Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh An Giang hiện có hệ thống giao thông đường bộ phát triển với tổng chiều dài khoảng 4.900 km, trong đó tỷ lệ nhựa hóa đạt 44,3%. Hệ thống đường quốc lộ, tỉnh lộ, huyện lộ và đường đô thị đã được đầu tư nâng cấp, tuy nhiên nhiều tuyến đường đang xuống cấp, đặc biệt là kết cấu móng đường chủ yếu sử dụng đá hộc và cấp phối Tà Pạ đã cạn kiệt trữ lượng. Nguồn vật liệu cấp phối đá dăm 0-4 được khai thác từ ba mỏ chính tại huyện Tri Tôn gồm Antraco, Bà Đội và Cô Tô với tổng công suất khai thác khoảng 1,560,400 m³/năm, tuy nhiên trữ lượng đang dần cạn kiệt theo ước tính. Nhà máy xi măng An Giang (ACIFA) là đơn vị cung cấp xi măng chủ lực với sản lượng đạt khoảng 274.000 tấn/năm, đáp ứng nhu cầu gia cố vật liệu địa phương.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc đề xuất sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm lớp móng trong kết cấu mặt đường ô tô tại An Giang nhằm nâng cao chất lượng, tính bền vững và hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Mục tiêu cụ thể là khảo sát, thí nghiệm và đánh giá tính khả thi của vật liệu cấp phối đá dăm 0-4 khai thác tại mỏ Antraco, gia cố bằng xi măng PCB40 của nhà máy ACIFA, áp dụng trong kết cấu áo đường ô tô. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vật liệu cấp phối đá dăm 0-4 Antraco và xi măng ACIFA, với các thí nghiệm cơ lý và tính toán kết cấu mặt đường trên địa bàn tỉnh An Giang trong giai đoạn hiện nay.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển bền vững nguồn vật liệu địa phương, giảm chi phí vận chuyển vật liệu ngoại tỉnh, đồng thời nâng cao chất lượng kết cấu mặt đường, đáp ứng yêu cầu phát triển hạ tầng giao thông theo quy hoạch đến năm 2030.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô, bao gồm:

  • Lý thuyết cấp phối đá dăm (CPĐD): CPĐD là hỗn hợp cốt liệu khoáng có cấu trúc hạt theo nguyên lý cấp phối chặt liên tục, với cỡ hạt lớn nhất danh định Dmax từ 19 đến 37,5 mm. CPĐD loại I và II được phân biệt dựa trên nguồn gốc và thành phần hạt, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng trong móng đường.

  • Lý thuyết gia cố xi măng: Quá trình thủy hóa xi măng tạo ra các sản phẩm kết tinh như hydroxit canxi và hydroaluminat, liên kết các hạt đá thành khối vững chắc, tăng cường cường độ chịu nén, chịu uốn và tính ổn định với nước của vật liệu cấp phối đá dăm.

  • Các khái niệm chính: Cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ, mô đun đàn hồi (E), độ hao mòn Los Angeles (LA), thành phần hạt, độ ẩm tối ưu, tỷ lệ xi măng gia cố, và các chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 8858:2011, TCVN 9834:2013.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu hiện trạng hạ tầng giao thông, trữ lượng và chất lượng vật liệu đá tại các mỏ Antraco, Bà Đội, Cô Tô; dữ liệu sản xuất và chất lượng xi măng ACIFA; số liệu thí nghiệm vật liệu trong phòng thí nghiệm.

  • Phương pháp phân tích: Thí nghiệm xác định thành phần hạt, độ hao mòn LA, độ ẩm tối ưu, cường độ chịu nén, chịu ép chẻ, mô đun đàn hồi và cường độ kéo uốn của cấp phối đá dăm 0-4 gia cố xi măng với các tỷ lệ xi măng từ 3% đến 6%. Phân tích kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn kỹ thuật, so sánh các phương án sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng và phương án truyền thống.

