CONG NGHE GIA CO VAT LIEU ROI

Bé m«n ®­êng bé

C«ng nghÖ gia cè
vËt liÖu rêi

TP. HCM, th¸ng 5/2010


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời
A- PHẦN MỞ ĐẦU
A.1. Định nghĩa vật liệu rời:
A.2. Định nghĩa về gia cố vật liệu rời
A.3. Phạm vi nghiên cứu của môn học
A.4. Tầm quan trọng của gia cố vật liệu rời trong xây dựng giao thông
A.5 – Các đặc trưng về cường độ và độ biến dạng của đất và vật liệu hạt gia cố

3
3
3
3
4
5

CHƯƠNG I: GIA CỐ ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG

13

1.1. CÁC ĐẶC TÍNH QUAN TRỌNG CỦA ĐẤT DÙNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ
1.1.1. Thành phần hạt và cấp phối hạt của đất.
1.1.2. Giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ số dẻo, chỉ số độ sệt của đất
1.1.3. Độ chặt và độ ẩm của đất

1.1.4. Chỉ số CBR (California Bearing Ratio)
1.1.5. Độ trương nở của đất
1.1.6. Phạm vi sử dụng của các loại đất đắp nền đường

13
13
13
14
16
17
18

1.2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ GIA CỐ ĐẤT
1.2.1. Khái niệm chung.
1.2.2. Các phương pháp gia cố đất trong xây dựng đường ô tô
1.2.3. Đất gia cố xi măng

19
19
20
24

1.3. CÔNG NGHỆ GIA CỐ ĐẤT LÀM ĐƯỜNG Ô TÔ
1.3.1. Công nghệ gia cố đất bằng xi măng
1.3.2. Công nghệ gia cố đất bằng vôi

28
28
33

1.4. ĐẤT GIA CỐ NHŨ TƯƠNG BI TUM
1.4.1. Lý thuyết đất gia cố chất liên kết hữu cơ.
1.4.2. Thi công mặt, móng đường đất gia cố nhũ tương bi tum

44
45
47

1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐẤT PHI TRUYỀN THỐNG
1.5.1. Phối hợp gia cố đất bằng xi măng/ vôi với tro bay
1.5.2. Đất gia cố xi măng và nhũ tương nhựa đường
1.5.3. Gia cố đất sử dụng phụ gia đặc biệt

48
48
49
49

CHƯƠNG 2: GIA CỐ CÁT HẠT NHỎ (CÁT DI ĐỘNG)

54

2.1 ĐẶC ĐIỂM GIA CỐ CÁT HẠT MỊN

54

2.2. GIA CỐ CÁT HẠT MỊN BẰNG CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ

56

2.3. GIA CỐ BẰNG KEO TỔNG HỢP

62

2.4. PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ BỀ MẶT CÁT VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CƠ BẢN

68

2.5. GIA CỐ CÁT SÔNG HỒNG

73

CHƯƠNG III: MẶT ĐƯỜNG LÀM BẰNG VẬT LIỆU ĐÁ GIA CỐ XI MĂNG

75

3.1. KHÁI NIỆM

75

3.2. ĐÁ DĂM VÀ CẤP PHỐI ĐÁ DĂM

76

1

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

3.3. MẶT ĐƯỜNG ĐÁ DĂM KẸP VỮA XI MĂNG - CÁT

86

3.4. CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG
3.4.1. Nguyên lý gia cố
3.4.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ cấp phối đá gia cố xi măng.
3.4.3. Yêu cầu đối với hỗn hợp cấp phối đá gia cố xi măng dùng trong mặt đường.
3.4.4. Yêu cầu vật liệu dùng để gia cố.
3.4. 5. Trình tự và nội dung thi công lớp cấp phối đá gia cố xi măng.
3.4. 6. Kiểm tra, nghiệm thu lớp cấp phối đá gia cố xi măng.

89
89
91
93
94
95
99

CHƯƠNG IV: MẶT ĐƯỜNG ĐÁ GIA CỐ NHỰA

101

4.1. ĐÁ DĂM GIA CỐ NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP THẤM NHẬP
4.1.1. Khái niệm chung
4.1.2. Thi công lớp thấm nhập nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhựa nóng.
4.1.3. Thi công lớp thấm nhập nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhũ tương.

101

101
102
107

4.2. MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA.
4.2.1. Khái niệm.
4.2.2. Phân loại.
4.2.3. Yêu cầu vật liệu (áp dụng cho lớp láng mặt dưới hình thức nhựa nóng).

111
111
112
113

4.3. ĐÁ DĂM GIA CỐ NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN
4.3.1. Khái niệm chung.
4.3.2. Phân loại.

121
121
122

2

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

A- PHẦN MỞ ĐẦU

A.1. Định nghĩa vật liệu rời:
Vật liệu rời là các vật liệu dạng hạt không có tính dính hoặc tính dính rất nhỏ. Tính dính
này bị mất đi dưới một tác động nhất định ví dụ ngâm trong nước.
Vật liệu rời có một tên chung là đất (đất xây dựng). Tuỳ theo thành phần hạt chứa trong
vật liệu rời mà chúng có các tên khác nhau: đất cát, đất sét, đất á cát, đất á sét, đất lẫn đá
(cấp phối đồi), cuội sỏi (cấp phối suối), đá dăm (vật liệu hạt nghiền ra từ đá thiên nhiên hoặc
nhân tạo dạng khối), cấp phối đá dăm (hỗn hợp đá dăm theo một tỷ lệ thành phần các cỡ hạt
nhất định)

A.2. Định nghĩa về gia cố vật liệu rời
Gia cố vật liệu rời là sử dụng một tác động nhất định nhằm thay đổi hoặc giữ lâu dài một
tính chất nhất định của vật liệu rời phù hợp (có lợi) cho mục tiêu sử dụng.
Biện pháp tác động để gia cố vật liệu rời rất phong phú:
Các tác động vật lý: thay đổi thành phần hạt, cấp phối hạt;
Các tác động cơ học: ví dụ đầm nén;
Các tác động nhiệt: biến đất thành gạch, thành gốm;
Các tác động hoá học: sử dụng chất liên kết vô cơ (vôi, xi măng, xỉ lò cao…, sử
dụng chất liên kết hữu cơ: các loại nhựa đường, các hợp chất chuyên dụng
khác…);
Các tác động điện: dùng dòng điện phá vỡ liên kết phân tử của nước với hạt sét
để giải phóng nước làm tăng độ chặt của đất;
Các tác động đồng thời của nhiều nhân tố: cơ -lý; cơ - hoá; lý - hoá; điện – hoá…

A.3. Phạm vi nghiên cứu của môn học
Các vật liệu như bê tông asphalt hay bê tông xi măng, bê tông xi măng cường độ cao…
xét về bản chất cũng được tạo nên bởi một loạt quá trình gia cố vật liệu rời. Tuy nhiên, sau
những tương tác ấy bản chất của vật liệu rời mất đi nên chúng không thuộc phạm vi nghiên
cứu của môn học này do tính đặc thù của nó;

3

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Vật liệu đất, cát, cuội sỏi và vật liệu đá gia cố sử dụng làm lớp trên cùng của nền đường,
móng trên và móng dưới cho mặt đường cấp cao hay dùng làm lớp móng, lớp mặt cho mặt
đường cấp thấp là đối tượng được môn học đặc biệt quan tâm.

A.4. Tầm quan trọng của gia cố vật liệu rời trong xây dựng giao thông
A.4.1. Vật liệu rời và vật liệu rời gia cố được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng đường ô tô
a) Sử dụng trong xây dựng nền đường:
Nền đường ô tô, nền đường sắt được định nghĩa là một công trình làm bằng đất (theo khái
niệm rộng rãi ở trên: bằng vật liệu rời). Để đảm bảo cho nền đường và mặt đường cũng như các
công trình xây dựng trên nền đường được bền vững lâu dài dưới tác động của các nhân tố môi
trường ngoài và tác động của xe cộ đi lại đất làm nền đường phải thoả mãn những yêu cầu nhất
định, ví dụ: khả năng chịu lực, thành phần hạt, độ chặt, độ ẩm, chỉ số dẻo, độ trương nở…khi
một trong những yêu cầu ấy không thoả mãn thì sử dụng biện pháp gia cố đất để làm nền đường.
b) Sử dụng trong xây dựng áo đường (mặt đường):
Làm lớp đáy áo đường cho áo đường cấp cao có thể sử dụng đất chọn lọc (cấp phối
đồi) có CBR>10 (12), mô đun đàn hồi > 50Mpa hoặc đất (cát) gia cố vôi, xi măng,
nhựa đường, xỉ lò cao…
Làm lớp móng : Mặt đường cấp cao sử dụng cấp phối đá dăm loại 1, loại 2, đất gia cố
làm lớp móng dưới. Lớp móng trên mặt đờng cấp cao phải sử dụng vật liệu rời gia cố
để đảm bảo tuổi thọ cao của mặt đường. Có thể là cấp phối đá dăm gia cố nhựa, cấp
phối đá dăm gia cố xi măng, đá dăm đồng kích cỡ gia cố nhựa, gia cố xi măng, cát hạt
to, cuội sỏi gia cố xi măng. Mặt đường cấp thấp, vật liệu rời và vật liệu rời gia cố có
thể sử dụng làm lớp móng trên hoặc lớp mặt.
A.4.2. Sử dụng vật liệu rời và vật liệu rời gia cố trong xây dựng đường ô tô có hiệu quả về

nhiều mặt
a) Hiệu quả kỹ thuật
Nền đường và móng đường bằng vật liệu rời và vật liệu rời gia cố có ảnh hưởng quyết định
đến cường độ và tuổi thọ của áo đường và toàn bộ công trình đường. Quan điểm này chi phối
các tiêu chuẩn thiết kế và xây dựng đường hiện đại.

4

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Trong tiêu chuẩn TCN 211-06 : thiết kế áo đường mềm, đặt ra yêu cầu rất cao đối với đất
đắp nền đường nhằm mục đích nói trên. Đồng thời rất mong muốn sử dụng vật liệu rời gia cố
làm lớp móng trên đối với áo đường cấp cao.
b) Hiệu quả kinh tế
Xét về tổng thể, đối với áo đường cấp cao, nhiều xe chạy việc nâng cao yêu cầu đối với
nền đường và sử dụng vật liệu rời gia cố sẽ có lợi về kinh tế do tăng được thời gian sử dụng
áo đường (có thể là gấp đôi: cùng loại mặt đường, nước ngoài dùng được 10-12 năm, nước
ta 5-6 năm).
Để đạt được hiệu quả kinh tế tốt hơn cần đặc biệt lưu ý sử dụng vật liệu địa phương không
đạt chuẩn gia cố để có được vật liệu thích hợp.
Ví dụ dùng cát hạt nhỏ có trên khắp các sông đồng bằng Bắc bộ, Nam bộ gia cố xi măng
làm lớp đáy áo đường thay cho đất cấp phối đồi phải vận chuyển từ xa đến. Chi phí vận
chuyển đất trong trường hợp này lớn hơn tiền phải bỏ ra mua xi măng.
c) Bảo vệ mạng đường hiện có
Khối lượng vật liệu phải chuyên chở để xây dựng nền đường áo đường rất lớn. Đối với các
công trình lớn lượng vận chuyển có thể lên đến hàng trăm triệu tấn. Nhu cầu sử dụng xe trọng
tải lớn để vận chuyển là rất cao. Mạng lưới đường địa phương bị phá hoại rất nhanh. Khôi

phục lại các con đường này sau thi công rất tốn kém. Vì vậy càng giảm được lượng vật liệu từ
xa đến, mạng lưới đường hiện có càng được bảo vệ.
d) Hiệu quả giảm thiểu tác động đến môi trường
Đây là một yêu cầu rất cấp bách hiện nay. Cần phải mở rộng phạm vi sử dụng của các vật
liệu địa phương để tránh cho một nguồn tài nguyên bị khai thác cạn kiệt, tránh cho ruộng vườn
thành ao, hồ, đồi núi bị san bằng hay đào bới nham nhở. Ví dụ nếu có thể dùng cát khi nạo vét
kênh mương khu vực Hải Phòng, Hưng Yên, Hải Dương, Hà Nội để đắp nền đường cao tốc
Hà Nội – Hải Phòng (cần hàng chục triệu mét khối) sẽ rất có lợi.

A.5 – Các đặc trưng về cường độ và độ biến dạng của đất và vật liệu hạt gia cố
A.5.1. Các đặc trưng cường độ
Vì đất và vật liệu hạt sau khi gia cố với các chất liên kết đều trở thành vật liệu gia cố làm
các lớp kết cấu áo đường hiện có phù hợp với yêu cầu chịu tải bánh xe truyền xuống không,
5

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

thông thường người ta sử dụng các đặc trưng cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo trực tiếp
(hoặc gián tiếp) hay chịu kéo uốn các của các mẫu vật liệu gia cố được đem thử nghiệm ở
trạng thái khô hoặc bão hoà nước và ở một tuổi mẫu nào đó (7, 28, 90 ngày…) Riêng với các
loại đất ra cố nhựa lỏng có cấu trúc keo tụ, còn có thể sử dụng đặc trưng cường độ chống
cắt để đánh giá khả năng ổn định của chúng khi làm việc ở nhiệt độ cao.
a) Cường độ chịu nén
Để đánh giá cường độ chịu nén của vật liệu gia cố chất liên kết người ta thường dùng
thử nghiệm nén một trục nở hông tự do với tiết diện truyền tải bằng tiết diện ngang của mẫu.
Các tiêu chuẩn ngành ở nước ta quy định sử dụng các loại hình mẫu đất hoặc vật liệu hạt
gia cố được chế bị ở độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất hoặc dung trọng khô yêu cầu

tương ứng với công đầm nén tiêu chuẩn hoặc cải tiến hoặc được chế bị dưới áp lực tĩnh 100150 daN/cm2 trong thời gian 3 phút đối với đất gia cố chất liên kết vô cơ hoặc 300daN/cm2
với đất gia cố nhựa lỏng với kích thước mẫu như sau:
- Mẫu hình trụ tròn có đường kính 152 mm, cao 117mm cho vật liệu hạt có kích cỡ hạt
lớn như cấp phối đá dăm (sỏi cuội) gia cố xi măng; còn với các loại đất và vật liệu có kích
cỡ hạt lớn nhất dưới 5mm thì có thể dùng mẫu hình trụ có đường kính 5cm và chiều cao 5cm
(cả cho các loại đất gia cố liên kết vô cơ và hữu cơ).
- Theo tiêu chuẩn Anh thi mẫu chuẩn có hình dạng lập phương với kích thước mỗi cạnh
150mm dùng cho đất và vật liệu hạt gia cố chất liên kết vô cơ; còn đối với đất gia cố nhựa
lỏng thì lại dùng mẫu hình trụ và đánh giá bằng thử nghiệm Mácsan như với bê tông nhựa.
Trong trường hợp không tiện chế bị mẫu lập phương, tiêu chuẩn Anh cho phép sử dụng các
mẫu hình trụ tròn nhưng kết quả nén phải được thay đổi về mẫu chuẩn lập phương với các
hệ số quy đổi thuỳ thuộc kích thước mẫu trụ tròn như ở bảng A1-1.
Bảng A1-1: Hệ số quy đổi kết quả nén các mẫu hình trụ tròn
về mẫu chuẩn hình lập phương của Anh

Kích thước mẫu trụ tròn Chiều cao x đường
kính (mm)
Hệ số quy đổi

200x100

115,5x105

127x152

1,25

1,04

0,96

- Ở CHLB Nga sử dụng các mẫu trụ tròn có đường kính và chiều cao là 50 x 50mm cho
vật liệu cỡ hạt lớn nhất D = 5mm, là 100x100mm cho trường hợp D = 25mm và 150 x
150mm cho trường hợp D = 40mm.
6

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Đối với các vật liệu liên kết vô cơ, trước khi nén mẫu phải bảo dưỡng ẩm (ủ mạt cưa vào
gần đến tuổi nén mẫu) phải ngẫm mẫu trong nước tĩnh 2-3 ngày đêm (mẫu lớn 3 ngày đêm),
trong đó ngày đầu chỉ cho ngập nước 1/3 chiều cao mẫu. Mẫu được nén đúng tuổi mẫu quy
định (7, 14 hoặc 28 ngày) với tốc độ piston nén 3mm/phút hoặc (6±1) daN/cm2.sec
Đối với vật liệu gia cố nhựa lỏng, quy định thử nghiệm mẫu được thực hiện với bê tông nhựa.
Kết quả thử nghiệm nén mẫu được tính theo công thức:
Rnén =

P
F

(A1-1)

Trong đó: P là tải trọng nén khi mẫu bị phá hoại (N)
F là diện tích ban đầu của mặt mẫu (cm2)
b) Cường độ chịu kéo
Đặc trưng cường độ chịu kéo của vật liệu toàn khối nói chung có thể được đánh giá
thông qua thí nghiệm kéo trực tiếp như sơ đồ ở hình A1-1 hoặc thông qua thí nghiệm ép chẻ
như ở sơ đồ A1-2.

Hình A1-1: Thí nghiệm kéo trực tiếp

Hình A1-2: Thí nghiệm ép chẻ
d - đường kính mẫu; t - chiều dài mẫu; p - tải trọng
nén mẫu theo đường sinh; z; z – phân bố ứng
suất theo phương z (thẳng góc với trục y) và theo
phương y (thẳng góc với trục z).

Với thí nghiệm kéo trực tiếp, vật liệu gia cố được chế bị thành mẫu trụ tròn có chiều cao
bằng 2,5 ÷ 3,0 lần đường kính (Chế bị và bảo dưỡng mẫu theo các điều kiện như với mẫu
7

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

nén); ở hai đầu biến dạng tương đương với cấp tải trọng kéo (daN/cm2) thông qua đát-sit đo
biến dạng. Trị số tải trọng kéo lớn nhất triên biểu đồ ứng suất kéo… biến dạng chính là
cường độ kháng kéo giới hạn. (ứng suất kéo được tính theo công thức dạng công thức A1-1
nhưng thay P bằng lực kéo).
Mẫu thí nghiệp ép chẻ có đường kính d, chiều cao (dài) t với t nhỏ (thường t≤d). Nén
mẫu theo đường sinh của mẫu hình trụ và cường độ chịu kéo giới hạn R kéoép chẻ
épche
Rkéo
=

2 P ⎛ daN ⎞
, ⎜

⎟
πdt ⎝ cm 2 ⎠

(A1-2)

Trong đó: p- Lực nén lớn nhất đạt đựơc khi mẫu bị phá hoại (mẫu bị tách vỡ đôi theo
mẫu phá hoại d x t);

= 3,1416;

Theo các tiêu chuẩn ngành 22TCN246-98 đối với cát gia cố xi măng và 22TCN245-98
đối với cấp phối đá (sỏi cuội) gia cố xi măng, cường độ chịu kéo ép chẻ được xác định với
các mẫu có d = 152mm, t = 117mm ở tuổi 28 ngày (có ngâm nước 3 ngày với cát gia cố và 7
ngày với cấp phối đá gia cố) với tốc độ nén như khi thí nghiệm nén một trục nở hông tự do.
c) Cường độ chịu kéo uốn
Ngoài cách thử nghiệm xác định Tru (cường độ chịu kéo uốn giới hạn) theo 22TCN 22193 với việc sử dụng mẫu dầm 4x4x16cm theo sơ đồ gia tải ở chính giữa dầm có 1=14cm
Kích thước mẫu dầm thường được các nước sử dụng là:
! 5cm x 5cm x24cm (với 1 = 30cm, h = 5cm) dùng cho các mẫu đất gia cố xi
măng, vôi hoặc cát gia cố nhựa lỏng;
! 10cm x 10cm x 40cm (với 1= 30cm, h = 5cm) dùng cho vật liệu hạt gia cố có
cỡ hạt lớn nhất D = 2,5.
! 15cm x 15cm x 55cm (với 1 = 45cm, h = 15cm) dùng cho hỗn hợp gia cố có
cỡ hạt lớn nhất D = 3,5.
Trong trường hợp gia tải theo sơ đồ hình 1-3 thì cường độ kéo uốn giới hạn Rku được xác
định theo công thức.
Rku =

Pl
Bh 2

(A1-3)

Trong đó b là bề rộng mẫu (b = h) và P là tải trọng khi mẫu dầm bị phá hoại.
8

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Có thể kết hợp do biến dạng (độ võng của mẫu dầm) để từ đó xác định môđun đàn hồi
kéo uốn của vật liệu gia cố.

