Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông mặt đường trên địa bàn huyện phú lộc, tỉnh thừa thiên huế
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.38 MB, 78 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN VĂN HIỆP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ
CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN
ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Đà Nẵng - Năm 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN VĂN HIỆP
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ
CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN
ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Chuyên ngành
Mã số
: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
: 8580205
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HUỲNH PHƯƠNG NAM
Đà Nẵng - Năm 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Hiệp
ii
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN
TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC,
TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Học viên: Nguyễn Văn Hiệp Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 8580205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN
Tóm tắt:
Cát là một trong những vật liệu chủ yếu được dùng trong công trình xây dựng dân dụng,
giao thông, thủy lợi, hạ tầng kỹ thuật. Trong đó, cát nghiền từ đá được khai thác từ các
mỏ đá huyện Phú Lộc được nghiên cứu sử dụng cho mặt đường bê tông xi măng tại
huyện Phú Lộc. Khi tỷ lệ thay thế cát sông bằng cát nghiền tăng thì cường độ nén của
bê tông ở các ngày tuổi đều có sự gia tăng. Cường độ bê tông khi sử dụng 100% cát
nghiền tăng 1,12 lần so với cường độ bê tông không sử dụng cát nghiền. Khi tăng hàm
lượng cát nghiền thì cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông có sự biến thiên theo xu
hướng tăng, nhưng khi tỷ lệ thay thế cát nghiền vượt quá 40% thì cường độ kéo uốn có
xu hướng giảm. Khi tăng hàm lượng cát nghiền lên thì khả năng chống mài mòn của bê
tông tăng. Nhưng khi tỷ lệ thay thế cát nghiền vượt quá 40% thì khả năng chống mài
mòn của bê tông giảm. Kết quả nghiên cứu cho thấy thay thế 40% cát sông bằng cát
nghiền đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu về cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn
và độ mài mòn để chế tạo mặt đường bê tông xi măng, vừa đáp ứng được tình hình thực
tế khan hiếm cát tự nhiên như hiện nay, vừa mang lại hiệu quả kinh tế.
Từ khóa – bê tông; cát nghiền; mặt đường; cường độ kéo uốn; độ mài mòn.
RESEARCH ON USING CRUSHED SAND TO REPLACE NATURAL SAND IN
PAVEMENT CONCRETE IN PHU LOC DISTRICT, THUA THIEN HUE
PROVINCE
Abstract:
Sand is one of the main materials used in civil construction, transportation, irrigation
and technical infrastructure works. In which, crushed sand of stones extracted from Phu
Loc district quarries is studied for use in cement concrete pavement in Phu Loc district.
As the rate of replacing river sand with crushed sand increases, the compressive
strength of concrete in the days old increases. Concrete strength when using 100%
crushed sand increases 1.12 times compared to concrete strength without using crushed
sand. When the content of crushed sand goes up, the bending tensile strength of
concrete varies with the increasing trend, but when the replacement rate of crushed sand
exceeds 40%, the bending tensile strength tends to go down. As the content of crushed
sand rises, the abrasion resistance of concrete rises. But when the replacement rate of
crushed sand exceeds 40%, the abrasion resistance of concrete decreases. The research
results show that replacing 40% of river sand with crushed sand ensures the
requirements of compressive strength, bending tensile strength and abrasion to make
cement concrete pavement, both meeting the actual situation of scarcity of natural sand
as at present, and bringing economic efficiency.
Keywords - concrete; crushed sand; pavement; bending tensile strength; abrasion.
