Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu các thông số chủ yếu của bê tông đầm lăn trong tính toán kết cấu mặt đường ô tô và sân bay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN THỊ THU NGÀ

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU
CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG TÍNH
TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG
Ô TÔ VÀ SÂN BAY

Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố
Mã số
: 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao
thông Vận tải
Người hường dẫn khoa học:
- GS.TS. Phạm Huy Khang
- GS.TS. Bùi Xuân Cậy

Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Xuân Trục
Phản biện 2: GS. TS. Vũ Đình Phụng
Phản biện 3: GS. TS. Phạm Cao Thăng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án
cấp Trường họp tại: ………………………………………..

vào hồi
giờ
ngày
tháng
năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải



CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
[1]

Nguyễn Thị Thu Ngà (2014), Thiết kế cấp phối các cốt liệu trong bê tông

[2]

đầm lăn theo các tiêu chuẩn tối ưu, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 4.
Nguyễn Thị Thu Ngà, Phạm Huy Khang, Bùi Xuân Cậy (2015), Khái quát
các phương pháp thiết kế bê tông đầm lăn trong xây dựng đường ở Việt

[3]

Nam, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 1-2.
Nguyễn Thị Thu Ngà (2015), Nghiên cứu các yếu tố chính ảnh hưởng đến
tính công tác của bê tông đầm lăn bằng phương pháp qui hoạch thực
nghiệm, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 5.

[4]

Nguyễn Thị Thu Ngà (2015), Đánh giá độ tin cậy trong đo lường cường
độ chịu nén của bê tông đầm lăn, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số 11.

[5]

Nguyễn thị Thu Ngà, Nguyễn Anh Tuấn (2015), Nghiên cứu thực nghiệm

[6]

tính co ngót của bê tông đầm lăn, Tạp chí Giao thông vận tải số 10.
Nguyen Thi Thu Nga, Vu Quoc Vuong (2016), Influence of some key
factors on workability of RCC by experimental planing method, ACF
Magazine Vol 2.

[7]

Nguyen Thi Thu Nga, Pham Huy Khang, Vu Quoc Vuong (2016),
influence of some key factors on coefficient of thermal expansion of roller
compacted concrete in Viet Nam, the 7th International Conference of
Asian Concrete Federation (ACF).


1
1. Đặt vấn đề
Trong quá trình phát triển với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mới và công nghệ
thi công liên tục được cải tiến đã thúc đẩy sự ra đời của nhiều loại mặt đường, trong đó
phải kể đến công nghệ bê tông đầm lăn. Bê tông đầm lăn (BTĐL) là bê tông không có
độ sụt được đầm chặt bằng lu rung với thành phần tương tự như bê tông xi măng.
Giống như với BTT, các thành phần vật liệu của BTĐL gồm: chất kết dính, cốt liệu,

nước và phụ gia hóa học. Phụ gia khoáng trong chất kết dính có vai trò quan trọng
trong việc cải thiện các tính chất của bê tông và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết trong
qui trình thi công. Trong tình hình kinh tế suy thoái như hiện nay, làm đường bê tông
là một giải pháp kích cầu mà Đảng và Nhà nước ta khuyến khích. Điều này không chỉ
thúc đẩy ngành xi măng trong nước phát triển, tạo việc làm cho người lao động mà còn
giảm nhập siêu nhựa đường. Vì vậy, từ thực tế này cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng
công nghệ BTĐL vào trong xây dựng giao thông là thực sự cần thiết, góp phần giảm
giá thành đầu tư công trình mà vẫn đảm bảo tốt chất lượng.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là làm rõ các tính chất cơ lý chủ yếu của BTĐL,
để áp dụng cho các công trình đường giao thông trên cơ sở nguyên vật liệu, thiết bị sẵn
có trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu BTĐL để ứng dụng trong xây dựng đường giao thông ở Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu là lựa chọn vật liệu, thiết kế thành phần, xác định một số tính
chất cơ bản của BTĐL trong phòng thí nghiệm.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG
XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Mục đích của chương này nhằm đánh giá tình hình nghiên cứu, ứng dụng vật liệu
bê tông đầm lăn trong nước và trên thế giới, từ đó đưa ra định hướng nghiên cứu của
luận án cho ứng dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam.
1.1. Khái niệm về bê tông đầm lăn
1.1.1. Quá trình hình thành cường độ
Quá trình hình thành cường độ của BTĐL cũng tương tự như BTT, cơ bản
dựa trên quá trình hình thành cường độ của đá xi măng. Theo thuyết Baikov –
Rebinder, sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng và cường độ của nó diễn ra theo các
giai đoạn như giai đoạn hòa tan, giai đoạn hóa keo và giai đoạn kết tinh. Bên cạnh đó,
lực chấn động cũng là yếu tố quan trọng khác góp phần hình thành nên cường độ cho
BTĐL.
1.1.2. Đặc điểm của BTĐL

1.1.2.1.Thành phần vật liệu
Bê tông đầm lăn sử dụng trong xây dựng đường và đập về cơ bản có thành phần
vật liệu giống nhau (gồm đá, cát, xi măng, phụ gia khoáng và nước), tuy nhiên về hàm
lượng các thành phần trong hỗn hợp thì lại phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của mỗi


