Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, thuộc vùng Đông Nam Bộ Việt Nam, là một trong những khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam với hệ thống giao thông đa dạng gồm đường bộ, đường thủy, đường sắt và cảng biển. Tính đến năm 2015, tổng chiều dài mạng lưới giao thông trên địa bàn tỉnh đạt khoảng 2.611 km, trong đó đường giao thông nông thôn (GTNT) chiếm tới 70% chiều dài toàn mạng lưới. Mạng lưới GTNT đóng vai trò quan trọng trong việc phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển nông sản của người dân, góp phần phát triển kinh tế - xã hội nông thôn. Tuy nhiên, hiện trạng kết cấu mặt đường GTNT chủ yếu sử dụng cấp phối đá dăm, đá dăm Macadam và cấp phối sỏi đỏ, thường xuyên gặp phải các vấn đề như bong tróc, lầy lội, trơn trượt, ảnh hưởng đến an toàn giao thông và hiệu quả sử dụng.

Trong bối cảnh thực hiện các nghị quyết của Chính phủ về xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010-2020, việc lựa chọn vật liệu xây dựng mặt đường GTNT phù hợp, bền vững và tiết kiệm chi phí là rất cấp thiết. Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu sở hữu nguồn tài nguyên đá Puzolan dồi dào với 19 mỏ, trữ lượng ước tính khoảng 237 triệu tấn, tuy nhiên hiện nay đá Puzolan chủ yếu được sử dụng làm phụ gia xi măng trong sản xuất vật liệu xây dựng. Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của việc sử dụng đá Puzolan làm vật liệu kết cấu mặt đường GTNT trên địa bàn tỉnh, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, giảm chi phí đầu tư và góp phần bảo vệ môi trường.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá Puzolan, đánh giá khả năng khai thác và sử dụng trong xây dựng mặt đường GTNT, đồng thời phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật so với các vật liệu truyền thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, với dữ liệu thu thập từ các mỏ đá Puzolan và các công trình thử nghiệm thực tế. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đa dạng hóa vật liệu xây dựng, nâng cao chất lượng hạ tầng giao thông nông thôn và thúc đẩy phát triển bền vững tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật xây dựng kết cấu mặt đường GTNT, trong đó tập trung vào:

  • Lý thuyết cơ học đất và vật liệu xây dựng: Phân tích các chỉ tiêu cơ lý như cường độ chịu nén, độ chặt, mô đun đàn hồi của vật liệu đá Puzolan và hỗn hợp bê tông xi măng gia cố.
  • Mô hình kết cấu mặt đường GTNT: Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật về kết cấu mặt đường cấp A, B, C, D theo TCVN 8858:2011 và TCVN 8859:2011, bao gồm các loại kết cấu bê tông xi măng, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, và các vật liệu không nung.
  • Khái niệm về vật liệu xi măng bổ sung (SCM): Đá Puzolan được xem là vật liệu bổ sung trong sản xuất xi măng, có tác dụng cải thiện tính chất cơ lý và độ bền của bê tông, đồng thời giảm phát thải CO2 trong sản xuất xi măng.
  • Lý thuyết kinh tế kỹ thuật xây dựng: Đánh giá hiệu quả kinh tế dựa trên chi phí nguyên vật liệu, chi phí vận chuyển, chi phí thi công và tuổi thọ công trình.

Các khái niệm chính bao gồm: đá Puzolan, kết cấu mặt đường GTNT, chỉ tiêu cơ lý vật liệu, mô đun đàn hồi, hiệu quả kinh tế kỹ thuật.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa phương pháp lý thuyết, phân tích thống kê và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, cụ thể:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu từ các mỏ đá Puzolan trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, các báo cáo quy hoạch khoáng sản, số liệu thống kê giao thông và kinh tế xã hội của tỉnh, cùng các kết quả thí nghiệm cơ lý vật liệu tại phòng thí nghiệm.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu đá Puzolan từ 5 mỏ tiêu biểu có trữ lượng lớn và chất lượng ổn định như Núi Sao, Núi Đất, Long Tân, Xuyên Mộc, và Đất Đỏ. Mẫu được lấy theo phương pháp ngẫu nhiên có kiểm soát để đảm bảo tính đại diện.
  • Phương pháp phân tích: Thực hiện các thí nghiệm xác định thành phần hạt, cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ, mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn TCVN 8858:2011 và TCVN 8859:2011. Phân tích so sánh các chỉ tiêu cơ lý của đá Puzolan với đá dăm truyền thống.
  • Thí nghiệm thực địa: Thi công đoạn thử nghiệm mặt đường GTNT sử dụng cấp phối đá Puzolan gia cố xi măng (CPĐP.GCXM) tại một số địa phương trong tỉnh, đo đạc độ chặt, mô đun đàn hồi và đánh giá hiện trạng sau thi công.
  • Phân tích kinh tế: So sánh chi phí đầu tư, chi phí vận chuyển và hiệu quả sử dụng giữa mặt đường sử dụng đá Puzolan và các vật liệu truyền thống, dựa trên số liệu thực tế và ước tính chi phí.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2017, bao gồm giai đoạn khảo sát, thí nghiệm, thi công thử nghiệm và phân tích kết quả.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khách quan và khả năng áp dụng thực tiễn cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng và trữ lượng đá Puzolan tại Bà Rịa – Vũng Tàu
    Tỉnh có 19 mỏ đá Puzolan với trữ lượng ước tính khoảng 237 triệu tấn, phân bố chủ yếu tại các huyện Châu Đức, Đất Đỏ, Xuyên Mộc và TP. Bà Rịa. Các mẫu đá Puzolan có thành phần hóa học phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 8859:2011, với hàm lượng SiO2 từ 44,6% đến 67,1%, Al2O3 từ 13,6% đến 18%, và MgO từ 3,2% đến 7,6%. Hoạt tính pozzolanic của đá đạt từ 79 đến 131 MgCaO/g.p, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật làm vật liệu xây dựng.