Hình A1 – 3: Sơ đồ gia tải trên mẫu uốn kiểu
dầm (l - khoảng cách giữa các gối kê mẫu
dầm; h - chiều cao mẫu dầm.

d) Cường độ chịu cắt
Cường độ chịu cắt của vật liệu gia cố có thể được xác định bằng thí nghiệm nén 3 trục
với các mãu trụ tròn có đường kính bằng hoặc lớn hơn 10cm tuỳ cỡ hạt và chiều cao mẫu
bằng hoặc lớn hơn 2 lần đường kính.
Ngoài ra, có thể xác định lực dính c vào góc nội ma sát
độ chịu nén Rnén và cường độ chịu kéo trực tiếp R

kéo

ép chẻ

của vật liệu gia cố theo cường

. Theo các quan hệ sau suy ra từ

vòng Morh biểu thị trạng thái ứng suất cắt và kéo (hoặc nén).
ϕ

(A1-4)

Rnén = 2ctg (45 0 + )
2
TT
Rkéo
=

2c
0

(A1-5)

ϕ

tg (45 + )
2

c=

1
TT
R nén − Rkéo
2

(A1-6)

TT
Rnén − Rkéo
sin ϕ =
TT
Rnén + Rkéo

(A1-7)

RnénTT : Cường độ chịu kéo trực tiếp
A.5.2. Đặc trưng mỏi của vật liệu gia cố
Khi vật liệu chịu tác dụng của tải trọng trùng phục thì cường độ giới hạn của nó sẽ giảm
đi so với khi nó chịu tác dụng tải trọng tĩnh tác một lần. Hiện tượng này được gọi là hiện
9

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

tượng mỏi (vật liệu bị mỏi). Nguyên nhân gây mỏi là do cấu tạo lớp vật liệu kém đồng nhất,
có những chỗ xấu cục bộ (trộn đất với chất liên kết không đều hoặc đầm nén bị lỏi..) khiến
cho tại đó phát sinh ứng suất cục bộ, sau nhiều lần tải trọng tải dụng sẽ tạo ra các vết nứt
nhỏ phát triển liên tục làm giảm diện tích chịu tải hữu hiệu, cuối cùng dẫn đến vật liệu bị phá
hỏng sau một số lần tác dụng nhất định.
a) Đối với các vật liệu gia cố chất liệu kết vô cơ:
Thử nghiệm mỏi thường được tiến hành với các mẫu dầm như trong thí nghiệm xác định
cường độ kéo uốn nói trên. Kết quả thí nghiệm cho thấy, đa số các vật liệu gia cố vô cơ, quy
luật mỏi được xác định theo phương trình sau:

σ kéo−uôn
Rkéo−uôn

trong đó:

kéo uốn: Ứng

(A1-8)

= α − β log N

suất kéo – uốn giới hạn do tải trọng trùng phục gây ra;

R kéo – uốn : Cường độ giới hạn chịu kéo – uốn khi tác dụng tải trọng tĩnh;
N- số lần tác dụng tải trọng trùng phục xác định,

và R thay đổi thuỳ theo loại

vật liệu gia cố, tỷ lệ chất liên kết và độ chặt đầm nén mẫu.
Với hỗn hợp bê tông xi măng, theo thực nghiệm của Kesler
theo Tepfer thì cho
lần thì thường

= 0.954 và R = 0.049, còn

= 1.0 và R = 0.0685. Ngoài ra, thực nghiệm cũng cho thấy, với N = 107

kéo uốn

= 0,55 R kéo – uốn và nếu

kéo uốn

<0.75 R kéo – uốn thì ảnh hưởng của tần

suất gia tải đến quá trình gây mỏi là không đáng kể.
Qua (1-8) cũng cho thấy: các yếu tố nào làm tăng cường độ R kéo – uốn cũng sẽ làm lợi cho
khả năng chịu mỏi của vật liệu gia cố.
b) Đối với vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ:
Thử nghiệm mỏi có thể được tiến hành trên các mẫu 3 trục, mẫu uốn dầm, mẫu ép chẻ
và cả mẫu dầm kiểu nút thừa. Nếu thử nghiệm trong điều kiện khống chế ứng suất kéo trùng
phục

kéo uốn

(hoặc

kéo,

épchẻ)

trong mẫu giữ nguyên không thay đổi thì quy luật mỏi

thường được biểu thị theo phương trình sau:

10

BM: Đường bộ

Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời
⎛ 1 ⎞
⎟⎟
N = A⎜⎜
σ
⎝ kéo−uôn ⎠

b

(A1-9)

Tức là tuổi thọ N (số lần tác dụng đến khi mẫu phá hoại) sẽ càng ngắn, khi

kéo uốn

càng lớn.

A,b là các hệ số tuỳ thuộc loại vật liệu gia cố, hàm lượng nhựa, độ đầm nén chặt và nhiệt
độ mẫu khi thử nghiệm.
Tăng độ chặt của hỗn hợp gia cố, giảm nhỏ lỗ rỗng, tăng lượng nhựa sử dụng thích đáng
thì có thể giảm nhỏ hiện tượng tập trung ứng suất từ đó có thể kéo dài tuổi thọ mỏi.
A.5.3. Đặc trưng quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu rời gia cố.
Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu rời gia cố có thể được nghiên cứu các
mẫu nén một trục, nén ba trục hoặc mẫu uốn dầm.
a) Đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ.
Trên hình A1-4 là quan hệ giữa độ lệch ứng suất

1-

3 vói

biến dạng thẳng đứng tương

đối ε1(%) của các mẫu đất và vật liệu hạt gia cố xi măng của J.K.Mitchell.
Qua kết quả thí nghiệm ở hình A1-4 ta thấy rõ khi ứng suất thấp thì do tính toàn khối
của vật liệu gia cố nên quan hệ giữa ứng suất và biến dạng gần như tuyến tính (đàn hồi)
nhưng khi ứng suất phải chịu vượt quá 50 – 60% ứng suất giới hạn thì quan hệ này trở lên
phi tuyến. Do vậy trong điều kiện làm việc thông thường (có xét đến dự trữ cường độ) thì có
thể xem môđun đàn hồi của loài vật liệu này và hằng số.
Trị số môđun dàn hồi của vật liệu gia cố
chất liên kết vô cơ tuỳ thuộc cấp phối hạt, tỷ
lệ chất liên kết, tuổi mẫu và trị số áp lực
hông

5 thực

tế lớp vật liệu đó chịu tác dụng.

Thông thường trị số môđun dàn hồi của các
loại đất gia cố xi măng trong phạm vi (0,7 ⎟
7,0).103 Mpa, hệ số Poisson

= 0.15 ⎟ 0,35

còn môđun đàn hồi cấp phối đá dăm (sỏi
cuội) gia cố xi măng nằm trong khoảng

Hình A1 – 4: Quan hệ ứng giữa ứng suất và
biến dạng của các vật liệu gia cố xi măng.
11

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

(7⎟28).103 Mpa với

= 0.10

0,20.

b) Đối với vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ.
Kết quả thử nghiệm nén 3 trục khi áp lực nén không đổi nhưng cho thời gian tác dụng
thay đổi đã chứng tỏ đặc trưng biến dạng của vật liệu gia cố nhự (kể cả các mẫu bê tông
nhựa) như hình A1-5.

