Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG 1. Khái quát lịch sử phát triển kết cấu bê tông trên thế giới và trong nước. Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông gắn liền với lịch sử phát triển của kết cấu công trình, vật liệu xây dựng và lịch sử phát triển của xã hội. Sự phát triển của vật liệu xây dựng gắn liền với sự phát triển của tri thức và sự phát triển kinh tế xã hội của loài người.
Theo thời gian, với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật xây dựng thì kết cấu bê tông cũng ngày càng phát triển. Từ giữa cuối thế kỷ thứ XIX, nền kinh tế tư bản chủ nghĩa đã có những bước tiến nhảy vọt thúc đẩy nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng. Trước nhu cầu xây dựng nhà máy, đường sá, cầu cống… ngày càng tăng cao, đòi hỏi phải có các loại vật liệu xây dựng mới bền chắc và rẻ tiền. Trong thời kỳ này ngành công nghiệp sản xuất xi măng đã khá phát triển tạo điều kiện cho một loại vật liệu mới ra đời, đó là bê tông xi măng.
Trong giai đoạn đầu tiên, kết cấu bê tông xuất hiện dưới dạng bản, cột hoặc dầm đơn giản. Các cấu kiện này không hoàn thiện, được thiết kế một cách mò mẫm, các nguyên tắc tính toán và cấu tạo chưa rõ ràng, giá thành xây dựng còn cao. Từ cuối thế kỷ XIX, nền công nghiệp phát triển một cách nhanh chóng càng làm gia tăng nhu cầu sử dụng loại vật liệu bê tông xi măng đắt tiền này. Do đó, nhiều nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu các tính năng, tìm tòi cấu tạo và đề ra lý thuyết để tính toán.
Những tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên về vật liệu và kết cấu bê tông xi măng đã được ban hành ở nhiều nước như: Pháp, Đức, Nga trong khoảng từ năm 1906 đến 1911. Đến đầu thế kỷ XX, bê tông xi măng đã thực sự trở thành vật liệu xây dựng phổ biến. Đến nay, loài người đã đạt đến trình độ phát triển cao, do đó hiểu biết HỌC VIÊN: HUỲNH VĂN KHOA – Cao học K17 – Trường ĐH GTVT 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN Ở TỈNH PHÚ YÊN ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ của con người về bê tông xi măng cũng đã đạt đến trình độ cao. Các nhà khoa học đã có nhiều nghiên cứu để nâng cao chất lượng và cải thiện các tính năng kỹ thuật của bê tông xi măng.
Với những ưu điểm vốn có, bê tông xi măng ngày nay đã trở thành một loại vật liệu chủ yếu trong xây dựng cơ sở hạ tầng nói chung, trong xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông vận tải nói riêng. Mặt đường bê tông xi măng xuất hiện vào cuối thế kỷ XIX, bắt đầu ở Anh vào những năm 1950, sau đó lan dần sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga, … Mặt đường bê tông xi măng đã 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: Hoa Kỳ, Canada, CHLB Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc, … Mặt đường bê tông xi măng (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 các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia. Ở Việt Nam, các công trình về bê tông bắt đầu xuất hiện dưới thời Pháp thuộc, tuy nhiên còn rất ít ỏi và đơn giản. Sau khi miền Bắc được giải phóng, bắt đầu công cuộc xây dựng đất nước, xây dựng cơ sở hạ tầng thì bê tông xi măng mới được phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng cao.
Hiện nay, bê tông xi măng đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng như: giao thông, thuỷ lợi, xây dựng dân dụng và công nghiệp. Trong lĩnh xây dựng giao thông, mặt đường bê tông xi măng có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc. Mặt đường bê tông xi măng cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe. Việc nghiên cứu bê tông xi măng cũng đang được đẩy mạnh trong các trường Đại học, các Viện nghiên cứu khoa học,.
HỌC VIÊN: HUỲNH VĂN KHOA – Cao học K17 – Trường ĐH GTVT 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN Ở TỈNH PHÚ YÊN ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 1. Các nghiên cứu về sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng. Các nghiên cứu ở nước ngoài về sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng. Năm 1859, đèn biển cảng Said, Ai Cập được xây dựng bằng bê tông cát biển và vôi.