2
loại công trình. Theo [76] thì yêu cầu về vật liệu cho BTĐL có những đặc điểm như
trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Đặc điểm chính của BTĐL
Thành phần
Trong xây dựng đập
Lượng chất kết dính (kg/m3)
60  250
Tỷ lệ N/CKD
0,4  0,8
Đường kính của cốt liệu lớn (mm)
75
Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi
15
(MPa)
Độ công tác (sec.)
10  25
1.1.2.2. Phương pháp thiết kế cấp phối

Trong xây dựng đường
0,3  0,4
20
45
30  60

Hiện nay có rất nhiều PPTK thành phần bê tông đã được đề xuất và ứng dụng
trên toàn thế giới cho hỗn hợp BTĐL. Do vậy, rất khó để xác định phương pháp nào
để làm chuẩn, tuy nhiên có hai quan điểm thiết kế hỗn hợp BTĐL chính như sau:
- Quan điểm bê tông: dựa vào tỷ lệ N/CKD được giữ không đổi và hỗn hợp trộn
được xác định bằng khối lượng tuyệt đối.
- Quan điểm cơ học đất: dựa vào mối quan hệ giữa chất kết dính, cốt liệu và
hỗn hợp được trộn xác định bởi độ ẩm tối ưu và tỷ trọng khô lớn nhất.
Dù thiết kế theo bất kỳ phương pháp nào thì mục đích chính của việc thiết kế BTĐL
đều phải đảm bảo các yếu tố như:
- Có đủ lượng vữa cần thiết để bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu và lấp đầy
lỗ rỗng giữa chúng.
- Có thể chế tạo được BTĐL với cường độ và mô đun đàn hồi theo yêu cầu.
- Khả năng thi công dễ dàng để đạt được độ chặt như yêu cầu và có tuổi thọ
công trình cao.
1.1.3. Những điểm khác nhau cơ bản giữa BTT và BTĐL
1. Cấp phối vật liệu:
- BTT: cốt liệu lớn và nhỏ thường chiếm từ 60%  75% thể tích hỗn hợp
(TTHH); tỷ lệ N/XM dao động trong khoảng 0,4  0,45, làm vữa xi măng đủ ướt để
tạo nên một lớp bao bọc lấy các cốt liệu và nhét đầy các lỗ rỗng giữa chúng.
- BTĐL: cấp phối cốt liệu được yêu cầu chặt chẽ hơn và thường chiếm từ 75% 
85% TTHH; hỗn hợp thường trộn khô hơn so với BTT do lượng dùng nước thấp hơn.
So sánh hàm lượng các vật liệu trong BTĐL và BTT như trong hình 1.6.


3

Hình 1.6. Biểu đồ vật liệu sử dụng trong BTĐL và BTT [74]
2. Độ công tác
- BTT: là hỗn hợp bê tông (HHBT) có độ lưu động, tính công tác được xác định

bằng độ sụt (tính bằng cm). Hỗn hợp lưu động được nhào trộn tốt là một hỗn hợp dẻo
có đặc tính liên tục về cấu tạo, cốt liệu trong hỗn hợp ở trạng thái “lơ lửng” trong môi
trường liên tục của hồ xi măng đảm bảo tính dính kết, tính không phân tầng trong hỗn
hợp.
- BTĐL: là HHBT cứng, tính công tác được xác định bằng chỉ số Vebe (tính bằng
giây - s). Do HHBT có nội lực ma sát và lực dính kết lớn, có giá trị ứng suất cắt lớn,
nên khi đổ khuôn và đầm chặt nhất thiết phải có tác dụng cơ học mạnh.
3. Đặc điểm thi công

Hình 1.7. Hình ảnh thi công mặt đường BTĐL [74]
3.

Đặc điểm chịu lực


4

Hình 1.8. Biểu đồ về quá trình phát triển cường độ của BTT và BTĐL [74]
4. Tính kinh tế
Công nghệ này đặc biệt hiệu quả khi khối lượng bê tông được thi công lớn, thí dụ
như thi công đập trọng lực bằng công nghệ BTĐL đã đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn
so với đập BTT và đập đất đá, bởi ngoài việc đảm bảo chất lượng thì giá thành của
công trình đã giảm đi đáng kể do giảm lượng dùng xi măng, giảm chi phí các kết cấu
phụ trợ và biện pháp thi công.
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTĐL trong công trình xây dựng đường ô
tô và sân bay
1.2.1. Trên thế giới
1.2.1.1. Lịch sử ra đời và quá trình phát triển
Theo số liệu thống kê [69], đến năm 1998 trên thế giới có 184 đập BTĐL (cao hơn
15m) được xây dựng xong với tổng khối lượng bê tông là 57 triệu m3 Các đập này tập

trung ở 28 quốc gia (hình 1.9).


5

Hình 1.9. Số lượng đập BTĐL (cao trên 15m) được xây dựng tại một số quốc gia
trên thế giới tính tới 1998 [69]
Lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn ở một số nước được minh họa
trong sơ đồ hình 1.10.

Hình 1.10. Sơ đồ lịch sử phát triển công nghệ bê tông đầm lăn làm mặt đường,
mặt bãi theo [74]
1.2.1.2. Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng
1. Công trình nghiên cứu “Hướng dẫn thiết kế & thi công mặt đường bê tông
đầm lăn” của trung tâm công nghệ mặt đường bê tông quốc gia thuộc viện giao thông
trường đại học IOWA – Mỹ, 2011[74].
2. Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn của Viện bê tông Hoa kỳ (ACI) ,
năm 1995 [33].


6
3. Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho đường ô tô và đường
cao tốc của Hiệp hội xi măng Portland (PCA)- Mỹ, năm 2005[77].
4. Công trình nghiên cứu ứng dụng bê tông đầm lăn cho đường giao thông ở
Colorado của nhóm tác giả Nattapong, Yu- Chang Liang và Yunping Xi thuộc Khoa
công trình trường đại học Colarado tại Boulder, 8/2012,[75].
5. Công trình nghiên cứu mặt đường bê tông đầm lăn cho giao thông theo dự án
phát triển của chính phủ Ấn Độ, của trung tâm thí nghiệm thuộc ngành công trình
trường đại học Purdue, 11/2010, [64]
1.2.2. Tại Việt Nam

1.2.2.1. Thực trạng ứng dụng BTĐL
Được áp dụng lần đầu tiên cho đập Pleikrong (Kontum) vào năm 2005, đến nay
hàng chục công trình đập đã và đang được xây dựng ở VN với công nghệ này (bảng
1.2).
Bảng 1.2. Một số công trình đập đã được xây dựng ở trong nước
Năm
Năm khởi
khởi
Tên công trình
công
công
Pleikrong
2003
Định Bình
2005
AVương
2003
Sông Tranh
2006
Bản Vẽ
2004
Bản Chát
2006
Sê San 4
2004
Dakmi4
2007
Đồng Nai 3
2004
Sông Bung 4

2010
Đồng Nai 4
2004
Lai Châu
2011
Sơn La
2005
Trung Sơn
2013
Trong khi đó, công nghệ thi công mặt đường bằng BTĐL cũng đã được nghiên
cứu thử nghiệm ở Việt Nam từ năm 2001 với khoảng 2.000m2 tại thị xã Bắc Ninh (
chiều dầy tấm là 20cm; mác 350/45) (hình 1.12).
Tên công trình

Hình 1.12. Thi công thử nghiệm mặt đường BTĐL - IBST thực hiện
2001[13]
Năm 2013, một nhóm tác giả nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ BTĐL cho thi
công đường giao thông nông thôn ở tỉnh Tây Ninh. Kết quả thu được từ việc ứng dụng


7
công nghệ này đã đem đến những kết quả rất khả quan. Trên cơ sở đó, đến tháng
12/2015 đã có những quy định tạm thời về thiết kế và thi công BTĐL trong xây dựng
công trình giao thông.
1.2.2.2. Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu và ứng dụng BTĐL
1. Công trình nghiên cứu của TS. Nguyễn Quang Hiệp – Viện Khoa học Công
nghệ và Xây dựng [13]
2. Công trình nghiên cứu của TS. Phạm Hữu Hanh [11]
3. Công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công kết cấu mặt đường bằng
bê tông đầm lăn cho hạ tầng giao thông, đề tài cấp Bộ của Bộ Xây Dựng năm 2013

của nhóm tác giả KS. Lê Xuân Thủy, ThS. Nguyễn Hữu Duy, KS. Trần Minh Đức và
KS. Huỳnh Thanh Sơn – Tổng công ty vật liệu xây dựng số 1[9]
4. Theo quy định tạm thời số 4452/QĐ -BGTVT về thiết kế và thi công mặt đường
BTĐL [29]
1.2.2.3. Tiềm năng ứng dụng công nghệ BTĐL
Hiệu quả áp dụng
Về kinh tế: hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công BTĐL đem lại là rút ngắn
thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài ra công nghệ này
cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể làm giảm tổng vốn đầu tư.
Về kỹ thuật: khi áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình khối lớn
cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng, vì vậy giảm được
nguy cơ nứt khối bê tông do ứng suất nhiệt.
Về môi trường: nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong BTĐL và có thể thay
thế một phần bằng PGK giúp giảm mức tiêu hao năng lượng và ô nhiễm môi trường
do ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây nên.
1.3. Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông cho thiết kế mặt đường ô tô và
đường sân bay ở Việt Nam
a. Cường độ của bê tông
b. Mô đun đàn hồi của bê tông (Eđh)
c. Độ co ngót và giãn nở
d. Độ mài mòn
1.4. Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết
Như đã phân tích, trên thế giới nghiên cứu về ứng dụng công nghệ BTĐL trong
xây dựng nói chung và trong xây dựng đường ô tô và đường sân bay nói riêng đã được
triển khai từ khá lâu. Hầu hết các vấn đề nghiên cứu từ vật liệu, tính chất, phạm vi áp
dụng và công nghệ thi công đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong thực tế.
Trong xây dựng đường ở một số nước trên thế giới như Mỹ, Canada, Anh, Trung
Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ BTĐL đã được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả rõ
rệt trong các công trình như: làm mặt đường cấp thấp, lề đường cấp cao, tại các nút
giao thông, các sân kho bãi đỗ. Tại Việt Nam công nghệ này còn khá mới mẻ, chỉ có