Hình A1-5: Đặc trưng lưu biến của vật liệu gia cố nhựa (nén mẫu ở 600C với áp lực hông

3=

a) Áp lực nén còn nhỏ hơn 30 kPa; b) Áp lực nén lớn hơn 480 kPa
Các thử nghiệm đã chứng tỏ đặc trưng biến dạng của vật liệu gia cố nhựa phụ thuộc vào
nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng và chứng tỏ vật liệu gia cố nhựa là loại vật liệu
đàn hồi 0 dẻo – nhớt. Trong trường hợp a ở hình A1-5 vì áp lực tác dụng còn nhỏ (

1

=

30kPa) nên khi dỡ tải biến dạng ban dần ε0 được phục hồi gần như hoàn toàn, phần biến
dạng tăng khi thời gian tác dụng tăng εV thì hồi phục dần (lưu biến). Điều này chứng tỏ khi
áp lực tác dụng và thời gian tác dụng ngắn thì vẫn có thể xem vật liệu gia cố nhựa là vật liệu
dàn hồi. Nhưng khi áp dụng tăng đủ lớn như trong trường hợp b ở hình A1-5 thì khi dỡ tải
biến dạng không hồi phục hết và tồn tại biến dạng dẻo.
Đặc trưng đàn hồi – dẻo – nhớt nói trên là do các chất liên kết hữu cơ có tính nhớt và
tính nhớt này càng tăng khi nhiệt độ tăng . Ở nhiệt độ thấp, vật liệu gia cố nhựa cơ bản làm
việc ở trạng thái đàn hồi.

12

BM: Đường bộ

0


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

CHƯƠNG I: GIA CỐ ĐẤT TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG
1.1. CÁC ĐẶC TÍNH QUAN TRỌNG CỦA ĐẤT DÙNG TRONG XÂY DỰNG
ĐƯỜNG Ô TÔ
Đất là vật liệu chủ yếu sử dụng trong xây dựng nền đường ô tô. Tại những nơi khan hiếm
vật liệu người ta còn tìm cách cải thiện hay gia cố đất để làm các lớp móng của mặt đường
cấp thấp. Đất ở đây được dùng theo nghĩa hẹp bao gồm các loại đất không gọi là cát, cấp
phối đồi (đất lẫn đá dăm, đá sỏi), cuội sỏi hay cấp phối suối, đá dăm hay cấp phối đá dăm.
Đối với các loại đất này trong thành phần của nó chủ yếu là các hạt nhỏ có tính dính, cấp
phối hạt thường không liên tục.
Để bảo đảm cường độ và độ ổn định của nền đường (kể cả lớp đáy móng áo đường) cần
quan tâm đến các đặc tính dưới đây của đất.

1.1.1. Thành phần hạt và cấp phối hạt của đất.
Phân tích thành phần hạt là để xác định hàm lượng các cỡ hạt trong đất làm cơ sở cho việc
phân loại đất. Khi tiến hành phân loại đất, phải căn cứ vào hàm lượng của 3 nhóm hạt sau:
-Nhóm hạt cát (hạt có kích cỡ từ 5 đến 0,05mm)
-Nhóm hạt bụi (hạt có kích cỡ từ 0,05 đến 0,005mm)
-Nhóm hạt sét (hạt có kích cỡ nhỏ hơn 0,005mm)
Ngoài ra cần xác định hàm lượng các chất hữu cơ và các loại muối dễ hòa tan trong
nước chứa trong đất.

1.1.2. Giới hạn dẻo, giới hạn chảy và chỉ số dẻo, chỉ số độ sệt của đất
a) Giới hạn dẻo của đất tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Giới hạn dẻo WP được đặc trưng bằng độ ẩm
(tính bằng phần trăm) của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường
kính 3mm, thì que đất bắt đầu rạn nứt ngang và đứt thành những đoạn ngắn có chiều dài
khoảng từ 3 đến 10 mm.
b) Giới hạn chảy của đất tương ứng với độ ẩm mà loại đất sét có kết cấu bị phá hoại
chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Giới hạn chảy WL được đặc trưng bằng độ ẩm
(tính bằng phần trăm) của bột đất nhào với nước, mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón dưới
13

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

tác dụng của trong lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu 10mm. Giới hạn chảy của đất được
xác định bằng dụng cụ có hình vẽ dưới đây (TCVN 4197-86) hoặc theo phương pháp
Casagrande.

Hình 1-1: Dụng cụ xác định giới hạn nhão

c) Chỉ số dẻo (Ip) của đất
IP = WL -WP

(1-1)

Trong đó: WL: giới hạn chảy của đất;
WP: giới hạn dẻo của đất;
d) Chỉ số sệt B của đất
B=

W − Wp

(1-2)

WL − WP

Trong đó: W là độ ẩm thiên nhiên của đất tính bằng %;

1.1.3. Độ chặt và độ ẩm của đất
Độ chặt (khối lượng thể tích khô) và độ ẩm của đất là một chỉ tiêu quan trọng của đất làm
nền đường ô tô. Độ ẩm đầm nén tốt nhất và khối lượng thể tích khô lớn nhất (độ chặt lớn
nhất) của đất được xác định tùy thuộc vào công đầm, loại chầy đầm, việc đầm nén được
theo hai phương pháp:

14

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Đầm nén tiêu chuẩn (phương pháp I);
Đầm nén cải tiến (phương pháp II).
a) Đầm nén tiêu chuẩn: sử dụng chầy đầm 2,5 kg với chiều cao rơi là 305 mm để đầm mẫu.
b) Đầm nén cải tiến: sử dụng chầy đầm 4,54 kg với chiều cao rơi là 457 mm để đầm mẫu.
c) Tuỳ thuộc vào cỡ hạt lớn nhất khi thí nghiệm và loại cối sử dụng khi đầm mẫu, mỗi
phương pháp đầm nén (đầm nén tiêu chuẩn và đầm nén cải tiến) lại được chia thành 2 kiểu
đầm nén, ký hiệu là A và D. Tổng cộng có 4 phương pháp đầm nén khác nhau được ký hiệu
là I-A, I-D; II-A và II-D. Các thông số kỹ thuật tương ứng với 4 phương pháp đầm nén
được quy định chi tiết tại bảng 1-1.
Bảng 1-1. Các thông số kỹ thuật tương ứng với 4 phương pháp đầm nén

T
T

Thông số kỹ thuật

Phương pháp đầm nén
Đầm nén tiêu chuẩn
Đầm nén cải tiến
(Phương pháp I)
(Phương pháp II)
- Chầy đầm: 2,5 kg
- Chầy đầm: 4,54 kg
- Chiều cao rơi: 305mm
- Chiều cao rơi: 457 mm

Cối nhỏ

Cối lớn

Cối nhỏ

Cối lớn

I-A

I-D

II-A

II-D

101,6

152,4

101,6

152,4

1 Ký hiệu phương pháp
2 Đường kính trong của cối đầm, mm
3 Chiều cao cối đầm, mm
4 Cỡ hạt lớn nhất khi đầm, mm

116,43
4,75

19,0

4,75

19,0

5 Số lớp đầm

3

3

5

5

6 Số chầy đầm / lớp

25

56

25

56

7 Khối lượng mẫu xác định độ ẩm, g

100

500

100

500

d) Phương pháp I-A và II-A áp dụng cho các loại vật liệu có không quá 40% lượng hạt
nằm trên sàng 4,75 mm. Trong các phương pháp đầm nén này, các hạt trên sàng 4,75 mm
được gọi là hạt quá cỡ, hạt lọt sàng 4,75 mm được gọi là hạt tiêu chuẩn.
e) Phương pháp I-D và II-D áp dụng cho các loại vật liệu có không quá 30% lượng hạt
nằm trên sàng 19,0 mm. Trong các phương pháp đầm nén này, các hạt trên sàng 19,0 mm
được gọi là hạt quá cỡ, hạt lọt sàng 19,0 mm được gọi là hạt tiêu chuẩn.
f) Với mỗi loại vật liệu cụ thể, việc thí nghiệm đầm nén trong phòng được tiến hành theo 1
trong 4 phương pháp nêu trên và được quy định trong quy trình thi công nghiệm thu hoặc chỉ
dẫn kỹ thuật của công trình (dự án).
15