Đầu thế kỷ XX, nhà khoa học người Anh K.Newman giới thiệu một số vấn đề khai thác vật liệu biển (cát, sỏi biển) làm cốt liệu cho bê tông, đồng thời Hội bê tông xi măng nước Anh cũng đã ra thông báo một chuyên đề về vật liệu cát, sỏi khai thác ở biển. Năm 1956, Hội quốc gia về cát ở Mỹ đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông. Năm 1964, ở Ấn Độ, trong tạp chí bê tông đã bàn về việc dùng cát biển và nước biển để chế tạo bê tông. Trong đó đã trích dẫn nhiều ý kiến khác nhau về việc sử dụng các vật liệu này và rút ra được một số kết luận chung.
Năm 1965, ở Liên Xô cũ, hai nhà khoa học F. Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát biển ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công. Đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng vỏ sò, hến trong cát biển đối với các tính chất của vữa và bê tông xi măng. Năm 1973, ở Hà Lan đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng.
Về nước biển, ngay từ đầu thế kỷ XIX, người Mỹ đã công bố hàng loạt công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của nước biển dùng để chế tạo bê tông và bê tông cốt thép. Năm 1924, Duff Abrams – nhà nghiên cứu bê tông đầu tiên ở Mỹ đã báo cáo kết quả nghiên cứu một số loại nước bẩn có nghi ngờ về chất lượng dùng cho bê tông, trong đó có nước biển. Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, Mỹ đã xây dựng nhiều công trình bằng bê tông ở biển và hải đảo dùng cho mục đích quân sự. HỌC VIÊN: HUỲNH VĂN KHOA – Cao học K17 – Trường ĐH GTVT 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN Ở TỈNH PHÚ YÊN ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Năm 1949, tại Hội nghị quốc tế ở Lisbonne, nhà khoa học Pháp A.Fernandes trong báo cáo chung có đề cập đến vấn đề này.Duhoux tiến hành thí nghiệm trong 3 năm, rút ra được một số ưu và nhược điểm của việc dùng nước biển để trộn bê tông.Dempsay ở Viện nghiên cứu bê tông của Mỹ đã công bố kết quả nghiên cứu dùng san hô và nước biển để chế tạo bê tông.
Năm 1954, ở Anh, nhà khoa học D.LeeNarvar đã công bố kết quả bê tông phẩm chất tốt chế tạo bằng san hô và nước biển trong tạp san xây dựng công trình dân dụng.Key trong quyển sổ tay xây dựng công trình của mình cũng nói đến ảnh hưởng của nước biển đối với bê tông cốt thép.Raphael đã báo cáo kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nước biển đối với cốt thép trong bê tông dưỡng hộ ở các môi trường khác nhau.Strinor cũng phát biểu ý kiến về vấn đề nước dùng để trộn bê tông. Sau đó 03 năm, năm 1963, Viện nghiên cứu bê tông của Mỹ (ACI) cũng đề cập đến vấn đề này. Các nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng làm đường ô tô và nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng ở Việt Nam. Các nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng làm đường ô tô ở Việt Nam: Trên thế giới nhiều nước đã sử dụng rộng rãi các kết cấu áo đường bằng vật liệu bê tông xi măng từ nhiều năm nay.
Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường bê tông xi măng của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường bê tông xi măng ngày càng được mở rộng. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng bê tông xi măng để xây dựng mặt đường được bắt đầu vào những năm 1960 – 1961. Nghiên cứu sớm nhất vấn HỌC VIÊN: HUỲNH VĂN KHOA – Cao học K17 – Trường ĐH GTVT 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN Ở TỈNH PHÚ YÊN ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ đề này là bộ môn đường của Trường Đại học Bách khoa; Sau đó có nhiều cơ quan khác nghiên cứu như Viện Khoa học – Công nghệ Giao thông Vận tải, Viện Thiết kế Giao thông, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Trường Đại học Xây dựng … Việc nghiên cứu đề tài này với quy mô ngày càng mở rộng. Ngày nay, mặt đường bê tông xi măng vẫn luôn được các nhà nghiên cứu, các nhà quản lý quan tâm.
Hệ thống tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại. Mặt đường bê tông xi măng cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975. Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên - Bắc Cạn xây dựng 30km đường bê tông xi măng vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (Bắc cầu Chương Dương). Tiếp theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt.
Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Đông với chiều dài 86km, nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km. Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều dài 12km. Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai. Loại mặt đường bê tông xi măng cốt thép liên tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đó khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy.