MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1.1 Đặc điểm khí hậu nóng ẩm Việt Nam: Khí hậu Việt Nam có thể được chia ra làm hai đới khí hậu lớn: (1) Miền Bắc (từ đèo Hải Vân trở ra) là khí hậu nhiệt đới gió mùa, với 4 mùa rõ rệt (xuân-hạ-thu-đông), chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc (từ lục địa châu Á tới) và gió mùa đông Nam (thổi qua Thái Lan-Lào và Biển Đông), có độ ẩm cao. Nhiệt độ trung bình tại Việt Nam dao động từ 21oC đến 27oC và tăng dần từ bắc vào nam. Mùa hè, nhiệt độ trung bình trên cả nước là 25oC (Hà Nội 23oC, Huế 25oC, thành phố Hồ Chí Minh 26oC). Mùa đông ở miền Bắc, nhiệt độ xuống thấp nhất vào các tháng Mười Hai và tháng Giêng.
Ở vùng núi phía Bắc, như Sa Pa, Tam Đảo, Hoàng Liên Sơn, nhiệt độ xuống tới 0oC, có tuyết rơi. Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn với số giờ nắng từ 1. Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1. Độ ẩm không khí trên dưới 80%.
Do ảnh hưởng gió mùa và sự phức tạp về địa hình nên Việt Nam thường gặp bất lợi về thời tiết như bão, lũ lụt, hạn hán (trung bình một năm có 6-10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, hạn hán đe dọa).2 Đường giao thông trong khí hậu nóng ẩm của Miền Nam Việt Nam: Đối với vùng khí hậu miền Nam, lấy vùng TP Hồ Chí Minh làm điển hình, đặc điểm khí hậu được thể hiện ở Bảng 1. Các số liệu khí hậu chủ yếu của khu vực TP Hồ Chí Minh [2] Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Thông số Nhiệt độ không 25,7 26,6 27,8 28,8 28,2 27,4 27 27 26,7 26,6 26,3 27,7 khí trung bình T(0C) Độ ẩm không 73,8 71,1 71 73.7 84,2 84,5 85 85,2 81,7 77,8 khí trung bình (%) Vận tốc gió 2,6 2,9 3,3 3,3 2,8 3,1 3,2 3,1 3 2,5 2,4 2,3 trung bình V(m/s) Tổng xạ mặt 344 401 409 423 354 372 369 365 345 337 325 344 trời Q kcal/cm2 Lượng mưa 14,9 4,5 11,9 50 227,4 314,9 295,6 274,4 332 264,4 114,6 51 trung bình M(mm) Số liệu ở bảng 1.1 cho thấy : ba thông số hầu như ổn định suốt cả năm là: nhiệt độ không khí , tốc độ gió và tổng xạ mặt trời. Còn 2 thông số độ ẩm không khí và lượng mưa thì có sự phân rõ thành 2 mùa như sau: - Mùa mưa : từ tháng V đến tháng XI với độ ẩm > 80% và lượng mưa M=115-332 mm (gọi chung là trên 115mm) Trang 3 - Mùa khô: Từ tháng XII đến tháng IV với độ ẩm <80% và lượng mưa M=4,5-51,4mm ( gọi chung là dưới 52mm) Như vậy có thể phân chia khí hậu khu vực TP Hồ Chí Minh thành 2 mùa thích ứng với các thông số khí hậu cơ bản nêu trong bảng 1. Đặc điểm khí hậu theo 2 mùa ở Miền Nam [2] TT Tên mùa Thời gian, tháng T(0C) (%) V(m/s) Q kcal/cm2 M(mm) 1 Mùa mưa V-XI >27 >80 2,4-3,4 >340 >120 2 Mùa khô XII-IV <25 >70 2,3-3,3 >340 <50 Tại cuộc họp thông qua kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu của TP.HCM giai đoạn 2011-2015 ngày 12-5, Sở Tài nguyên - môi trường TP.HCM cho biết biến đổi khí hậu cũng làm nhiệt độ tại TP.HCM có xu hướng tăng 0,5 độ C.