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

1.1.4. Chỉ số CBR (California Bearing Ratio)
a) CBR là tỷ số (tính bằng phần trăm) giữa áp lực nén (do đầu nén gây ra) trên mẫu thí
nghiệm và áp lực nén trên mẫu tiêu chuẩn ứng với cùng một chiều sâu ép lún quy định (2,54
mm và 5,08 mm).
b) Giá trị CBR được xác định theo Quy trình này là cơ sở đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng
làm nền, móng đường; ngoài ra còn được sử dụng để đánh giá cường độ của kết cấu đường ô tô
và đường sân bay trong một số phương pháp thiết kế có sử dụng thông số cường độ theo CBR.
c) Chỉ số CBR của vật liệu sử dụng làm nền, móng đường (đất, đất gia cố, cấp phối đá dăm,
cấp phối tự nhiên...) xác định trong phòng thí nghiệm trên mẫu vật liệu đã được chế bị theo

quy trình 22 TCN 332 - 06.
d) Thông thường, việc thí nghiệm CBR được tiến hành sau khi mẫu được ngâm nước trong
thời gian 96 giờ. Tùy theo yêu cầu riêng của công trình, theo đặc thù của loại vật liệu, hoặc
để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, cách thức và thời gian ngâm mẫu CBR có thể như sau:
-

Không ngâm mẫu, tiến hành nén ngay CBR;

-

Ngâm mẫu với thời gian khác nhau: 24, 48, 72, 96, 120 giờ,...

-

Mẫu được bảo dưỡng ẩm với tuổi nhất định (7 ngày, 14 ngày, 28 ngày...) sau đó mới
tiến hành ngâm mẫu với thời gian quy định.

e) Tính giá trị CBR
- Dựa trên đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún, xác định các giá trị áp lực nén ứng
với chiều sâu ép lún 2,54 mm (ký hiệu là P1) và 5,08 mm (ký hiệu là P2).
- Tính các giá trị CBR theo công thức sau (làm tròn đến 1 chữ số sau dấu phẩy).
CBR1 (%) =

P1
x100
69

(1-3)

CBR 2 (%) =

P2
x100
103

(1-4)

trong đó:
CBR1 là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), %;
CBR2 là giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), %;
16

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

P1

là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm2;

P2

là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm2 ;

69

là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 inch), daN/cm2;

103

là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 inch), daN/cm2.

f)

Xác định CBR của mẫu thí nghiệm: giá trị thí nghiệm CBR1 được chọn làm CBR của

mẫu khi CBR1 ≥ CBR2. Nếu CBR2 > CBR1 thì phải làm lại thí nghiệm; nếu kết quả thí
nghiệm vẫn tương tự thì chọn CBR2 làm CBR của mẫu thí nghiệm.
g) Xác định chỉ số CBR của vật liệu
Vẽ đồ thị quan hệ CBR- độ chặt K: căn cứ kết quả xác định CBR của 3 mẫu và hệ số đầm
nén K tương ứng (trên cơ sở khối lượng thể tích khô của 3 mẫu CBR và khối lượng thể tích
khô lớn nhất), vẽ đường cong quan hệ CBR - độ chặt K.
h) Từ đồ thị này, căn cứ giá trị độ chặt đầm nén quy định K để xác định CBR. Đó là giá trị
CBR của vật liệu (được đầm tại độ ẩm tốt nhất ứng với độ chặt đầm nén quy định K).

1.1.5. Độ trương nở của đất
Độ trương nở của đất được xác định bằng cách ngâm mẫu thí nghiệm CBR.
a) Ngâm mẫu: tất cả các mẫu sau khi đã đầm trong cối CBR đều được ngâm trong nước
trước khi thí nghiệm CBR. Việc ngâm mẫu được tiến hành theo trình tự sau:
- Lấy tấm đo trương nở đặt lên mặt mẫu và đặt các tấm gia tải lên trên. Tổng khối lượng các
tấm gia tải quy định là 4,54 kg.
- Đặt giá đỡ thiên phân kế có gắn đồng hồ thiên phân kế để đo trương nở lên trên miệng cối.
Điều chỉnh để chân đồng đo trương nở tiếp xúc ổn định với đỉnh của trục tấm đo trương nở.
Ghi lại số đọc trên đồng hồ, ký hiệu là số đọc đầu, S1 (mm).
- Cho mẫu vào trong bể nước để ngâm mẫu. Duy trì mực nước trong bể luôn cao hơn mặt mẫu
25mm. Thời gian ngâm mẫu thường quy định là 96 giờ (4 ngày đêm). Sau thời gian ngâm mẫu,
ghi lại số đọc trên đồng hồ đo trương nở, ký hiệu là số đọc cuối, S2 (mm).
b) Xác định độ trương nở: độ trương nở, tính theo đơn vị %, được xác định như sau:

17

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Độ trương nở (%) =

S1 - S2

x 100

(1-5)

H
trong đó:
S1

là số đọc trên đồng hồ thiên phân kế trước khi ngâm mẫu, mm;

S2

là số đọc trên đồng hồ thiên phân kế sau khi ngâm mẫu, mm;

H

là chiều cao mẫu trước khi ngâm, 116,43 mm.

c) Vật liệu có độ trương nở ≥ 3 % không thích hợp để xây dựng đường, nếu sử dụng phải

được sự chấp thuận của cấp có thẩm quyền. Không được sử dụng vật liệu có độ trương nở
lớn hơn 4 %.

1.1.6. Phạm vi sử dụng của các loại đất đắp nền đường
a) Tùy theo cấp đường và loại áo đường và vị trí của lớp đất đắp trong thân nền đường
người ta quy định loại đất đắp cần có những đặc tính gì. Ví dụ đất đắp trong khu vực hoạt
động của nền đường đối với áo đường cấp cao, đường cấp cao cần đạt chỉ số CBR>5%, độ
trương nở nhỏ hơn 3, hệ số độ chặt theo thí nghiệm đầm nén cải tiến K=>98%. Đối với lớp
đáy áo đường trong trường hợp này CBR>=10%, K>=1.
b) Những đặc tính nói trên càng cao thì cường độ và ổn định của nền mặt đường càng tốt.
Tuy nhiên càng ít loại đất đạt được. Người thiết kế thường thiên về an toàn đưa ra những trị
số sử dụng còn cao hơn cả yêu cầu tối thiểu trong các tiêu chuẩn, làm mất đi cơ hội sử dụng
các vật liệu địa phương dễ kiếm sẽ đẩy giá công trình lên cao đồng thời gây khó khăn cho
khâu quản lý kỹ thuật trong xây dựng.
c) Khi một chỉ tiêu nào đó của đất không đạt cần nghĩ đến biện pháp gia cố để làm cho
loại đất không dùng được trở thành dùng được sẽ có lợi về nhiều mặt như đã nói ở phần mở
đầu.

