Nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng trong xây dựng đường đô thị tại TP.HCM - Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng trong xây dựng đường đô thị tại TP Hồ Chí Minh, luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô.

• Tác giả: Vũ Thị Tuyết
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Thế Sơn
• Trường học: Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Bê Tông Rỗng Làm Đường Đô Thị Tại TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Ứng dụng của vật liệu bê tông rỗng
• 0.3. Mục đích đề tài
• 0.4. Ý nghĩa đề tài
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 0.6. Độ tin cậy của số liệu thí nghiệm
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG RỖNG
• 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu bê tông rỗng
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Lịch sử của bê tông rỗng
• 1.2. Những lợi ích của bê tông rỗng
• 1.2.1. Hạn chế tiếng ồn
• 1.2.2. Khả năng chống trơn trượt
• 1.2.3. Giảm thiểu lượng nước chảy tràn
• 1.2.4. Hệ sinh thái
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC
• 2.1. Cơ sở khoa học của bê tông rỗng
• 2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của bê tông rỗng
• 2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng nước đến tính chất của bê tông rỗng
• 2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất bê tông rỗng
• 2.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ hồ – cốt liệu đến tính chất của bê tông rỗng
• 2.2.4. Ảnh hưởng của khối lượng thể tích đến tính chất bê tông rỗng
• 2.2.5. Ảnh hưởng của thành phần hạt đến tính chất bê tông rỗng
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 3.1. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của kích thước và sự thay đổi kích thước cốt liệu đối với bê tông rỗng
• 3.1.1. Mục đích thí nghiệm
• 3.1.2. Quy trình thí nghiệm
• 3.1.3. Phương pháp thiết kế hỗn hợp
• 3.1.4. Phương pháp thành phần cấp phối
• 3.1.5. Phương pháp kỹ thuật trộn và bảo dưỡng
• 3.1.6. Phương pháp thí nghiệm
• 3.1.7. Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm
• 3.1.8. Kết quả thí nghiệm và kết luận
• 3.2. Trọng lượng riêng bê tông rỗng
• 3.3. Cường độ bê tông rỗng
• 3.4. Độ rỗng có hiệu của bê tông rỗng
• 3.5. Tính thấm của bê tông rỗng
• 3.6. Xác định cấp phối hỗn hợp hiện trường
• 3.7. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của lượng nước đến các tính chất cơ lý của bê tông rỗng
• 3.7.1. Nguyên vật liệu
• 3.7.2. Môi trường dưỡng hộ
• 3.7.3. Thiết kế thành phần cấp phối
• 3.7.4. Phương pháp thí nghiệm và tạo mẫu
• 3.7.5. Phương pháp thí nghiệm
• 3.7.6. Phương pháp tạo mẫu
• 3.7.7. Phân tích kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của lượng nước đến các tính chất cơ lý của bê tông rỗng
• 3.8. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến các tính chất cơ lý của bê tông rỗng
• 3.9. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ hồ đến các tính chất cơ lý của bê tông rỗng
• 3.10. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của khối lượng thể tích đến các tính chất cơ lý của bê tông rỗng
• 3.11. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG DÙNG BÊ TÔNG RỖNG
• 4.1. Cấu tạo áo đường dùng bê tông xi măng rỗng
• 4.2. Tính toán bề dày mặt đường bê tông rỗng
• 4.3. Thiết kế kết cấu áo đường bê tông rỗng theo ASSHTO
• 4.4. Kết cấu áo đường dùng bê tông rỗng
• 4.5. Kết luận chương 4
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Bê tông rỗng là vật liệu xây dựng có độ rỗng cao, cho phép nước thấm qua dễ dàng. Ứng dụng của bê tông rỗng trong đường đô thị tại TP.HCM là giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề thoát nước và bảo vệ môi trường. Thành phố Hồ Chí Minh với khí hậu nhiệt đới gió mùa, lượng mưa lớn và nhiệt độ cao, đòi hỏi các giải pháp xây dựng bền vững. Bê tông rỗng không chỉ giúp thoát nước nhanh mà còn bổ sung nguồn nước ngầm, giảm ngập lụt và cải thiện chất lượng không khí.

