Luận án tiến sĩ sự làm việc của mặt đường bê tông xi măng nội bảo dưỡng trong điều kiện việt nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu sự làm việc của mặt đường bê tông xi măng nội bảo dưỡng trong điều kiện Việt Nam, cung cấp giải pháp tối ưu.

• Tác giả: Lê Thái Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Kim Đăng
• Trường học: Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
• Đề tài: Nghiên cứu hiệu quả bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và nội dung nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG
• 2.1. Mặt đường bê tông xi măng
• 2.2. Bê tông xi măng nội bảo dưỡng
• 2.3. Các nghiên cứu về BTXM nội bảo dưỡng và nghiên cứu ứng dụng trong xây dựng mặt đường BTXM
• 2.4. Các nghiên cứu về bê tông xi măng nội bảo dưỡng trên thế giới
• 2.5. Các nghiên cứu và sử dụng bê tông xi măng nội bảo dưỡng tại Việt Nam
• 2.6. Những vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết của luận án
• 3. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG
• 3.1. Cơ sở khoa học xây dựng mặt đường BTXM sử dụng bê tông nội bảo dưỡng và vai trò của các thành phần của bê tông nội bảo dưỡng
• 3.2. Các thành phần vật liệu cơ bản
• 3.3. Cát nhẹ trong bê tông nội bảo dưỡng dùng cho mặt đường BTXM
• 3.4. Xỉ lò cao phối hợp cát nhẹ trong bê tông nội bảo dưỡng dùng cho mặt đường BTXM
• 3.5. Phụ gia trong bê tông nội bảo dưỡng dùng cho mặt đường BTXM
• 3.6. Giảm mất nước, co mềm của bê tông nội bảo dưỡng đối với mặt đường bê tông xi măng
• 3.7. Quá trình thuỷ hoá của xi măng
• 3.8. Tính co ngót của bê tông
• 3.9. Giảm co khô của bê tông nội bảo dưỡng đối với mặt đường bê tông xi măng
• 3.10. Nứt co ngót và giải pháp hạn chế co ngót - nứt trong bê tông làm mặt đường
• 3.11. Bảo dưỡng mặt đường bê tông và các yếu tố ảnh hưởng
• 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
• 4.1. Nội dung nghiên cứu, các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm
• 4.2. Các chỉ tiêu cơ bản của BTXM làm mặt đường và phương pháp thí nghiệm
• 4.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật mặt đường BTXM
• 4.4. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
• 4.5. Vật liệu thành phần của BTXM nội bảo dưỡng trong nghiên cứu
• 4.6. Các vật liệu thành phần và tính chất cơ bản
• 4.7. Lựa chọn thành phần bê tông nghiên cứu
• 4.8. Ảnh hưởng của hệ số dư vữa đến tính chất của hỗn hợp bê tông nội bảo dưỡng đối với mặt đường bê tông xi măng
• 4.9. Khả năng duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông nội bảo dưỡng đối với mặt đường bê tông xi măng
• 4.10. Phân tầng của hỗn hợp bê tông nội bảo dưỡng đối với mặt đường bê tông xi măng
• 4.11. Nghiên cứu thực nghiệm, các kết quả, phân tích và bình luận
• 4.12. Cường độ chịu nén của mặt đường bê tông xi măng sử dụng bê tông nội bảo dưỡng
• 4.13. Cường độ chịu kéo khi uốn của mặt đường bê tông xi măng sử dụng bê tông nội bảo dưỡng
• 4.14. Độ mài mòn của mặt đường BTXM sử dụng bê tông nội bảo dưỡng
• 4.15. Lựa chọn khoảng hệ số dư vữa đối với cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn và độ mài mòn cho bê tông làm mặt đường bê tông xi măng
• 4.16. Mất nước và co mềm
• 4.17. Co ngót khô của bê tông
• 4.18. Mô đun đàn hồi
• 5. ỨNG DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG TRONG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU VIỆT NAM
• 5.1. Nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt của BTXM nội bảo dưỡng
• 5.2. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chế độ bảo dưỡng bê tông
• 5.3. Xây dựng bài toán tính toán kết cấu mặt đường BTXM sử dụng vật liệu BTXM nội bảo dưỡng theo AASHTO
• 5.4. Số liệu tính toán
• 5.5. Tính toán số liệu giao thông – thiết kế kết cấu mặt đường cứng theo AASHTO 1993
• 5.6. Kiểm toán kết cấu mặt đường theo hướng dẫn hiện hành của Việt Nam
• 5.7. Số liệu tính toán
• 5.8. Tính toán số liệu giao thông
• 5.9. Tính toán thiết kế kết cấu mặt đường cứng
• 5.10. Kiểm tra kết cấu theo phương pháp cơ học – thực nghiệm dự báo hư hỏng của mặt đường
• 5.11. Các kết luận về ứng dụng BTXM nội bảo dưỡng làm mặt đường BTXM trong điều kiện của Việt Nam
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng

Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) là một trong những loại hình mặt đường phổ biến tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống giao thông. Bảo dưỡng mặt đường là một yếu tố quyết định đến tuổi thọ và hiệu quả sử dụng của BTXM. Việc bảo dưỡng đúng cách giúp duy trì cường độ và độ bền của mặt đường, đồng thời giảm thiểu các hư hỏng trong quá trình sử dụng. Các phương pháp bảo dưỡng truyền thống như tưới nước hay che chắn không còn hiệu quả với BTXM cường độ cao. Do đó, nghiên cứu về hiệu quả bảo dưỡng và các phương pháp mới như bê tông xi măng nội bảo dưỡng (IC) trở nên cần thiết. Phương pháp này không chỉ giúp duy trì độ ẩm mà còn giảm thiểu co ngót, hạn chế nứt, từ đó nâng cao chất lượng mặt đường.

1.1 Tình trạng mặt đường bê tông tại Việt Nam

Tình trạng mặt đường bê tông tại Việt Nam hiện nay đang gặp nhiều thách thức. Nhiều công trình bê tông bị nứt, hư hỏng sớm do không được bảo dưỡng đúng cách. Tình trạng mặt đường không chỉ ảnh hưởng đến an toàn giao thông mà còn gây tốn kém cho việc sửa chữa. Việc áp dụng các công nghệ mới trong bảo trì mặt đường là cần thiết để cải thiện chất lượng và độ bền của BTXM. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng bê tông nội bảo dưỡng có thể giúp cải thiện đáng kể tình trạng này, nhờ vào khả năng giữ nước và giảm thiểu co ngót trong quá trình đông kết.

II. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và đánh giá các chỉ tiêu của bê tông xi măng nội bảo dưỡng. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần hỗn hợp và thực hiện các thí nghiệm để đánh giá các chỉ tiêu cơ bản như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và độ mài mòn. Công nghệ bảo dưỡng mới này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả bảo dưỡng. Các kết quả từ nghiên cứu cho thấy rằng bê tông nội bảo dưỡng có khả năng duy trì độ ẩm tốt hơn, từ đó cải thiện cường độ và độ bền của mặt đường. Việc áp dụng phương pháp này trong thực tế sẽ giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến bảo trì mặt đường và nâng cao chất lượng công trình.

2.1 Đánh giá hiệu quả bảo dưỡng

Đánh giá hiệu quả của bảo dưỡng mặt đường là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các chỉ tiêu như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo và độ mài mòn được thực hiện để xác định khả năng của bê tông nội bảo dưỡng trong việc cải thiện chất lượng mặt đường. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng bê tông xi măng nội bảo dưỡng không chỉ giúp giảm thiểu nứt mà còn nâng cao khả năng chịu tải của mặt đường. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong xây dựng và bảo trì mặt đường tại Việt Nam.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về hiệu quả bảo dưỡng mặt đường bê tông xi măng tại Việt Nam đã chỉ ra rằng việc áp dụng bê tông nội bảo dưỡng là một giải pháp khả thi để nâng cao chất lượng và độ bền của mặt đường. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn cải thiện đáng kể các chỉ tiêu kỹ thuật của mặt đường. Để phát huy tối đa hiệu quả của phương pháp này, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích áp dụng công nghệ mới trong xây dựng và bảo trì mặt đường. Việc nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu và công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng công trình giao thông tại Việt Nam.