18

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

1.2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ GIA CỐ ĐẤT
1.2.1. Khái niệm chung.
Một trong những nguyên tắc quan trọng trong xây dựng đường là tận dụng nguyên vật
liệu địa phương. Gia cố đất tại chỗ để làm các lớp nền móng, mặt đường sẽ giảm được một
khối lượng đá, sỏi lớn đặc biệt là giảm công vận chuyển nên giá thành xây dựng sẽ giảm đi,

đặc biệt là những vùng khan hiếm đá.
Đất có thể gia cố bằng các chất liên liết vô cơ (xi măng, vôi,...), các chất liên kết hữu cơ
(nhựa đường, các hợp chất cao phân tử..). Chất lượng của các lớp đất gia cố có thể sánh với
các lớp đá dăm, cấp phối cấp phối đá dăm.
Đối với những vùng khí hậu ẩm ướt, chế độ ẩm của đất bất lợi thì việc gia cố đất bằng các
chất liên kết vô cơ hay hữu cơ để làm các lớp nền trên cùng còn có tác dụng rất quan trọng là
ngăn chặn nước ngầm thấm lên làm yếu các lớp trên của kết cấu mặt đường, tránh được tình
trạng bùn đất phùn lên các kẽ đá.
Trong những năm gần đây, nhiều nước đã sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố đất bằng
các chất liên kết vô cơ, hữu cơ trong xây dựng đường ô tô, sân bay và đã đem lại hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật cao. Ở nước ta, điều kiện khí hậu, điều kiện đất đai, vật liệu tại chỗ rất phù
hợp với phương pháp sử dụng vật liệu đất gia cố. Do vậy kỹ thuật sử dụng đất gia cố nên
được áp dụng trong xây dựng đường ôtô.
Kỹ thuật gia cố đất trên thế giới hiện nay đang chú trọng vào các vấn đề sau:
Tìm cách nâng cao lực dính bám của các chất liên kết tại vùng tiếp xúc với các hạt đất,
với các kết - thể lớn và vi - kết - thể của các hạt đất.
Tìm cách cải thiện hơn nữa các tính chất cơ cấu của đất gia cố: như nâng cao độ ổn
định nước, nâng cao hoặc giảm bớt khả năng biến dạng tuỳ theo loại cấu trúc, nâng
cao cường độ, nâng cao tính chịu bào mòn.
Nghiên cứu và tìm ra các tác dụng có hiệu quả lớn của các chất phụ gia: phụ gia hoạt
tính bề mặt mới và những hoá chất hoạt tính khác, dùng trong việc gia cố các loại đất
sét thuộc các nguồn gốc khác nhau và có các thành phần hoá - khoáng khác nhau.
Nghiên cứu và tìm cách sử dụng có hiệu quả nhất phương pháp gia cố tổng hợp đất
(tổng hợp các chất gia cố).
19

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

1.2.2. Các phương pháp gia cố đất trong xây dựng đường ô tô
Đất, đặc biệt là đất dính, là một hệ thống đa - khoáng rất phức tạp, rất phân tán. Bản chất
hoá keo của các hạt mịn phân tán của đất có nhiều vẻ khác nhau.
Trong đất, các hạt sét - keo có một vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao cường độ và
tính ổn định. Các hạt sét - keo này có tác dụng liên kết các cốt liệu lớn trong đất lại với nhau,
mặt khác nó lại là thành phần thường bị thay đổi tính chất khi đất bị ẩm ướt hoặc quá khô hanh,
nên nó lại là tác nhân làm giảm cường độ của đất xuống nhiều.
Dùng các chất liên kết, các chất phụ gia hoặc các phương pháp hoá lý khác để gia cố đất
mục đích là để thay đổi một cách cơ bản tính chất cơ học và cấu tạo của đất, mà trước hết là
tác động lên thành phần hạt sét - keo, làm cho các tính chất cơ lý của nó tốt hơn, ổn định, ít
thay đổi hơn khi ẩm ướt. Riêng đối với loại đất không dính như cát thì nhiệm vụ chủ yếu của
việc gia cố là làm tăng lực dính kết, đặc biệt khi khô hanh.
Đặc tính quan trong nhất của đất dính cũng như bất kỳ hệ thống phân tán nào là có tỷ diện
rất lớn, do đó có năng lượng bề mặt lớn. Tuỳ thuộc vào trị số của tỷ diện và năng lượng bề mặt
này mà đất có khả năng hấp phụ mạnh hay yếu. Các tính chất và thành phần của đất cũng như
của chất gia cố là các yếu tố có tác dụng quyết định, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả gia cố
đất. Còn các tác dụng cơ học, lý học thực hiện trong quá trình công nghệ thi công khi gia cố
đất là những yếu tố động, có tác dụng tạm thời. Nó có thể đẩy mạnh các quá trình cấu trúc hoá
trong đất gia cố nếu tuân thủ đúng các qui định hoặc làm yếu, làm chậm nếu không tuân thủ
theo các điều kiện đó.
Các quá trình xảy ra trong khi gia cố đất rất khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của đất,
của chất gia cố và chất phụ gia. Các quá trình ấy có thể là:
a) Quá trình hoá học: như sự hiđrát hoá của các hạt xi măng, sự hoá cứng của các sản
phẩm của sự hiđrát hoá, sự hoá cứng của các chất mới được tạo ra do tương tác hoá học với
phần hạt mịn phân tán của đất; sự trùng hợp của các chất tổng hợp; tương tác hoá học với
các chất hoạt tính khác nhau.
b) Quá trình hoá lý: như sự hấp thụ trao đổi các sản phẩm của sự thuỷ phân và hiđrát hoá
xi măng bởi thành phần hạt mịn phân tán của đất hay của các chất hoạt tính cation hoặc hoạt
tính anion. Sự hấp thụ phân tử các chất từ trong các dung dịch trên bề mặt phân cách các

20

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

pha, sự đông tụ không hồi phục của các chất sét và keo, sự vi - kết - tụ và sự xi măng hoá
vững bền của chất ấy.
c)Quá trình lý hoá và cơ học: như việc làm tơi nhỏ các kết thể đất và trộn lẫn với xi
măng, nhựa, vôi hay các chất liên kết và phụ gia khác. Việc tạo nên độ ẩm tốt nhất và độ
đầm lèn lớn nhất của hỗn hợp đất đã gia cố, việc bảo dưỡng lớp đất gia cố đã đầm nèn ở
trong một điều kiện về độ ẩm, nhiệt độ,... thích hợp cho việc hoá cứng.
Các quá trình phức tạp và khác nhau trên liên quan rất chặt chẽ với nhau. Các quá trình
này thường nối tiếp nhau, kết hợp nới nhau và tạo điều kiện cho nhau. Biết kết hợp các quá
trình ấy một cách đúng đắn sẽ tạo điều kiện cho đất gia cố trở thành một vật liệu có tính toàn
khối, có cường độ cao, ổn định với nước, với nhiệt.
Có nhiều phương pháp để gia cố đất, tuỳ theo loại chất liên kết và nguyên tắc tác dụng
của các chất đó với đất xem bảng 1-2:
Gia cố đất bằng các chất liên kết vơ cơ;
Gia cố đất bằng các chất liên kết hữu cơ;
Gia cố đất bằng các chất keo trùng hợp cao phân tử;
Gia cố đất bằng phương pháp tổng hợp;
Gia cố đất bằng phương pháp nhiệt;
Gia cố đất bằng phương pháp điện hoá;
Gia cố đất bằng các loại muối (để giữ cho thành phần sét - keo trong đất luôn có độ
ẩm tốt nhất, hoặc để làm với các hạt keo thành hợp chất không hoà tan).