1.1. Khí hậu và thủy văn TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh có lượng mưa trung bình 1.949 mm/năm, tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 11. Hệ thống sông ngòi và kênh rạch dày đặc nhưng chịu ảnh hưởng của thủy triều, gây khó khăn trong việc thoát nước. Bê tông rỗng với khả năng thấm nước nhanh sẽ là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tình trạng ngập lụt.

1.2. Lợi ích của bê tông rỗng

Bê tông rỗng mang lại nhiều lợi ích như giảm tiếng ồn, tăng khả năng chống trượt, và cải thiện hệ sinh thái đô thị. Nó giúp lọc các chất ô nhiễm trong nước mưa, duy trì nguồn nước ngầm và tạo môi trường xanh sạch.

II. Tổng quan về bê tông rỗng

Bê tông rỗng đã được nghiên cứu và ứng dụng từ thế kỷ 19 tại Châu Âu. Vật liệu này có cấu trúc hở, cho phép nước thấm qua nhanh chóng. Các nghiên cứu của Malhotra và các nhà khoa học khác đã chỉ ra mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ nước/xi măng, cũng như ảnh hưởng của kích thước cốt liệu đến tính chất của bê tông rỗng.

2.1. Lịch sử nghiên cứu

Bê tông rỗng được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu từ thế kỷ 19, đặc biệt trong các công trình như tường chịu tải và tấm panel. Tại Mỹ, vật liệu này được ứng dụng để giảm lượng nước chảy tràn và cải thiện chất lượng môi trường.

2.2. Đặc tính kỹ thuật

Bê tông rỗng có độ rỗng từ 15-35%, tỷ lệ nước/xi măng thấp và khả năng thấm nước cao. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu bao gồm hàm lượng nước, xi măng, và kích thước cốt liệu.

III. Ứng dụng bê tông rỗng trong đường đô thị

Bê tông rỗng được ứng dụng rộng rãi trong các công trình đường đô thị, bãi đậu xe, và lề bộ hành. Tại TP.HCM, vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc giải quyết vấn đề thoát nước và cải thiện môi trường đô thị.

3.1. Thiết kế áo đường

Kết cấu áo đường sử dụng bê tông rỗng được thiết kế theo tiêu chuẩn AASHTO. Vật liệu này giúp tăng khả năng thoát nước, giảm tiếng ồn và cải thiện độ bền của mặt đường.

3.2. Giải pháp xây dựng

Bê tông rỗng là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ngập lụt và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, việc ứng dụng đòi hỏi ý thức cao từ người dân và quản lý chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Bê tông rỗng là vật liệu tiềm năng trong xây dựng đô thị, đặc biệt tại TP.HCM. Nghiên cứu này đã chỉ ra các lợi ích và thách thức trong việc ứng dụng vật liệu này. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm cải thiện độ bền và mở rộng ứng dụng trong các công trình giao thông và hạ tầng đô thị.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững, phù hợp với điều kiện khí hậu và địa lý của TP.HCM.

4.2. Hướng phát triển

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện tính chất cơ lý của bê tông rỗng và ứng dụng rộng rãi trong các công trình đô thị, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh, với khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có nhiệt độ trung bình từ 25 đến 28 °C và lượng mưa trung bình khoảng 1.949 mm/năm, trải qua hai mùa mưa và khô rõ rệt. Hệ thống sông ngòi đa dạng như sông Đồng Nai, sông Sài Gòn và hệ thống kênh rạch phong phú đóng vai trò quan trọng trong việc tưới tiêu và thoát nước. Tuy nhiên, hiện tượng thủy triều thâm nhập sâu gây khó khăn cho việc tiêu thoát nước đô thị, làm tăng nguy cơ ngập úng và ảnh hưởng đến môi trường sống.