3.1 Kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Để tiếp tục phát triển và ứng dụng bê tông xi măng nội bảo dưỡng, cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về các loại vật liệu mới và công nghệ bảo dưỡng. Các nghiên cứu này nên tập trung vào việc tối ưu hóa thành phần hỗn hợp và đánh giá tác động của các yếu tố môi trường đến hiệu quả bảo dưỡng. Ngoài ra, cần có các chương trình đào tạo và nâng cao nhận thức cho các kỹ sư và nhà thầu về tầm quan trọng của bảo dưỡng mặt đường để đảm bảo chất lượng công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ CÓ SỬ DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG NỘI BẢO DƯỠNG Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về vật liệu bê tông xi măng nội bảo dưỡng và những nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng nội bảo dưỡng làm mặt đường ô tô. Mặt đường bê tông xi măng Mặt đường BTXM xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu ở Anh vào những năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Hoa Kỳ và Nga… Trong suốt hơn 100 năm qua, mặt đường BTXM đã được tiếp tục xây dựng và phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước có nền kinh tế phát triển như: Canada, Hoa Kỳ, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc…[15] Mặt đường BTXM, còn được gọi là mặt đường cứng cùng với mặt đường mềm là 2 loại hình mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ đường địa phương, tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường giao thông nông thôn có lưu lượng xe thấp đến đường phố, trục giao thông chính quốc gia, đường cao tốc.

Mặt đường BTXM cũng thường được sử dụng ở các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe. Mặt đường bê tông xi măng [15] Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà quản lý rất quan tâm. Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 8 ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại. Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM ngày càng được mở rộng.

Tổng kết về khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước theo báo cáo của Cục Đường bộ Liên bang Hoa Kỳ - FHWA công bố năm 2007 [48] cho thấy: Tại Hoa Kỳ, mặt BTXM chiếm khoảng 9% trong số 490.179 km đường đô thị và 4% của 1.491 km đường ngoài đô thị; Tỉnh Québec, Canada có 1.239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số 29.000 km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec; Tại Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc có lưu lượng giao thông cao; Tại Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14.000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm đến 2/3; Tại Bỉ, đường cao tốc có khoảng 1.700 km, chỉ chiếm 1% tổng số chiều dài mạng lưới đường, trong đó mặt đường BTXM chiếm 40% chiều dài đường cao tốc và 60% đường nông thôn; Ở Hà Lan, có 5% trong số 2.300 km đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là BTXM không cốt thép, phân tấm, Hà Lan còn có 20.000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường BTXM; Vương quốc Anh có 1.500 km là mặt đường BTXM trong tổng số 285.000 km chiều dài toàn bộ mạng lưới đường. Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM phân tấm, không hoặc có cốt thép vẫn là loại mặt đường BTXM chủ yếu. Từ giữa những năm 1980 đến giữa những năm 1990, mặt đường BTXM điển hình lại là BTCT liên tục. Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM thường có lớp mặt bê tông nhựa mỏng bên trên.

Ở Vương quốc Anh, yêu cầu có lớp mặt bê tông nhựa trên tấm bê tông xi măng là để giảm tiếng ồn là bắt buộc trong phạm vi xứ Anh (England). Mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc [15]. Qua hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM xét về cấu tạo bao gồm các loại: BTXM không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ (còn gọi là mặt đường BTXM thông thường); mặt đường BTXM cốt thép; mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước; mặt đường BTXM lưới thép; mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặt đường BTXM cốt TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 9 phân tán. Theo phương pháp thi công gồm có: Mặt đường BTXM đổ tại chỗ; mặt đường BTXM dùng lu; mặt đường BTXM lắp ghép.