một số đoạn đường đã ứng dụng, nhưng vẫn chỉ dừng ở mức độ thăm dò, chưa làm rõ


8
các tính chất đặc trưng cơ lý của vật liệu BTĐL. Trong khi đó về tiềm năng ứng dụng
công nghệ này ở Việt Nam là rất khả quan. Tuy nhiên, để ứng dụng BTĐL cần căn cứ
trên những yêu cầu cơ bản để đáp ứng cho công tác xây dựng đường ô tô và đường sân
bay, cần thiết phải nghiên cứu các tính chất cơ bản của nó.
Vì vậy, tác giả chọn tên luận án có nội dung như sau: “Nghiên cứu các thông số
chủ yếu của bê tông đầm lăn trong tính toán kết cấu mặt đường ô tô và sân bay”. Để
từ đó làm sáng tỏ các tính chất chính của BTĐL cho việc ứng dụng chúng vào trong
xây dựng đường ở Việt Nam, nó xuất phát từ yêu cầu thực tế. Điều này sẽ không
những góp phần làm phong phú thêm sự lựa chọn kết cấu áo đường trong xây dựng mà
còn góp phần khẳng định sự hội nhập của ngành giao thông Việt Nam trong sự phát
triển công nghệ bê tông trên thế giới. Hơn thế nữa, việc ứng dụng công nghệ BTĐL sẽ
là động lực kích cầu cho việc tiêu thụ lượng xi măng và tro bay dồi dào trong nước,
đồng thời sẽ giảm nhập siêu trong việc nhập khẩu hàng trăm tấn nhựa hàng năm.
Trong phạm vi luận án này, tác giả chủ yếu tập trung nghiên cứu một số tính chất
chính của BTĐL như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ
mài mòn, độ co ngót và độ giãn nở khi nhiệt độ thay đổi. Trên cơ sở đó phân tích được
khả năng ứng dụng của vật liệu này trong công tác xây dựng đường ô tô và đường sân
bay.
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
1.5.1. Mục tiêu
- Xây dựng được phương trình quan hệ các yếu tố ảnh hưởng đến độ công tác và
cường độ chịu nén của BTĐL;
- Đánh giá một số tính chất chủ yếu của BTĐL để phục vụ cho thiết kế đường ô
tô và đường sân bay;
- Đề xuất khả năng ứng dụng của BTĐL trong thiết kế và thi công áo đường cứng
ở Việt Nam.

1.5.2. Nội dung
- Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng BTĐL;
- Nghiên cứu lựa chọn thành phần hạt (TPH) hợp lý trên cơ sở các phương pháp
thiết kế TPH tối ưu, đồng thời đưa ra được mức ngậm cát hợp lý;
- Nghiên cứu phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL;
- Nghiên cứu xác định một số tính chất cơ lý chính của BTĐL cho ngành xây
dựng đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam;
- Đề xuất các ứng dụng của BTĐL trong xây dựng đường ô tô và đường sân bay ở
Việt Nam.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
Trong nghiên cứu, tác giả của luận án sử dụng các phương pháp sau:
- Phương pháp thống kê, tổng hợp: thu thập, phân tích các nghiên cứu về BTĐL
trên thế giới;
- Phương pháp phân tích, so sánh, đánh giá.
- Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm trong phòng.


9
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ
THÀNH PHẦN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
2.1. Nghiên cứu vật liệu sử dụng
2.1.1. Cốt liệu lớn và nhỏ
2.1.1.1. Cốt liệu lớn
2.1.1.2. Cốt liệu nhỏ
2.1.1.3. Lựa chọn hợp lý cấp phối các cốt liệu
Cốt liệu chiếm từ 75%  85% tổng thể tích của hỗn hợp BTĐL, lựa chọn thích
hợp loại cốt liệu, thành phần hạt sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của hỗn hợp
bê tông như cường độ chịu nén, tính thấm, tuổi thọ và giá thành. Vì vậy, việc thiết kế
tối ưu cấp phối cốt liệu là một phần thiết yếu để thiết kế tối ưu hóa hỗn hợp bê tông.
Shilstone đã phát triển 4 phương pháp (nội dung chi tiết các phương pháp trong phụ

lục A).
1. Dựa vào thể tích của cốt liệu, không căn cứ vào khối lượng
2. Biểu đồ lượng sót riêng biệt trên các cỡ sàng (Percent Retained Chart)
3. Đồ thị hệ số thô (Coarseness Factor Chart)
4. Đồ thị 0.45 Power Chart
Bên cạnh đó còn rất nhiều phương pháp thiết kế tối ưu thành phần hạt như ASTM
C33, ACI 211. Mặc dù vậy, thiết kế tối ưu theo cách thức nào thì cũng dựa trên những
nguyên tắc chung như:
- Với mỗi cấp phối các cốt liệu sẽ tương ứng với một lượng chất kết dính
nhất định, có một hỗn hợp tối ưu với tỷ lệ nước và chất kết dính là thấp
nhất và tạo ra hỗn hợp có cường độ cao nhất.
- Trong hỗn hợp tối ưu, sự cản trở của các hạt vật liệu là tối thiểu do đó
đáp ứng tốt với đầm rung có biên độ và tần số cao.
- Hỗn hợp tối ưu không được sử dụng cho mọi công trình xây dựng do sự
thay đổi thể những nhu cầu trong quá trình thi công và hoàn thiện.
Bảng 2.3. Thành phần hạt cốt liệu cát và đá dăm
Cỡ sàng
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Cốt liệu
ASTM C33
đá
Sunway

25

100

19

90

12,5

Lượng lọt sàng (%)
ASTM C33

Cốt liệu cát
Sông Lô

100

-

-

100

100

95

-

-

100

46

72

65.5

-

-

100

9,5

20

55

43

100

4,75

0

10

9.5

93

100
100

100


10
2,36

0

6

5

73

93

80

1,18

-

-

0

55

80

67

0,6

-

-

0

34

60

45

0,3

-

-

0

24

40

25

0,15

-

-

0

10

27

18

0,075

-

-

0

2

18

10

Xét theo tiêu chuẩn 0.45 Power Chart (Fuller - Thompson)
Bảng 2.4. Kết quả tính toán chi tiết các cấp phối cốt liệu theo từng mức ngậm cát
Cỡ
sàng
(mm)

Fuller
Thomso
n

25

100

19
12,5
9,5
4,75

100
82,8
73,2
53,6

2,36

39,1

1,18

28,6

0,6

21,1

0,3

15,5

0,15
0,07
5

11,3
8,3

Tỷ lệ phối hợp các cốt liệu (C/CL – theo thể tích)
0,41

0,42

0,43

0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

100,0
0
97,05
79,65
66,37
46,61

10,25
7,38

100,0
0
97,08
79,82
66,66
47,06
36,12
5
27,80
5
18,67
5
10,37
5

7,47

100,0
0
97,13
80,16
67,23
47,96
36,87
5
28,47
5
19,12
5
10,62
5
7,65

100,0
0
97,18
80,51
67,80
48,87
37,62
5
29,14
5
19,57
5

10,87
5
7,83

100,0
0
97,23
80,85
68,37
49,77
38,37
5
29,81
5
20,02
5
11,12
5
8,01

100,0
0
97,28
81,20
68,94
50,68
39,12
5
30,48
5

20,47
5
11,37
5
8,19

100,0
0
97,33
81,54
69,51
51,58
39,87
5
31,15
5
20,92
5
11,62
5
8,37

100,0
0
97,38
81,89
70,08
52,49
40,62
5

31,82
5
21,37
5
11,87
5
8,55

4,1

4,15

4,25

4,35

4,45

4,55

4,65

4,75

35,75
27,47
18,45

Xét theo chỉ số độ thô ( Coarsness Factor):

11

Hình 2.3. Chỉ số độ thô của các cấp phối cốt liệu
2.1.1.4. Đánh giá các cấp phối cốt liệu bằng thực nghiệm
Căn cứ vào kết quả thí nghiệm, vẽ biểu đồ quan hệ giữa chỉ số độ cứng và tỷ lệ
C/CL như hình 2.4 và hình 2.5.

Hình 2.4. Mối quan hệ giữa tỷ lệ

Hình 2.5. Mối quan hệ giữa tỷ lệ C/Cl và

C/Cl và độ cứng VC

cường độ chịu nén

Qua thí nghiệm thấy rằng các cấp phối có mức ngậm cát dao động trong khoảng
0,41 ÷ 0,44 luôn đảm bảo về tính công tác và cường độ cho hỗn hợp, điều này là vô
cùng quan trọng cho việc thiết kế đối với bất kỳ hỗn hợp BTĐL nào.
2.1.2. Xi măng
2.1.3. Phụ gia khoáng


12
2.1.3.1. Phân loại và yêu cầu kỹ thuật phụ gia khoáng trong BTĐL
2.1.3.2. Vai trò của phụ gia khoáng
- Thay thế một phần xi măng để giảm lượng tỏa nhiệt bên trong khối bê tông.
- Bổ sung thêm thành phần hạt mịn và bột kết dính để tăng tính dễ đổ cho hỗn
hợp bê tông và tạo cấu trúc đặc chắc cho bê tông khi đóng rắn.
- Tham gia phản ứng tạo nên các tinh thể hyđrat có thể làm tăng cường độ và

các tính chất cơ lý cho bê tông.
2.1.3.3. Cơ sở lựa chọn lượng PGK trong BTĐL
Gọi khối lượng XM sử dụng là m (g) và tỷ lệ các thành phần khoáng trong XM gồm
C3S, C2S, C4AF và vôi tự do lần lượt chiếm x, y, z, t (%)
Gọi khối lượng PGK hoạt tính tham gia phản ứng hết với Ca(OH)2 do các
khoáng và CaO thuỷ hoá là n (g) và tỷ lệ các ôxit hoạt tính SiO2, Al2O3, Fe2O3 lần lượt
là p, q, s (%).
n(

0,0000658 x  0,0000581y  0,0000206 z  0,00018t
)  m (2.8)
0,00017 p  0,000294q  0,0001875s

Từ các thông số đã biết: m, x, y, z, t, p, q, s ta tính được n(g) - Lượng PGK hoạt
tính sử dụng hợp lý trong xi măng pooclăng. Để tìm được tỷ lệ hợp lý theo (2.8) thì
việc xác định được lượng PGK hoạt tính lại rất quan trọng.
2.1.4. Nước
2.2. Nghiên cứu thiết kế thành phần BTĐL trong xây dựng đường
2.2.1. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng chính
2.2.1.1. Độ công tác
Phương trình hồi qui đối với các biến thực :

VC  1530,1  23,991N  109,9

N
C
 N 
 215,9
 0,12554 N 2  13, 44 


CKD
CL
 CKD 

2

2

N
C
N
C
 C 
3036,7 
 17,333 N .
 93, 7
.
  0,833 N .
CKD
CL
CKD CL
 CL 
(2.15)
Trên cơ sở chương trình thiết kế thực nghiệm Design Expert, Minitab 17 và từ
phương trình hồi qui của hàm VC, với mục tiêu là đạt được độ công tác dao động từ
30s  40s. Vậy trung bình lượng nước có thể dùng để tính sơ bộ cho việc thiết kế hỗn
hợp BTĐL khoảng (115117) lít/m3.
2.2.1.2. Cường độ chịu nén và kéo uốn
Bảng 2.13. Cường độ chịu nén trung bình của BTĐL với tỷ lệ N/CKD và TB
N/CKD