Trong bối cảnh đó, vật liệu bê tông rỗng với độ rỗng từ 15-35% và khả năng thấm nước cao được nghiên cứu nhằm giải quyết các vấn đề thoát nước đô thị, bổ sung nguồn nước ngầm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá các đặc tính cơ lý của bê tông rỗng phù hợp với điều kiện khí hậu và môi trường Thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời đề xuất ứng dụng trong xây dựng mặt đường, lề bộ hành, bãi đậu xe và các công trình công cộng khác.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của các thành phần hỗn hợp như kích thước cốt liệu, tỷ lệ nước/xi măng, hàm lượng xi măng đến tính chất cơ lý của bê tông rỗng, thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu xây dựng thân thiện môi trường, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý thoát nước đô thị và bảo vệ nguồn nước ngầm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về vật liệu bê tông rỗng, bao gồm:

• Lý thuyết thủy hóa xi măng: Quá trình phản ứng giữa xi măng và nước tạo thành các sản phẩm kết tinh như Ca(OH)₂ và C-S-H, làm tăng cường độ bê tông theo thời gian.
• Mô hình cấu trúc bê tông rỗng: Bê tông rỗng gồm ba thành phần chính là cốt liệu đá, đá xi măng và hệ thống lỗ rỗng liên tục với kích thước từ 2-8 mm, cho phép nước thấm qua nhanh chóng nhưng ảnh hưởng đến cường độ chịu nén.
• Mối quan hệ giữa tỷ lệ nước/xi măng, tỷ lệ hồ – cốt liệu và tính chất cơ lý: Tỷ lệ nước/xi măng thấp giúp tăng cường độ nhưng giảm tính công tác; tỷ lệ hồ – cốt liệu ảnh hưởng đến độ rỗng và khả năng thấm nước.
• Mối quan hệ giữa kích thước cốt liệu và cường độ bê tông: Kích thước và sự đồng nhất của cốt liệu ảnh hưởng đến trọng lượng riêng, độ rỗng, cường độ nén và tính thấm của bê tông rỗng.
• Mô hình tính toán kết cấu áo đường bê tông rỗng theo tiêu chuẩn ASSHTO: Được sử dụng để thiết kế chiều dày lớp mặt đường phù hợp với tải trọng và điều kiện sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp lý thuyết, với các bước chính:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm vật liệu, Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải III, Thành phố Hồ Chí Minh.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Tổng cộng 30 mẫu bê tông rỗng được chuẩn bị với 15 cấp phối khác nhau, phân loại theo kích thước cốt liệu lớn nhất (NMAS) là 9,5 mm, 12,5 mm và 19 mm, tỷ lệ nước/xi măng cố định 0.22, tỷ trọng thiết kế khoảng 2002 kg/m³.
• Phương pháp phân tích: Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng, độ rỗng hiệu quả, cường độ chịu nén, kéo và uốn theo tiêu chuẩn ASTM tương ứng. Phân tích thống kê ANOVA và kiểm định Fisher được sử dụng để đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm mẫu.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình trộn, tạo mẫu, bảo dưỡng và thí nghiệm kéo dài 28 ngày, đảm bảo độ tin cậy của số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của kích thước và sự đồng nhất cốt liệu: Khi độ rỗng tăng, cường độ bê tông giảm và tính thấm tăng. Hệ số đồng nhất Cu tăng làm cường độ tăng lên trong khi độ rỗng và tính thấm giảm. Có khoảng giá trị tối ưu mà cường độ đạt cực đại và tính thấm đạt cực tiểu.

2. Trọng lượng riêng bê tông rỗng: Trọng lượng riêng khô của các mẫu dao động từ khoảng 1538 đến 1666 kg/m³ tùy theo cấp phối và kích thước cốt liệu. Phương pháp đầm nén đãi lắng cho kết quả trọng lượng riêng cao hơn so với phương pháp đầm nén đâm, với sai số dung sai ±5% hoặc ±80 kg/m³.