  2. Chỉ tiêu cơ lý của đá Puzolan và hỗn hợp cấp phối đá Puzolan gia cố xi măng (CPĐP.GCXM)
    Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ chịu nén mẫu CPĐP.GCXM đạt từ 15 đến 25 MPa sau 28 ngày bảo dưỡng, tương đương hoặc cao hơn 10-15% so với cấp phối đá dăm truyền thống. Mô đun đàn hồi của lớp mặt đường sử dụng CPĐP.GCXM đạt khoảng 150-180 MPa, cao hơn 12% so với mặt đường cấp phối đá dăm. Độ chặt của lớp móng CPĐP đạt trên 95%, đảm bảo độ ổn định kết cấu.

  3. Hiệu quả thi công và hiện trạng mặt đường thử nghiệm
    Đoạn đường thử nghiệm sử dụng đá Puzolan tại xã Xà Bang, huyện Châu Đức có chiều dài 500 m, sau 12 tháng khai thác không xuất hiện hiện tượng bong tróc, lầy lội hay trơn trượt như các mặt đường cấp phối đá dăm truyền thống. Độ bằng phẳng và khả năng thoát nước được cải thiện rõ rệt, góp phần nâng cao an toàn giao thông và giảm chi phí bảo trì.

  4. Phân tích kinh tế kỹ thuật
    Chi phí đầu tư cho mặt đường sử dụng đá Puzolan giảm khoảng 15-20% so với vật liệu truyền thống do tận dụng nguồn vật liệu tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển và gia cố. Thời gian thi công rút ngắn 10%, nhờ công nghệ thi công đơn giản và vật liệu dễ dàng xử lý. Hiệu quả kinh tế được đánh giá tích cực, góp phần nâng cao khả năng đầu tư mở rộng mạng lưới GTNT.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả tích cực trên là do đá Puzolan có tính chất pozzolanic cao, giúp tăng cường liên kết trong hỗn hợp bê tông xi măng, nâng cao cường độ và độ bền mặt đường. So với đá dăm truyền thống, đá Puzolan có khả năng chống thấm nước và chịu mài mòn tốt hơn, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.

Kết quả thí nghiệm và hiện trường phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng đá Puzolan trong xây dựng mặt đường, đồng thời khẳng định tiềm năng khai thác và sử dụng vật liệu địa phương hiệu quả. Việc sử dụng đá Puzolan không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế khai thác đá tự nhiên và giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất xi măng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi giữa các loại vật liệu, bảng tổng hợp chi phí đầu tư và biểu đồ hiện trạng mặt đường thử nghiệm theo thời gian, giúp minh họa rõ nét hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của đá Puzolan.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Khuyến khích sử dụng đá Puzolan làm vật liệu kết cấu mặt đường GTNT
    Các cơ quan quản lý giao thông và xây dựng nên ban hành chính sách ưu đãi, hỗ trợ kỹ thuật để thúc đẩy ứng dụng đá Puzolan trong các dự án xây dựng đường GTNT, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, giảm chi phí đầu tư và bảo vệ môi trường.

  2. Đào tạo và chuyển giao công nghệ thi công
    Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo kỹ thuật cho cán bộ kỹ thuật, nhà thầu và công nhân thi công về quy trình xử lý, gia cố và thi công mặt đường sử dụng đá Puzolan, đảm bảo chất lượng và hiệu quả công trình.

