưa công nghệ mặt đường bán mềm sử dụng silica fume vào ứng dụng rộng rãi.