3. Cường độ chịu nén và uốn: Cường độ nén của bê tông rỗng trong nghiên cứu đạt từ 13,8 MPa trở lên đối với một số cấp phối, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cho các ứng dụng như bãi đậu xe và lề bộ hành. Mối quan hệ giữa cường độ uốn và nén được xác định là ( R = 0.63 (f_c')^{0.47} ) MPa, tương tự bê tông thường.

4. Tính thấm và độ rỗng: Độ rỗng hiệu quả của bê tông rỗng dao động từ 15% đến 35%, với khả năng thấm nước từ 100 đến 900 L/min/m², giúp giảm thiểu nước chảy tràn và bổ sung nguồn nước ngầm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy kích thước cốt liệu và sự đồng nhất là yếu tố quyết định đến tính chất cơ lý của bê tông rỗng. Việc tăng cường độ chịu nén có thể đạt được bằng cách tối ưu hóa cấp phối cốt liệu và tỷ lệ nước/xi măng, đồng thời sử dụng phụ gia cải thiện chất kết dính xi măng. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với mối quan hệ đã được Malhotra và Schaefer đề xuất về ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng và độ rỗng đến cường độ bê tông.

Việc áp dụng bê tông rỗng trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm như Thành phố Hồ Chí Minh là khả thi, giúp cải thiện thoát nước bề mặt, giảm ngập úng và tăng cường hiệu quả sử dụng nguồn nước ngầm. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mối quan hệ giữa cường độ nén và độ rỗng, cũng như bảng so sánh trọng lượng riêng và cường độ theo từng cấp phối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa cấp phối bê tông rỗng: Điều chỉnh kích thước cốt liệu và tỷ lệ nước/xi măng để đạt cường độ nén tối ưu trên 13,8 MPa, giảm độ rỗng không cần thiết nhằm tăng khả năng chịu lực. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể: Các nhà thầu và phòng thí nghiệm vật liệu.

2. Sử dụng phụ gia cải tiến: Áp dụng phụ gia siêu giảm nước và phụ gia cải thiện độ nhớt để nâng cao tính công tác và cường độ bê tông rỗng, đồng thời kiểm soát thời gian ninh kết phù hợp với điều kiện thi công. Thời gian: 3-4 tháng. Chủ thể: Nhà sản xuất vật liệu và kỹ sư thiết kế.

3. Thiết kế kết cấu áo đường bê tông rỗng theo tiêu chuẩn ASSHTO: Tính toán chiều dày lớp mặt đường phù hợp với lưu lượng xe và tải trọng thực tế, ưu tiên sử dụng cho bãi đậu xe, lề bộ hành và đường nội bộ hạn chế xe tải nặng. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: Cơ quan quản lý giao thông và đơn vị thi công.

4. Chương trình bảo dưỡng và vệ sinh mặt đường: Đảm bảo bề mặt bê tông rỗng không bị tắc nghẽn bởi đất cát và rác thải, duy trì khả năng thấm nước và chống trơn trượt. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Ban quản lý đô thị và cộng đồng dân cư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư xây dựng và thiết kế giao thông: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế các công trình sử dụng bê tông rỗng, nâng cao hiệu quả thoát nước và độ bền công trình.

2. Nhà quản lý đô thị và quy hoạch: Sử dụng thông tin để phát triển các giải pháp hạ tầng xanh, giảm ngập úng và cải thiện môi trường sống đô thị.

3. Nhà sản xuất vật liệu xây dựng: Nghiên cứu công thức cấp phối và phụ gia phù hợp để sản xuất bê tông rỗng chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và môi trường.

4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng, vật liệu: Tham khảo để nâng cao kiến thức chuyên môn về bê tông rỗng, phương pháp thí nghiệm và ứng dụng thực tiễn.