  • Timeline nghiên cứu: Khảo sát và lấy mẫu vật liệu trong năm 2014-2015; thí nghiệm trong phòng và tính toán kết cấu trong cùng giai đoạn; tổng hợp kết quả và đề xuất giải pháp trong năm 2015.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy mẫu cấp phối đá dăm 0-4 tại bãi khai thác mỏ Antraco, trộn đồng nhất từ 4 vị trí khác nhau; xi măng PCB40 mua tại cửa hàng vật liệu xây dựng địa phương; mẫu thí nghiệm được chuẩn bị theo tiêu chuẩn TCVN với kích thước mẫu phù hợp (đường kính 150 mm, chiều cao 300 mm).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng vật liệu cấp phối đá dăm 0-4 Antraco: Thành phần hạt nằm trong giới hạn tiêu chuẩn TCVN 8858:2011, độ hao mòn LA đạt 20,98%, thấp hơn giới hạn 35% cho lớp móng trên, chứng tỏ vật liệu có độ bền cơ học tốt. Độ ẩm tối ưu xác định theo công thức đạt khoảng 5-6%, phù hợp cho thi công gia cố xi măng.

  2. Hiệu quả gia cố xi măng PCB40: Khi gia cố với tỷ lệ xi măng từ 3% đến 6%, cường độ chịu nén mẫu đạt từ 3,0 MPa đến trên 4,0 MPa sau 28 ngày, vượt yêu cầu tối thiểu cho lớp móng trên. Mô đun đàn hồi tăng từ 400 MPa (3% xi măng) lên đến 800 MPa (6% xi măng), cho thấy độ cứng và khả năng chịu tải được cải thiện rõ rệt.

  3. So sánh kết cấu mặt đường: Phương án sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm lớp móng cho kết cấu áo đường ô tô tại An Giang giảm chi phí vật liệu vận chuyển ngoại tỉnh khoảng 15%, đồng thời tăng tuổi thọ mặt đường dự kiến lên 20-25% so với phương án truyền thống chỉ dùng cấp phối đá dăm không gia cố.

  4. Tính ổn định và thi công: Vật liệu gia cố xi măng có tính ổn định cao với nước, giảm hiện tượng bong bật đá và ổ gà trên mặt đường. Tuy nhiên, thời gian thi công bị giới hạn trong khoảng 2 giờ trước khi xi măng bắt đầu ninh kết, đòi hỏi thiết bị thi công chuyên dụng và kỹ thuật thi công nghiêm ngặt.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm và tính toán cho thấy việc sử dụng cấp phối đá dăm 0-4 gia cố xi măng PCB40 tại An Giang là khả thi và mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Cường độ và mô đun đàn hồi của vật liệu gia cố vượt tiêu chuẩn quốc gia, phù hợp với các yêu cầu thiết kế kết cấu mặt đường cấp III và IV theo quy hoạch tỉnh. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với các công trình sử dụng vật liệu tương tự tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.

Việc tận dụng nguồn vật liệu địa phương giúp giảm áp lực khai thác các mỏ đá truyền thống, đồng thời giảm chi phí vận chuyển và thời gian thi công. Tuy nhiên, cần lưu ý đến yêu cầu kỹ thuật thi công nghiêm ngặt để tránh phân tầng vật liệu và đảm bảo độ chặt, độ ẩm tối ưu. Các biểu đồ mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ xi măng và cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi có thể minh họa rõ ràng hiệu quả gia cố.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng làm lớp móng: Khuyến nghị các dự án xây dựng và nâng cấp đường ô tô tại An Giang sử dụng cấp phối đá dăm 0-4 gia cố xi măng PCB40 với tỷ lệ xi măng từ 4% đến 5% để đảm bảo cường độ và độ bền mặt đường, giảm chi phí vận chuyển vật liệu ngoại tỉnh. Thời gian thực hiện: 1-3 năm, chủ thể: Sở Giao thông Vận tải và các nhà thầu thi công.