Tương ứng với mỗi loại mặt đường BTXM có những đặc điểm và phạm vi áp dụng nhất định. Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm ra đời sớm nhất và vẫn đang được áp dụng phổ biến ở nhiều nơi. Chiều dày của tấm từ 15 - 40cm; kích thước tấm thay đổi tuỳ theo từng điều kiện khí hậu của từng khu vực dự án có thể từ khoảng 3 - 7m, thông thường khoảng 5m. Mặt đường BTXM không cốt thép (không kể cốt thép dùng làm thanh truyền lực giữa các tấm) sử dụng cho hầu hết đường ô tô các cấp, các bãi đỗ, bến cảng và sân bay.

Móng của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là vật liệu hạt, cát gia cố vôi hay xi măng; đá dăm gia cố xi măng; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, hoặc thậm chí là BTN hoặc BTXM nghèo. Móng là vật liệu hạt không gia cố chỉ được sử dụng cho mặt đường BTXM đường cấp thấp, đường GTNT. Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xe lớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao. Về cơ bản, kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng được tăng cường thêm 02 lớp cốt thép để tăng cường khả năng chịu lực.

Trong tính toán thiết kế, có kể đến khả năng cùng chịu lực của cốt thép. Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế các vết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt. Trên cơ sở tính toán thiết kế như mặt đường BTXM thông thường, lưới thép với thép có đường kính 10 - 14 mm, và khoảng cách 10 - 20cm được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 - 10 cm nhằm hạn chế sự phát triển các vết nứt trong quá trình bê tông hình thành cường độ và trong khai thác. Mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện sau BTXM thông thường và có phạm vi áp dụng tương tự như mặt đường BTXM thông thường.

Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm cơ bản của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các khe nối ngang mặt đường là khe co và khe giãn. Trong mặt đường BTXM cốt thép liên tục, hàm lượng cốt thép khoảng 0,54%, bao gồm cốt thép dọc đường kính 16 mm, cốt thép ngang đường kính 12 mm được bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí khoảng từ 1/3 đến ½ bề dày tấm BTXM. Mục đích của việc bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa sự xuất hiện vết nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 10 hạn chế việc mở rộng khe nứt. Trong trường hợp này, yêu cầu khoảng cách khe nứt là 1,05 - 2,4m (3,5 - 8,0 feets) với độ mở rộng khe nứt không được quá 1,0mm nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá hoại cốt thép và bảo đảm mặt đường khai thác được bình thường.

Với đặc điểm khắc phục nhược điểm không êm thuận do nhiều khe nối của BTXM phân tấm, mặt đường BTXM cốt thép liên tục được áp dụng chủ yếu đối với các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và với kinh phí đầu tư ban đầu lớn. BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt yêu cầu mặt đường có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao. Trong khi trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và trộn đều với các loại cốt sợi: thuỷ tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon, nylon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên. Mặt đường BTXM dùng lu là loại mặt đường sử dụng hỗn hợp BTXM có độ công tác rất thấp, thi công liên tục sử dụng thiết bị lu thông thường và không cắt khe tạo mối nối.

Mặt đường BTXM dùng lu vẫn tự nứt nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa (lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây ra. Chiều dày của lớp BTXM dùng lu dao động trong khoảng 20 cm với lớp móng dưới là vật liệu hạt gia cố hay đá dăm. BTXM dùng lu được áp dụng cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường bê tông nhựa. Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm.

Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép căng trước và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau. Mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước có phạm vi áp dụng hạn chế vì công nghệ thi công phức tạp. Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc không có cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường. Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm.

Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn sử dụng ngắn, công vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại. Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN). Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 11 chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM có thể lớn hơn dự kiến khi thiết kế.

Theo thống kê, có những đoạn mặt đường BTXM sau khi xây dựng sau 50 năm mới phải tăng cường và thậm chí có đoạn tồn tại đến 70 năm sử dụng.