Câu hỏi thường gặp

1. Bê tông rỗng có ưu điểm gì so với bê tông truyền thống?
   Bê tông rỗng có độ rỗng cao giúp nước mưa thấm nhanh, giảm ngập úng, bổ sung nguồn nước ngầm và giảm tiếng ồn giao thông. Ví dụ, mặt đường bê tông rỗng tại một số địa phương đã giảm đáng kể vũng nước sau mưa.

2. Tỷ lệ nước/xi măng ảnh hưởng thế nào đến cường độ bê tông rỗng?
   Tỷ lệ nước/xi măng thấp giúp tăng cường độ nén nhưng giảm tính công tác. Quá nhiều nước làm giảm cường độ do tạo màng nước dày trên hạt cốt liệu, làm giảm liên kết. Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ khoảng 0.22 là tối ưu.

3. Kích thước cốt liệu ảnh hưởng ra sao đến tính chất bê tông rỗng?
   Kích thước cốt liệu và sự đồng nhất ảnh hưởng đến trọng lượng riêng, độ rỗng và cường độ. Cốt liệu có hệ số đồng nhất cao giúp tăng cường độ và giảm độ rỗng, cải thiện khả năng chịu lực.

4. Bê tông rỗng có thể sử dụng cho mặt đường giao thông nặng không?
   Do cường độ chịu nén thấp (20-30 MPa), bê tông rỗng không phù hợp cho đường cao tốc hoặc nơi có xe tải nặng. Thường được dùng cho bãi đậu xe, lề bộ hành và đường nội bộ hạn chế tải trọng.

5. Làm thế nào để duy trì hiệu quả thoát nước của bê tông rỗng trong thực tế?
   Cần có chương trình bảo dưỡng, vệ sinh thường xuyên để tránh tắc nghẽn lỗ rỗng bởi đất cát và rác thải. Ý thức người dân trong việc giữ vệ sinh mặt đường cũng rất quan trọng.

Kết luận

• Bê tông rỗng với độ rỗng 15-35% và tỷ lệ nước/xi măng khoảng 0.22 phù hợp với điều kiện khí hậu và môi trường Thành phố Hồ Chí Minh.
• Kích thước và sự đồng nhất cốt liệu là yếu tố quyết định đến cường độ và tính thấm của bê tông rỗng.
• Cường độ nén đạt trên 13,8 MPa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho các ứng dụng như bãi đậu xe và lề bộ hành.
• Bê tông rỗng giúp giảm tiếng ồn, tăng khả năng chống trơn trượt và bổ sung nguồn nước ngầm, góp phần bảo vệ môi trường đô thị.
• Tiếp tục nghiên cứu tối ưu cấp phối và ứng dụng thực tế trong thiết kế kết cấu áo đường bê tông rỗng là bước phát triển quan trọng trong 1-2 năm tới.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các đơn vị xây dựng và quản lý đô thị áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các công trình bê tông rỗng thân thiện môi trường, đồng thời triển khai các chương trình bảo dưỡng và nâng cao nhận thức cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG RỖNG 1.Tổng quan về tình hình nghiên cứu bê tông rỗng 1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1.Lịch sử của bê tông rỗng Bê tông rỗng cũng được cho là bê tông không có cốt liệu nhỏ hay là bê tông có khoảng cách cụ thể. Bê tông rỗng được sử dụng ở các nước Châu Âu từ thế kỷ 19 (Francis, 1965). Ở Châu Âu, người ta đã sử dụng bê tông rỗng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm dùng làm các tường chịu tải, tấm hay khối panel đúc tại chỗ. Bê tông rỗng được sử dụng sớm nhất trong lịch sử hiện đại là sử dụng làm 2 tòa nhà ở Anh.

Hơn 900 ngôi nhà được xây váo năm 1942. Hầu hết các nhà dùng bê tông rỗng ở Vương quốc Anh nằm ở thành phố United Kingdom (ACI 522 Pervious Concrete, 2006). Malhotra đã nghiên cứu về bê tông rỗng về các đặc tính và mối quan hệ giữa chúng. Ông cung cấp chi tiết về đặc tính, cường độ, thành phần cốt liệu, trọng lượng thể tích, tính đầm chặt, khả năng thấm nước của bê tông rỗng.