0,34
0,36
0,38
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
Rn28, 20% TB
51,4
48,2
45,9
43,2
40,5
37,2
33,2
29,5
(MPa)


13
Cv (%)
Rn28, 30% TB
(MPa)
Cv (%)
Rn28, 40% TB
(MPa)
Cv (%)

6,2

5,6

2,7

2,2

1,7

2,8

2,1

1,3

43,2

40,1

36,7

34,2

33,2

29,8

26,1

23,6

6,3

5,2

2,5

1,5

2,8

1,3

2,1

2,7

37,8

35,4

33,2

30,4

27,6

24,8

22,5

20,6

6,7

5,3

3,4

2,6

2,3

4,3

2,8

2,5

Hình 2.12. Quan hệ giữa Rn28 với tỷ lệ N/CKD
Từ bảng kết quả thí nghiệm (Bảng 2.13), có được mối tương quan giữa Rn với các
biến số TB (dao động ở 3 mức 20%, 30% và 40%) và tỷ lệ N/CKD (dao động ở 8 mức
từ 0,34  0,48). Phương trình hồi quy của Rn:
Rn = 140,07 – 2,179 TB – 178,1 N/CKD + 0,01725 TB*TB + 1,315 TB*N/CKD
(2.15)
Từ phương trình (2.15) có thể tính sơ bộ được cường độ chịu nén của BTĐL khi
biết tỷ lệ N/CKD và hàm lượng TB.
Tiến hành đúc các tổ hợp mẫu thí nghiệm (mỗi tổ gồm 3 mẫu) từ bảng 2.9, thu
được kết quả ảnh hưởng của N/CKD và TB đến cường độ chịu kéo uốn trung bình của
BTĐL ở 28 ngày tuổi được thể hiện trong bảng 2.16.

Bảng 2.16. Cường độ chịu kéo uốn trung bình với tỷ lệ N/CKD và TB
N/CKD
Rku28, 20% TB
(MPa)
Rku28, 30% TB
(MPa)
Rku28, 40% TB
(MPa)

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

5,4

5,2

5,1

5,0

4,8

4,5

4,2

4,0

5,0

4,7

4,5

4,4

4,3

4,1

3,9

3,6

4,6

4,5

4,3

4,1

3,9

3,8

3,6

3,3


14

Hình 2.14. Quan hệ giữa Rku28 với tỷ lệ N/CKD
Cũng tương tự như cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn cũng làm hàm số với
các biến số là hàm lượng TB và tỷ lệ N/CKD. Dựa vào kết quả thí nghiệm ở bảng
2.16, ta tìm được phương trình hồi quy của Rku là:
Rku = 6,73 – 0,0869* TB + 6,90* N/CKD + 0,000812 TB*TB – 19,84
N/CKD*N/CKD (2.16)
Từ phương trình (2.16), có thể tính sơ bộ được cường độ chịu kéo uốn của BTĐL khi
biết tỷ lệ N/CKD và hàm lượng TB.
2.2.2. Xác định phương pháp thiết kế thành phần BTĐL
2.2.2.2. Đánh giá độ tin cậy
Trong luận án để đánh giá độ tin cậy của phương pháp thiết kế thành phần BTĐL
theo cách thức đã đề cập trong mục 2.2.2.1, tác giả đã tiến hành kiểm tra cường độ
chịu nén của 30 mẫu BTĐL có cường độ đặc trưng là 30MPa và 35MPa. Trên cơ sở
kết quả thu được, tiến hành đánh giá mức độ chính xác cho phương pháp đã đề cập.

Bảng 2.20. Thống kê kết quả thí nghiệm cường độ nén
STT – TN
1
2
3
4
5
6
7
8
9

M30
39,2
40,3
42,2
37,6
38,4
40,1
35,4
35,8
36,4

M35
44,1
41,3
36,7
38,4
40,6
41,3

35,4
43,2
45,2


15
10
38,5
37,8
11
43,1
42,3
12
41,3
43,3
13
35,9
39,4
14
34,7
34,8
15
33,7
38,3
16
34,1
41,3
17
39,2
44,6

18
34,5
37,5
19
35,8
36,3
20
38,5
34,7
21
33,5
40,6
22
41,2
41,3
23
35,7
35,3
24
36,4
36,6
25
38,3
35,8
26
37,4
42,4
27
34,6
35,5

28
36,5
39,4
29
35,5
40,4
30
35,2
34,8
Giá trị trung bình x
37,47
39,22
Độ lệch chuẩn S
2,71
3,16
Hệ số phân tán Cv (%)
7,23
8,06
f’cr lý thuyết ()
36,7
41,7
[ACI214]
Độ lệch chuẩn 
4,1
4,1
[ACI214]
Giới hạn dưới f’cr
28,5
33,5
Giới hạn trên f’cr

44,9
49,9
Chênh lệch x - 
0,77
2,48
(MPa)
Sai khác (%)
2,1%
5,94%
Các kết quả đo được từ bảng 2.20 được biểu diễn bằng đồ thị kiểm soát Shewhart.
Dựa vào kết quả đo các cường độ nén của BT ĐL 28 ngày tuổi, vẽ biểu đồ như hình
2.16 và hình 2.17 cho hai loại mác BTĐL.


16

Hình 2.16. Biểu đồ kiểm soát chất lượng BTĐL có mác M30

Hình 2.17. Biểu đồ kiểm soát chất lượng BTĐL có mác M35
Sử dụng biểu đồ để so sánh đặc tính chất lượng của sản phẩm thực tế và các giới
hạn kiểm soát. Khoảng cách từ giới hạn trên đến giới hạn dưới thể hiện phạm vi biến
động chấp nhận được của các kết quả thu được. Nhìn vào biểu đồ kiểm soát (hình
2.16; 2.17), các mẫu thí nghiệm có cường độ chịu nén đều nằm trong phạm vi giới
hạn, mức độ phân tán cường độ giữa các tổ hợp không lớn, mặc dù độ phân tán của


17
BTĐL với cường độ đặc trưng 30MPa biến thiên mạnh hơn. Tuy nhiên, cả hai biểu đồ
kiểm soát chất lượng cho thấy rằng cường độ trung bình thí nghiệm nằm trong giới
hạn ước tính với khoảng tin cậy đạt xác xuất 90% của cường độ trung bình dự kiến. Vì

vậy, cho phép kết luận cường độ nén thí nghiệm có sự phân tán ít, chất lượng được
kiểm soát tốt tại phòng thí nghiệm, hay nói cách khác phương pháp thiết kế BTĐL như
mục 2.2.2.1 là đủ độ tin cậy để áp dụng.
Thông qua biểu đồ kiểm soát Shewhart đã đánh giá khách quan được các mẫu thí
nghiệm có đảm bảo độ tin cậy hay không, sự biến thiên trong kết quả thu được như thế
nào, nếu vượt quá các giới hạn tối thiểu thì quá trình thí nghiệm đó coi như không đạt
tiêu chuẩn. Bởi hệ quả nghiêm trọng của đo lường không đáng tin cậy hay có độ tin
cậy thấp có thể dẫn đến việc đưa ra các thông số liên quan bị sai và không cần thiết.
Đặc biệt trong nghiên cứu về BTĐL, cường độ chịu nén có ảnh hưởng rất lớn, do một
số chỉ tiêu cơ học khác của vật liệu như cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi
thường có mối quan hệ với nó. Đây là những thông số chính để đưa vật liệu vào ứng
dụng trong thực tế trong ngành xây dựng công trình. Chính vì vậy, đánh giá độ tin cậy
đo lường là một bước không nên thiếu trong quá trình làm thực nghiệm, bởi sau khi
xác định được độ tin cậy thì mới biết bước kế tiếp sẽ sử dụng các thông tin này như thế
nào. Nếu các chỉ số trong việc đánh giá độ tin cậy đều nằm trong phạm vi cho phép
việc tiến hành thí nghiệm sẽ được tiếp tục, ngược lại cần dừng lại để hiệu chỉnh hoặc
tìm biện pháp khắc phục.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU
CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
3.1. Tính chất công tác
3.1.1. Yêu cầu về độ công tác trong xây dựng đường
Dựa theo nhiều kết quả thực nghiệm và các công trình thực tế sử dụng BTĐL
như trong các tài liệu [62,47,51] cho thấy, nếu tính công tác của bê tông cao (vebe của
hỗn hợp bê tông trên 40 giây) khó có thể đảm bảo độ chặt của bê tông trong quá trình
lu lèn, thậm chí không thể lu được. Ngược lại, nếu tính công tác của BTĐL thấp (vebe
của hỗn hợp bê tông dưới 20s) thì trong quá trình thi công thường gây ra hiện tượng
dợn sóng không đảm bảo được độ bằng phẳng cho mặt đường. Do vậy mà độ công tác
của BTĐL nên trong khoảng 30s - 40s là phù hợp với điều kiện môi trường ở Việt
Nam.
3.1.2. Đánh giá tổn thất độ công tác

Đảm bảo độ công tác là một trong những yêu cầu rất cơ bản đối với bất kỳ
loại bê tông nào, đối với BTĐL thì yêu cầu này rất quan trọng, nó đảm bảo chất lượng
thi công cho hỗn hợp bê tông. Chính vì thế, đánh giá mức độ tổn thất tính công tác cần
được xét đến. Tổn thất tính công tác có thể được hiểu là mức độ thay đổi độ cứng của
hỗn hợp BTĐL theo thời gian ở điều kiện môi trường khí hậu. Trong phạm vi nghiên
cứu của luận án các mẫu thí nghiệm chủ yếu được tiến hành đo đạc ở khu vực Hà Nội.
Tiến hành thí nghiệm đo độ cứng của 6 mẫu BTĐL với tỷ lệ N/CKD là 0,38 trong
các điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau dao động từ 200C đến 300C và ở các thời
gian khác nhau. Trong 4 mẫu thí nghiệm, 3 mẫu sử dụng cốt liệu ở trạng thái ẩm bão


18
hoà khô mặt, 1 mẫu còn lại sử dụng cốt liệu ở trạng thái khô, kết quả đo trong bảng
3.1.

Hình 3.1 Độ cứng HHBTĐL theo thời gian (tmt= 200C  30oC)
Vì vậy, cần đẩy nhanh quá trình đầm nén trong khoảng (30  40) phút để độ công
tác của hỗn hợp đạt yêu cầu.
3.1.3. Thời gian đông kết

Hình 3.2 Sự thay đổi thời gian đông kết của vữa BTĐL
Từ kết quả thí nghiệm rút ra nhận xét: Việc sử dụng tro làm PGK cho BTĐL đã
đem lại hiệu quả kéo dài thời gian đông kết cho HH BTĐL từ hơn 8 h tăng lên thành
gần 10 giờ. Sự kéo dài thời gian đông kết của HH BTĐL tạo điều kiện thuận lợi cho
thi công BTĐL trong điều kiện nắng nóng Việt Nam.
3.2. Tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông đầm lăn
3.2.1. Cường độ chịu nén
Bảng 3.3. Thành phần vật liệu và kết quả cường độ chịu nén của BTĐL

19
Cường độ nén ở các ngày tuổi,
Mã
BTĐL

M 20

N
CKD

0,49

Thành phần bê tông, kg/m

R n (MPa)
%Rn28

3

N
(lít)

XM
(kg)

TB
(kg)

C
(kg)

Đ
(kg)

117

191

47,8

883

1256

Rn3

Rn7

Rn28

9,42
34,6

16, 03
58,9

27, 21
100

19,7

60,5

32,5
100
36, 78
100

M25

0,46

117

203,5

50,9

877

1248

11, 69
36, 0

M30

0,43

117

217,7

54.4

870

1238

14,19
38, 6

23, 45
63,8

M35

0,39

117

240

60

859

1222

17,13
40, 6

28, 23
66,9

M40

0,36

117

260

65

849

1208

18,11
42,9

29,87
70,8

42,19
100
46, 58
100

Rn90

29, 45
108, 2

36,11
111,1
42, 3
115, 0
49,87
118, 2
51, 73
122, 6

Hình 3.3. Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian
- Cường độ BTĐL phát triển mạnh trong 3 ngày đầu có thể đạt trong khoảng 30%
 43% cường độ yêu cầu, còn 7 ngày thì đạt khoảng từ 55%  75% và đến 90 ngày thì
tốc độ phát triển này chỉ bằng khoảng 105%  125%.
Cho nên việc ứng dụng công nghệ BTĐL sẽ rút ngắn thời gian thông xe sớm lên
rất nhiều thường 7 ngày sau khi thi công, giảm được nhiều chi phí cho xã hội.
3.2.2. Cường độ chịu kéo khi uốn
3.2.2.1. Quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén


20

Rku  0,6243Rn0,5585 (3.1)
trong dó:
Rku là cường độ chịu kéo khi uốn của BTĐL;
Rn là cường độ chịu nén của BTĐL.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng trùng phục đến cường độ chịu kéo uốn
3.2.3. Mô đun đàn hồi

Ebt = 4,7418 .(Rn)0,4912
trong đó:
Ebt là mô đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi của BTĐL, GPa;
Rn là cường độ chịu nén 28 ngày tuổi, MPa.
3.2.5. Độ mài mòn
Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn của bê tông
Cấp bê tông, MPa
Loại bê tông
30
35
40
BTĐL (g/cm2)
0,34
0,30
0,18
2
BTXM (g/cm )
0,32
0,29
0,17
3.3. Tính chất vật lý
3.3.1. Khối lượng thể tích
2.3.2. Độ co ngót
BTT nói chung thường có các giai đoạn co ngót như sơ đồ hình 3.15.

Hình 3.25. Co ngót nội sinh của

Hình 3.26. Co ngót khô của

BTĐL và BTT

BTĐL và BTT

Co ngót khô tối đa của BTĐL thường nằm trong khoảng (400 ÷ 500)m/m, còn
BTT thường lớn hơn 700m/m [70]).
3.3.3. Hệ số giãn nở nhiệt
Trong thực tế, hệ số giãn nở nhiệt của bê tông (CTE) được xác định theo tiêu
chuẩn thí nghiệm AASHTO T60, thường được tính theo công thức sau:
CTE = (ΔL / L0 ) / ΔT
Hình 3.29. Quá trình thí nghiệm xác định độ giãn nở nhiệt CTE


21

Hình 3.29. Kết quả thí nghiệm CTE của BTT và BTĐL
- Với vật liệu sử dụng trong thí nghiệm, hệ số giãn nở nhiệt của BTT dao động từ
khoảng (9,5  10) /°C, còn BTĐL nằm trong khoảng (9  9,5) /°C.
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT
CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG TẠI VIỆT NAM
4.1. Tổng quan về các yêu cầu thiết kế mặt đường, móng đường
4.1.1. Yêu cầu về thiết kế cấu tạo mặt đường
4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật lớp móng mặt đường
4.1.3. Yêu cầu đối với vật liệu
4.2. Tính toán và đề xuất kết cấu áo đường với vật liệu BTĐL
4.2.1. Các thông số thiết kế mặt đường
1. Tải trọng thiết kế
2. Hệ số xung kích
3. Hệ số an toàn xét đến sự mỏi của bêtông
4. Tính năng cơ học của vật liệu
5. Móng mặt đường

4.2.2. Đề xuất mô hình kết cấu áo đường BTĐL cho đường giao thông cấp thấp
4.2.2.1. Xác định chiều dài cho phép của tấm BTĐL
Bảng 4.2. Chiều dài tính toán tối đa của BTĐL và BTT