  2. Đầu tư thiết bị thi công chuyên dụng: Trang bị máy trộn, lu lèn và thiết bị kiểm soát độ ẩm hiện đại để đảm bảo thi công đúng kỹ thuật, tránh phân tầng và đảm bảo độ chặt của vật liệu. Thời gian: 6-12 tháng, chủ thể: Nhà thầu thi công và chủ đầu tư.

  3. Đào tạo kỹ thuật thi công và giám sát: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật, công nhân thi công về quy trình thi công cấp phối đá dăm gia cố xi măng, kiểm soát chất lượng vật liệu và thi công. Thời gian: 6 tháng, chủ thể: Sở Giao thông Vận tải phối hợp với các trường đại học, viện nghiên cứu.

  4. Nghiên cứu bổ sung và mở rộng: Tiếp tục nghiên cứu các loại xi măng khác, phụ gia làm chậm ninh kết để mở rộng phạm vi sử dụng vật liệu, đồng thời đánh giá tác động môi trường và kinh tế xã hội. Thời gian: 2-3 năm, chủ thể: Các viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Giúp xây dựng các chính sách sử dụng vật liệu địa phương bền vững, tối ưu hóa chi phí đầu tư hạ tầng giao thông.

  2. Các kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng: Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm để lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu mặt đường phù hợp với điều kiện địa phương.

  3. Nhà thầu thi công và giám sát công trình: Hướng dẫn kỹ thuật thi công cấp phối đá dăm gia cố xi măng, kiểm soát chất lượng vật liệu và quy trình thi công hiệu quả.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng giao thông: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng, phương pháp thí nghiệm và đánh giá kết cấu mặt đường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng có ưu điểm gì so với cấp phối đá dăm thông thường?
    Gia cố xi măng tăng cường cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi, cải thiện tính ổn định với nước và giảm hiện tượng bong bật đá, giúp mặt đường bền vững hơn.

  2. Tỷ lệ xi măng gia cố phù hợp là bao nhiêu?
    Theo thí nghiệm, tỷ lệ từ 3% đến 6% theo khối lượng vật liệu khô, phổ biến là 4-5% để cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và chi phí.

  3. Có thể thi công cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong điều kiện thời tiết mưa không?
    Thi công cần kiểm soát độ ẩm và thời gian ninh kết, mưa có thể ảnh hưởng đến chất lượng nên cần có biện pháp che chắn và thi công trong điều kiện thời tiết thuận lợi.

  4. Thời gian thông xe sau khi thi công lớp móng này là bao lâu?
    Thông thường không thể thông xe ngay sau thi công, cần thời gian bảo dưỡng từ 7 đến 14 ngày để xi măng đạt cường độ cần thiết.

  5. Nguồn vật liệu địa phương có đáp ứng đủ nhu cầu không?
    Hiện tại trữ lượng các mỏ đá tại An Giang đang dần cạn kiệt, do đó việc sử dụng vật liệu gia cố xi măng giúp tận dụng tối đa nguồn vật liệu sẵn có và kéo dài tuổi thọ công trình.

Kết luận

  • Vật liệu cấp phối đá dăm 0-4 khai thác tại mỏ Antraco đạt các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc gia, phù hợp làm vật liệu móng đường.
  • Gia cố xi măng PCB40 với tỷ lệ 3-6% nâng cao đáng kể cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi và tính ổn định của vật liệu.
  • Phương án sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng giúp giảm chi phí vận chuyển, tăng tuổi thọ mặt đường và phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông tỉnh An Giang.
  • Cần đầu tư thiết bị thi công chuyên dụng và đào tạo kỹ thuật để đảm bảo chất lượng thi công.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và đánh giá tác động kinh tế - môi trường trong các dự án giao thông tương lai.

Hành động tiếp theo: Các cơ quan quản lý và nhà thầu nên phối hợp triển khai áp dụng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong các dự án nâng cấp, xây dựng đường bộ tại An Giang nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư và phát triển bền vững hạ tầng giao thông.