Malhotra cũng tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau để tìm mối liên quan giữa cường độ nén và đặc tính bất kỳ của vật liệu. Ông cũng kết luận rằng cường độ nén phụ thuộc vào tỷ lệ nước/ xi măng và tỷ lệ cốt liệu/xi măng (A/C) [15]. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, việc ứng dụng bê tông rỗng được lan rộng ra khắp thế giới đến các nước Châu Âu, Châu Phi, Venezuela, Trung Đông, và Úc. Bê tông rỗng thường không yêu cầu nhiều chất kết dính xi măng so với bê tông truyền thống, đây là một trong những động cơ thúc đẩy việc sử dụng loại vật liệu này.

Mặc dù bê tông rỗng có nhiều lợi ích mang lại song việc sử dụng loại vật liệu này còn hạn chế ở Bắc Mỹ (ACI 522 Pervious Concrete, 2006) do một số nhược điểm của nó. Gần đây, việc sử dụng bê tông rỗng ở Mỹ bắt đầu tăng lên. Đặc biệt ở một số tiểu bang như: Florida, Utah, và New Mexico được yêu cầu sử dụng để giảm lượng Trang 8 nước chảy tràn. California, Illinois, Oklahoma, và Wisconsin đã áp dụng bê tông rỗng cho nền ngấm nước và bó vỉa thoát nước.

Bê tông rỗng truyền thống không được sử dụng cho đường cao tốc và đường địa phương. Mặc dù bê tông rỗng thì đa năng, những mặt hạn chế của bê tông rỗng gây trở ngại cho việc thiết kế với tải trọng truyền thống, ở nơi đất có độ thấm thấp, nơi có xe tải nặng và mặt đường với vật liệu không thấm (U. Bê tông rỗng được sử dụng như là một thành phần nền thoát nước hay lớp vật liệu bên trên. Thêm vào đó, bê tông rỗng được dùng cho mặt đường cần có độ ma sát (ACI 522 Pervious Concrete, 2006), chủ yếu sử dụng ở mặt đường hạn chế tiếng ồn và khả năng thoát nước bề mặt cao (Sandberg và Ejsmont 2002; Beeldens và nnk., 2004; Nakahara và nnk.Vì chiều dày của lớp mặt bê tông rỗng mỏng nên nó có thể chống lại sự hình thành vệt bánh xe hơn là lớp bê tông asphalt rỗng, Bê tông rỗng được sử dụng để thay thế cho lớp mặt bê tông asphalt rỗng tại các khóa học ở Nhật để cài thiện tính an toàn và chất lượng cho người lái xe (Nakahara và nnk.

Những lợi ích của bê tông rỗng 1. Hạn chế tiếng ồn Bê tông rỗng có khả năng giảm tiếng ồn sinh ra bởi xe cộ trên mặt đường do tương tác giữa bánh xe với mặt đường. Bê tông rỗng hấp thụ âm thanh (Olek và nnk. Cụ thể hơn, các đặc tính của bê tông rỗng ảnh hưởng giữa bánh xe với mặt đường (ACI 522 Pervious Concrete, 2006).Vì vậy, bê tông rỗng có khả năng giảm tiếng ồn một cách đáng kể gây ra bởi xe cộ (Sandberg and Ejsmont, 2002).

Xây dựng các hàng rào để ngăn chặn tiếng ồn tại các khu đô thị sẽ tốn kém. Thay vào đó, xây dựng những mặt đường bê tông rỗng có thể giảm tiếng ồn và chi phí xây dựng (Nelson và Philips, 1994; Descornet, 2000). Chiều dày của lớp bê tông rỗng có liên quan chặt chẽ đến việc giảm tiếng ồn (Beeldens và nnk. Khả năng chống trơn trượt Bê tông rỗng có thể loại bỏ nước mưa một cách nhanh chóng hơn là bê tông thông thường (Schaefer và nnk., 2006) do có khả năng hấp thụ và thấm nhập nhanh Trang 9 chóng lượng nước mưa xuống dưới mặt đất.