Do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, tình hình thời tiết tại TP.HCM sẽ ngày càng phức tạp. Lượng mưa tăng 0,6mm/năm cũng sẽ làm tình trạng ngập lụt trong nội thành tăng. ( nguồn: http://www.vn) Vậy : Lựa chọn vật liệu sử dụng cho đường giao thông việt nam, đặc biệt là đường cao tốc, phù hợp với điều kiện khí hậu Miền Nam Việt Nam là vấn đề cấp thiết cần quan tâm và nghiên cứu chuyên sâu.3 Lựa chọn mặt đường phù hợp cho đường cao tốc tại miền nam Việt Nam 1.1 Sự khác biệt giữa mặt đường Bê tông xi măng và Bê tông nhựa Sự khác nhau lớn nhất giữa đường Bê tông xi măng và Bê tông nhựa là: đường Bê tông xi măng có cấu trúc cứng và đường Bê tông nhựa có cấu trúc mềm.1 : Cấu trúc và khả năng truyền tải nén của các loại đường [29] - Tuổi thọ các loại đường: Mặt đường Bê tông xi măng có cường độ chịu nén, kéo,chịu uốn rất cao, do vậy có thể sử dụng cho các đường có lưu lượng xe lớn và tỷ lệ xe nặng cao. Tuổi thọ thường 30-50 năm, do vậy ít bị gián đoạn giao thông do sửa chữa.
Theo số liệu báo cáo của công ty tư vấn ERES Inc. năm 1998 cho thấy tuổi thọ của đường asphalt là 17 năm còn của đường Bê tông xi măng là 34 năm. Báo cáo này cũng cho thấy đường cao tốc asphalt đòi hỏi công tác bảo trì trong mỗi 3-5 năm và sửa chữa lớn trở nên thường xuyên hơn sau năm thứ 12. Đối với đường Bê tông xi măng thì khác, yêu cầu sửa chữa nhỏ đầu tiên sau 12 năm và sửa chữa bề mặt bê tông ở năm thứ 18.
[3] - Về mặt khai thác : + Đường Bê tông xi măng không bị xô, lún Trang 5 Các xe tải nặng có thể tạo các vết lún trên đường nhựa, trong khi dừng hay khởi động, các xe tải nặng có thể tạo xô bề mặt đường. Các vị trí rẽ hay các khu vực giao cắt giao thông trên đường nhựa cũng là nơi hay xuất hiện các khuyêt tật xô thành gờ do bản chất mềm của vật liệu asphalt. Tuy nhiên bề mặt cứng của Bê tông xi măng lại ngăn chặn được các khuyết tật này do chúng không lún, xô.2 Hiện tượng lún đường asphalt [22] + Đường Bê tông xi măng làm giảm khoảng trượt dài khi dừng gấp của phương tiện giao thông Đối với người sử dụng thì bề mặt cứng của đường bê tông là quan trọng về khía cạnh an toàn. Trong mùa mưa, các vết lún trên đường asphalt sẽ là nơi tụ nước và làm tăng khả năng trượt của bánh xe.
Nghiên cứu của trường đại học Illinois có tên” xem xét an toàn của các lún, xô bề mặt đường asphalt” cho thấy rằng tất cả các khoảng trượt dài khi dừng gấp trên bề mặt đường Bê tông xi măng ngắn hơn so với đường Bê tông nhựa, đặc biệt khi đường Bê tông nhựa có các vết lún và ướt như nêu trong hình 1-3. Các số liệu ở đây không tính hiệu ứng trượt nước( hydroplaning). Nếu tính cả hiệu ứng trượt nước thì các khoảng trượt dài khi dừng gấp của đường Bê tông nhựa còn cao hơn.3 Khoảng cách trượt dài khi dừng gấp đo được của 2 loại xe ô tô trên đường bê tông xi măng và đường asphalt ở tốc độ 100 Km/h [29] + Độ nhám mặt đường Bê tông xi măng có thể khống chế, do vậy độ bám khá tốt. + Mặt đường Bê tông xi măng có màu sáng, độ phản quang tốt khi chạy xe về ban đêm ít bị ảnh hưởng khi trời mưa.4 Chiếu sáng trên mặt đường cao tốc Bê tông xi măng (bên trái) và Bê tông nhựa (bên phải) ở Bang Sao Paulo, Brazil.