21

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Bảng 1-2: Bảng phân loại các phương pháp gia cố đất.
Phương
pháp gia
cố

Gia cố
bằng các
chất liên
kết vô cơ

Loại cấu trúc chủ
yếu trong đất gia
cố
Xi
măng Cấu trúc kết tinh
pooclăng, xi măng
pooc lăng - xỉ, các
loại xi măng khác.
Xi măng pooc
lăng +natrisilicat
hoặc tro bay
Vật liệu dùng để
gia cố

Vôi bột sống, vôi
tôi.
Vôi
+
natrisilicat hoặc
tro bay
Axít photphoric,
supephotphat đơn
hay kép

Gia
bằng

cố Nhũ tương nhựa
các

Loại đất có thể
dùng để gia cố

Các đặc tính chủ yếu của
đất gia cố

á cát, á sét, đất
sét, cát, đất đá
dăm và đất sỏi
sạn có cải thiện
thành phần hạt
hoặc không cải
thiện

Cường độ cao khi ở trạng
thái khô hoặc ngậm nước,
ổn định đối với nước nếu
giữ đúng theo các điều kiện
thích hợp cho việc cấu trúc
hoá. Chịu bào mòn kém
(dòn)

Phạm vi ứng dụng

- Lớp trên và các lớp dưới
tầng móng của mặt đường
BTN và các mặt đường có
dùng nhựa.
- Móng cho mặt đường
BTXM.
- Mặt đường trên đó có lớp
láng mặt
Cấu trúc kết tinh
Đất sét, á sét, á Cường độ kém hơn gia cố
- nt cát nặng, đất đá xi măng. Chịu bào mòn
dăm và đất sỏi kém (dòn)
sạn có cấp phối
tốt nhất
Cấu trúc ngưng tụ- Đất sét, á sét, á Cường độ tương đương với -Lớp dưới của tầng móng của
kết tinh
cát
gia cố bằng vôi. ít dòn hơn mặt đường BTN và của các
2 loại trên
loại mặt đường có dùng nhựa.

-Mặt đường trên có lớp láng
mặt
Cấu trúc đông tụ

á sét nhẹ, á cát, Có tính đàn hồi nhớt dẻo, -Các lớp dưới của tầng móng
cát bột và cát mức độ đựoc gia cố tuỳ mặt đường BTN và các laọi
20

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Phương
pháp gia
cố
chất
liên
kết hữu cơ

Vật liệu dùng để
gia cố

Loại đất có thể
dùng để gia cố

Các đặc tính chủ yếu của
đất gia cố

Phạm vi ứng dụng

lẫn sỏi sạn

Nhựa lỏng và hắc
ín có độ đông đặc
chậm và vừa
Nhựa pha dầu (cút
- back)

Gia
cố
bằng các
chất
keo
trùng hợp
cao phân tử

Loại cấu trúc chủ
yếu trong đất gia
cố

Keo
furfurolanilin, keo acrila
CH2:CHCOOR,
keo
cacbamit
H2NC(:O)NH2,
keo
urêfomandehit
Sunfolicnin

với
các hợp chất crom
và các chất õi hoá

thuộc vào thành phần và mặt đường có dùng nhựa
tính chất của đất
-Móng của mặt đường BTXM
-Mặt đường trên có lớp láng
nhựa
Cấu trúc đông tụ
á cát, á sét, đất
- nt - nt đá dăm và đất
sỏi sạn
Cấu trúc đông tụ
Cát bột, á cát, á Có tính đàn hồi nhớt
- nt sét, đất đá dăm dẻo.Mức độ được gia cố
và đất sỏi sạn
tuỳ thuộc vào thành phần
và tính chất của đất. Độ
cứng cao hơn đất gia cố
nhựa lỏng
Cấu trúc ngưng tụ
Cát bột, á cát, á Cường độ cao, có tính đàn -Các lớp trên và dưới của tầng
sét, đất đá dăm hồi-dòn, ổn định nước. Bị móng mặt đường BTN và của
và đất sỏi sạn bào mòn nhiều. Có khả các loại mặt đường có dùng
không
chứa năng cấu trúc hoá cả trong nhụa
cacbonat can xi đất quá ẩm
-Móng đường BTXM
-Mặt đường trên có lớp láng

nhựa
Cấu trúc ngưng tụ- á cát, á sét, đất Cường độ và độ ổn định -Lớp dưới của tầng móng mặt
đông tụ
đá dăm, đất sỏi nước kém hơn là gia cố với đường BTN và mặt đường có
sạn
Keo furfurol anilin nhưng dùng nhựa
21

BM: Đường bộ


Bài giảng: Công nghệ gia cố vật liệu rời

Phương
pháp gia
cố

Vật liệu dùng để
gia cố

Loại cấu trúc chủ
yếu trong đất gia
cố

Loại đất có thể
dùng để gia cố

Các đặc tính chủ yếu của
đất gia cố

khác
Giá cố theo Xi măng pooclăng Cấu trúc kết tinh
á cát, á sét, đất
phương
hoặc vôi có thêm
sét, đất đá dăm
pháp tổng các chất điện ly
và đất sỏi sạn có
hợp
Xi măng pooc
cấp phối tốt nhất
lăng hoặc vôi có
thêm các chất cao
phân tử có hoạt
tính bề mặt
Nhũ tương nhựa Cấu trúc ngưng tụ- Cát bột, á cát, á
hoặc nhựa lỏng có kết tinh
sét, đất đất đá
thêm vôi hoặc xi
dăm, đất sỏi sạn
măng
có cấp phối tốt
nhất
Nhũ tương nhựa Cấu trúc ngưng tụ- nt hay nhựa lỏng có đông tụ
thêm các chất phụ
gia hoạt tính bề
mặt hoặc các chất
trùng hợp cao
phân tử
Gia

cố Năng lượng điên, Cấu trúc kết tinh
á sét, đất sét
bằng nhiệt hơi đốt, nhiên liệu
không
có

ít dòn hơn
Cường độ và độ ổn định
nước cao hơn đất gia cố
với xi măng. Chịu bào mòn
kém (dòn)

-Mặt trên có lớp láng nhựa
-Lớp trên và lớp dưới của
móng mặt đường BTN và các
mặt đường dùng nhựa
-Móng của mặt đường BTXM
-Mặt đường trên có lớp láng

Cường độ và độ ổn định
nước cao hơn đất gia cố
nhựa.
Có tính đàn hồi-nhớt-dẻo

-Các lớp dưới của tầng móng
mặt đường BTN và mặt
đường có dùng nhựa
-Móng mặt đường BTXM

- nt -

- nt -

22

Phạm vi ứng dụng

Cường độ cao ở trạng thái Móng của mặt đường cao cấp
khô ráo và ngậm nước.
BM: Đường bộ