Bằng cách giảm thiểu lượng nước trên bề mặt thì khả năng chống trơn trượt được cải thiện đáng kể. Giảm thiểu lượng nước chảy tràn Giảm lượng nước chảy tràn là một chức năng chính của bê tông rỗng. bê tông rỗng có chứa một lượng tối thiểu cốt liệu nhỏ và chứa các cốt liệu lớn cùng kích cỡ vì vậy lỗ rỗng được tồn tại để giữ và vận chuyển nước xuống bên dưới (Zouachi và nnk, 2000). Bê tông rỗng có thể làm giảm đáng kể lượng nước trên bề mặt so với bê tông thông thường.

Vì vậy, bê tông rỗng có thể làm giảm kích thước của cống thoát nước cần thiết (ACI 522 Pervious Concrete, 2006). Hệ sinh thái Bê tông rỗng có thể lọc các chất ô nhiễm trong nước mưa thấm xuống mặt đất. Do bê tông rỗng giúp hấp thụ được lượng nước, nó duy trì được nguồn nước ngầm tự nhiên (NRMCA, 2004). Bê tông rỗng giúp lượng nước thấm trực tiếp vào đất điều này mang lại lợi ích cho cây cối và bổ sung nguồn nước ngầm bên dưới.

Điều này giúp bảo tồn được nguồn tài nguyên quý giá này. Một số ứng dụng thường gặp Một số ứng dụng thường gặp của bê tông rỗng như sau: bãi đậu xe, hang hiên, sàn hồ bơi, lề bộ hành, bó vỉa thoát nước, mặt đường giảm ồn, giám chấn, giảm nước chảy tràn. Ngoài ra, bê tông rỗng còn ứng dụng trong các kết cấu đê biển, kè cầu… (Schaefer và nnk., 2006; ACI 522 pervious concrete, 2006; Tennis, 2004). Độ bền Độ bền của bê tông rỗng thì chịu ảnh hưởng đáng kể của khả năng thấm của vật liệu.

Vì bê tông rỗng tạo điều kiện cho độ ẩm lưu thông, điều này làm ảnh hưởng đến độ bền. Các vấn đề về độ bền không giống như bê tông thông thường vì khả năng thẩm thấu của bê tông rỗng khác bê tông thông thường. Cường độ chịu nén Malhotra năm 1976 đã nghiên cứu về cường độ nén phụ thuộc vào tỷ lệ nước/xi măng và tỷ lệ cốt liệu/xi măng. Mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ Trang 10 nước/xi măng và tỷ lệ cốt liệu/xi măng trong thời gian 3,7 và 28 ngày được thể hiện như sau[15] Bảng 1.1: Mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ nước/xi măng và cốt liệu/xi măng, (Malhotra,1976) Tỷ lệ cốt Tỷ lệ Trọng Tuổi bê Xi măng Cường độ liệu/xi nước/xi lượng tông(ngày) 3 (lb/yd3) nén(psi) măng măng riêng(lb/ft ) 3 125.

Mối quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ nước/xi măng và cốt liệu/xi măng (Malhotra,1976) Trang 11 Mặc dù bê tông rỗng có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng, nhược điểm chủ yếu của nó là cường độ chịu nén thấp. Vì lớp dính kết giữa các cốt liệu mỏng, nó không thể cung cấp đầy đủ cường độ chịu nén như bê tông thông thường. Vì vậy, việc sử dụng bê tông rỗng bị hạn chế ở mặt đường cao tốc. Thay vào đó, bê tông rỗng được ứng dụng nhiều ở bãi đậu xe, nơi mà không yêu cầu cường độ chịu nén cao.

Để mở rộng ứng dụng của bê tông rỗng bằng cách làm tăng cường độ chịu nén thì cần phải xem xét đến một số yếu tố như là cường độ của chất kết dính, chiều dày của chất kết dính bao bọc quanh các hạt cốt liệu, và mặt liên kết giữa chất kết dính và cốt liệu. Sử dụng cốt liệu nhỏ hơn và phụ gia được đề nghị đề tăng cường độ chịu nén của bê tông rỗng (JingYang, Guoliang Jiang, 2002 và Schaefer và nnk. Cụ thể hơn, cường độ chịu nén của bê tông có quan hệ với nhiều yếu tố như: độ rỗng, trọng lượng thể tích, tỷ lệ Nước/ Xi măng , kích cỡ cốt liệu…[9] 1. Độ rỗng Schaefer đã nêu ra mối quan hệ giữa cường độ chịu nén sau 7 ngày và độ rỗng.

Cường độ chịu nén sau 7 ngày của bê tông rỗng tuyến tính với việc giảm độ rỗng: Trang 12 Hình 1. Mối quan hệ giữa cường độ nén sau 7 ngày và độ rỗng (Schaefer và nnk. Trọng lượng thể tích Malhotra(1976) đã đưa ra mối quan hệ giữa cường độ nén và trọng lượng thể tích khi sử dụng tỷ lệ cốt liệu/xi măng (A/C) với nhiều loại cấp phối khác nhau. Mối quan hệ đó được thể hiện như sau[15]: Hình 1.

Mối quan hệ giữa cường độ nén 28 ngày và trọng lượng thể tích, (Malhotra,1976) Trang 13 Meininger (1988) đã tiến hành điều tra mối quan hệ giữa cường độ nén sau 28 ngày với trọng lượng thể tích. Mối quan hệ này được thể hiện như sau: Hình 1. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén sau 28 ngày và trọng lượng thể tích (Meininger (1988). Tỷ lệ nước/xi măng Meininger (1988) đã nêu ra tỷ lệ nước/xi măng mang lại cường độ nén cao nhất và thấp nhất.

Cả hai trượng họp tỷ lệ nước/xi măng thấp nhất và cao nhất đều làm cho cường độ nén thấp hơn mức trung bình. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỷ lệ N/XM, (lượng xi măng =239 kg/m3), Meininger (1988). Cát Hỗn hợp bao gồm 10-20% cát sẽ giúp cải thiện được cường độ nén. Lượng cát lấp đầy lỗ rỗng sẽ giúp tăng cường độ và độ nén: Hình 1.

Mối quan hệ giữa hàm lượng cát và cường độ chịu nén trong bê tông rỗng, Meininger (1988). Kích cỡ cốt liệu Kích cỡ cốt liệu thô trong bê tông rỗng thường bao gồm 1 hỗn hợp cùng kích cỡ hoặc là kích thước cốt liệu từ 3/4 – 3/8 in (9. Mặc dù phạm vi kích thước cốt liệu thô bị hạn chế, Schaefer và nnk, (2006) đã mô tả ngắn gọn ảnh hưởng của cường độ chịu nén và kích cỡ kích cỡ cốt liệu như sau: Hình 1. Mối quan hệ giữa kích cỡ cốt liệu thô và cường độ chịu nén của bê tông rỗng, Schaefer và nnk, (2006).

Khả năng thẩm thấu Đặc điểm để phân biệt của bê tông rỗng là có độ thấm cao, nó là khả năng dễ dàng cho chất lỏng thoát qua lớp vật liệu dưới 1 áp lực. Độ rỗng của bê tông rỗng thường từ 14% - 31% và khả năng thẩm thấu từ 0.609 cm/sec, Schaefer và nnk, (2006). Khi độ rỗng tăng thì khả năng thấm cũng tăng. Thể hiện trong bảng sau: [9] Trang 16 Hình 1.

Mối quan hệ giữa độ rỗng và mức độ thẩm thấu, Schaefer và nnk.