Trang 7 + Có thể cơ giới hóa trong quá trình thi công, tạo một dây chuyền đồng bộ do vậy dễ kiểm soát chất lượng. + Tốc độ dây chuyền khá lớn, thuận lợi trong công tác lập tiến độ thi công. - Về giá thành : Nhược điểm cơ bản của mặt đường Bê tông xi măng là giá thành khá cao. “Tuy đầu tư ban đầu cho làm đường Bê tông xi măng cao hơn đường Bê tông nhựa, nhưng do vòng đời khai thác lâu,chi phí duy tu sửa chữa thấp hơn nên tính ra chi phí làm đường Bê tông xi măng vẫn rẻ hơn so với giá thành đầu tư làm nhựa đường” [17].
Hoàng Hà vụ trưởng vụ Khoa Học Công Nghệ ( bộ GTVT) cho biết : do đường nhựa cần thường xuyên duy tu, bảo dưỡng định kỳ, nên giá thành qui đổi theo chi phí vòng đời khai thác của mặt đường Bê tông xi măng rẻ hơn 20-25%. 2 Hiện trạng đường Bê tông xi măng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam: - Hiện trạng tại các nước trên thế giới [16] Hiện nay hầu hết các nước phát triển và đang phát triển người ta chú trọng xây dựng loại mặt đường này + ở Mỹ và một số nước châu Mỹ, loại mặt đường Bê tông xi măng chiếm khoảng 85-90% các đường cao tốc. + ở Pháp, các nước Tây Âu, tỷ lệ loại mặt đường này là 65-80%. + ở Trung Quốc, hầu hết các đường trục chính, các đường cao tốc đều bằng Bê tông xi măng.
+ ở Nhật 100% các loại mặt đường nông thôn, các đường phố chính bằng Bê tông xi măng. + ở Thái Lan, Mã Lai 65% các đường cao tốc bằng Bê tông xi măng Trang 8 - Hiện trạng tại Việt Nam [16] Mặt đường Bê tông xi măng được xây dựng ở nước ta từ trước năm 1945 cho một số sân bay và một vài đoạn đường ô tô, các tấm kích thước nhỏ( khoảng 2x2m, dày từ 15÷18cm) bằng bê tông mác thấp (150÷200) thi công theo phương pháp thủ công kỹ thuật đơn giản. Tuy vậy thời gian sử dụng những đoạn đường này cũng được trên 20÷25 năm, như đoạn đường Bê tông xi măng dài 100m trên quốc lộ 1A thuộc địa phận Kỳ Anh cho đến năm 1970 vẫn còn tồn tại. Từ 1954-1975 ở miền Bắc chúng ta tiếp tục khôi phục cải tạo và làm mới một số sân bay và đường ô tô bằng Bê tông xi măng, như sân bay Nội Bài, đường Hùng Vương và quảng trường Ba Đình (Hà Nội),v.
Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế , mật độ xe chạy trên đường ngày càng tăng, trọng lượng xe cơ giới ngày càng nặng, khả năng sản xuất xi măng trong nước ngày càng dồi dào. Trong điều kiện khí hậu ở Miền Nam với lượng mưa lớn, nhiệt độ không khí về mùa hè khá cao, bức xạ mặt trời rất mạnh, chế độ thủy nhiệt của nền mặt đường ở một số nơi lại thường bất lợi…là những nhân tố ảnh hưởng không tốt đến cường độ và độ ổn định ,độ nhám mặt đường nhựa. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng mặt đường Bê tông xi măng vào xây dựng đường giao thông, đặc biệt là đường cao tốc ở nước ta là cần thiết.2 Mục đích đề tài: - Nghiên cứu cấp phối bê tông xi măng dùng cho đường cao tốc. - Nghiên cứu thực nghiệm độ bền của bê tông xi măng đường cao tốc trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và chứa các tác nhân tác động đến độ bền của công trình tại Miền Nam Việt Nam.
- Đánh giá ảnh hưởng của độ bền vật liệu trong việc thiết kế tính toán đường giao thông bê tông xi măng.