  3. Mở rộng nghiên cứu và thử nghiệm thực tế
    Thực hiện các dự án thí điểm mở rộng quy mô sử dụng đá Puzolan tại nhiều địa phương trong tỉnh, theo dõi, đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế trong điều kiện thực tế để hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công.

  4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn sử dụng đá Puzolan
    Các cơ quan chuyên môn cần xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cụ thể về thành phần vật liệu, chỉ tiêu cơ lý, quy trình thi công và bảo trì mặt đường sử dụng đá Puzolan, tạo cơ sở pháp lý cho việc áp dụng rộng rãi.

  5. Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông Vận tải tỉnh, các đơn vị thi công xây dựng, Viện nghiên cứu vật liệu xây dựng, các trường đại học chuyên ngành xây dựng và địa chất.

  6. Timeline: Triển khai trong giai đoạn 2024-2027 với các bước ưu tiên thí điểm, đào tạo, hoàn thiện tiêu chuẩn và nhân rộng ứng dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý giao thông và xây dựng địa phương
    Giúp hoạch định chính sách, quy hoạch phát triển mạng lưới GTNT, lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp với điều kiện địa phương, tối ưu hóa chi phí đầu tư và bảo trì.

  2. Các nhà thầu và doanh nghiệp xây dựng
    Cung cấp kiến thức kỹ thuật về vật liệu đá Puzolan, quy trình thi công và kiểm soát chất lượng, từ đó nâng cao hiệu quả thi công và chất lượng công trình.

  3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành xây dựng, địa chất
    Là tài liệu tham khảo khoa học để phát triển nghiên cứu sâu hơn về vật liệu xây dựng bền vững, ứng dụng công nghệ mới và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao.

  4. Chính quyền địa phương và cộng đồng dân cư nông thôn
    Hiểu rõ lợi ích của việc sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng hạ tầng giao thông, từ đó tăng cường sự đồng thuận và tham gia tích cực vào các chương trình xây dựng nông thôn mới.

Câu hỏi thường gặp

  1. Đá Puzolan là gì và có đặc điểm gì nổi bật?
    Đá Puzolan là loại đá núi lửa có tính chất pozzolanic, tức là có khả năng phản ứng với vôi để tạo thành chất kết dính bền vững. Đặc điểm nổi bật là độ bền cao, khả năng chống thấm và chịu mài mòn tốt, phù hợp làm vật liệu xây dựng mặt đường.

  2. Tại sao nên sử dụng đá Puzolan trong xây dựng mặt đường GTNT?
    Sử dụng đá Puzolan tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển và đầu tư, đồng thời nâng cao độ bền và tuổi thọ mặt đường, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

  3. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng đá Puzolan so với vật liệu truyền thống như thế nào?
    Chi phí đầu tư giảm khoảng 15-20% do giảm chi phí vận chuyển và gia cố. Thời gian thi công rút ngắn, giảm chi phí bảo trì nhờ mặt đường bền hơn, giúp tiết kiệm ngân sách đầu tư công.

  4. Quy trình thi công mặt đường sử dụng đá Puzolan có phức tạp không?
    Quy trình thi công tương tự như các loại vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt, dễ dàng áp dụng tại các công trình GTNT với công nghệ thi công đơn giản.

  5. Đá Puzolan có thể sử dụng cho các loại đường GTNT cấp nào?
    Đá Puzolan phù hợp cho các cấp đường GTNT từ cấp A đến cấp D, đặc biệt hiệu quả cho các đường nội đồng, đường thôn xóm với yêu cầu kỹ thuật vừa phải và chi phí hợp lý.

Kết luận

  • Đá Puzolan tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu có trữ lượng lớn và chất lượng phù hợp làm vật liệu xây dựng mặt đường GTNT theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
  • Kết quả thí nghiệm và thi công thử nghiệm cho thấy đá Puzolan gia cố xi măng có cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi vượt trội so với vật liệu truyền thống, đảm bảo độ bền và ổn định kết cấu.
  • Việc sử dụng đá Puzolan giúp giảm chi phí đầu tư khoảng 15-20%, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí bảo trì, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật.
  • Nghiên cứu khuyến nghị mở rộng ứng dụng đá Puzolan trong xây dựng GTNT, đồng thời hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật và đào tạo chuyển giao công nghệ thi công.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm quy mô lớn, xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách hỗ trợ nhằm thúc đẩy phát triển bền vững hạ tầng giao thông nông thôn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.

Để góp phần phát triển hạ tầng giao thông nông thôn bền vững, các cơ quan, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích tiếp cận và ứng dụng kết quả nghiên cứu này trong thực tiễn xây dựng và quản lý dự án.