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................2
6. Cấu trúc nội dung luận văn.................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ BÊ
TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN ............................................................4
1.1. MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG .....................................................................4
1.1.1. Cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật đối với mặt đường bê tông xi măng ................4
1.1.2. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông trên thế giới và trong nước ............11
1.1.3. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông ở huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên
Huế.................................................................................................................................13
1.1.4. Tổng quan về bê tông sử xi măng sử dụng cát nghiền và tình hình sử dụng
ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam.........................................................................15
1.2. NGUỒN VẬT LIỆU ĐỂ PHỤC VỤ VIỆC SẢN XUẤT CÁT NGHIỀN TRÊN
ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC TỈNH THỪA THIÊN HUẾ ........................................16
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .......................................................................................17
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ KẾ HOẠCH
THỰC NGHIỆM .........................................................................................................18
2.1. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU TỚI TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG .................18
2.1.1. Ảnh hưởng của cát nghiền đến tính chất của bê tông .................................18
2.1.2. Ảnh hưởng của đá xi măng .........................................................................19
2.1.3. Ảnh hưởng của cốt liệu (đá dăm và cát tự nhiên) .......................................19
2.1.4. Các phương pháp tính toán .........................................................................20
2.2. THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI
MĂNG ...........................................................................................................................21
2.2.1. Xi măng.......................................................................................................21
2.2.2. Đá dăm ........................................................................................................22
2.2.3. Cát nghiền ...................................................................................................23
2.2.4. Cát sông ......................................................................................................25
2.3. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG .....26
2.3.1. Cát tự nhiên chế tạo bê tông và vữa (TCVN 7570:2006) ..........................26
2.3.2. Cát nghiền chế tạo bê tông và vữa (TCVN 9205-2012) ............................27
2.3.3. Cốt liệu lớn (TCVN 7570:2006) .................................................................28
2.3.4. Nước chế tạo bê tông (TCVN 4506: 2012) ...............................................29
iv
2.3.5. Phụ gia trong xây dựng (TCVN 8826:2011) ..............................................29
2.3.6. Xi măng.......................................................................................................30
2.4. KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM ..............................................................................31
2.4.1. Cấp phối bê tông .........................................................................................31
2.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén ....................................................31
2.3.3. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn .......................................32
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .......................................................................................34
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT
THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG ...............................................35
3.1. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ CÁT XAY/CÁT SÔNG ĐẾN CÁC
TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ......................................................................................35
3.1.1. Các tính chất của bê tông ............................................................................35
3.1.2. Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông .....................................................39
3.1.3. Độ mài mòn của bê tông .............................................................................42
3.2. LỰA CHỌN CẤP PHỐI TỐI ƯU..........................................................................43
3.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG ..................................................................43
3.3.1. Thiết kế .......................................................................................................43
3.3.2. Kết luận .......................................................................................................50
3.4. TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ .................................................................................50
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .......................................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................52
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
Tên bảng
Trang
Phân cấp quy mô giao thông
Chiều dày tấm BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường và
quy mô giao thông (tham khảo)
Trị số mô đun đàn hồi tính toán của các loại BTXM
Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và
lưu lượng thiết kế
Tốc độ thiết kế của các cấp đường
Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế
Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đường theo chức năng của đường và
lưu lượng xe thiết kế (Nn)
Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB40 Đồng Lâm
Các chỉ tiêu kỹ thuật của đá dăm tự nhiên
Bảng thành phần hạt của đá dăm tự nhiên
Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát nghiền
Thành phần hạt của cát nghiền
Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát sông
Thành phần hạt của cát cát sông
Thành phần hạt cát
Thành phần hạt cát nghiền
Thành phần hạt của cốt liệu lớn
Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng pooc lăng hỗn hợp [8]
Thành phần cấp phối cho 1 m3 bê tông
Bảng tổng hợp số lượng mẫu thử
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CX0
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CX20
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CX40
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CX60
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CX100
Kết quả thí nghiệm cường độ nén của các cấp phối
Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông CX0
Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông CX20
Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông CX40
Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông CX60
Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông CX100
6
7
8
8
9
10
10
21
22
22
24
24
25
25
26
27
28
30
31
34
35
35
36
36
37
37
39
40
40
40
41
vi
Số hiệu
bảng
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
Tên bảng
Trang
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn của bê tông
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mài mòn của bê tông
Bảng tính toán kết cấu áo đường cứng sử dụng cát sông
Bảng tính toán kết cấu áo đường cứng sử dụng cát sông
Bảng tổng hợp chi phí xây dựng
41
42
44
47
50
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.
1.2.
1.3.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Tên hình
Trang
Mặt cắt ngang của áo đường bê tông xi măng đổ tại chỗ
Thi công mặt đường bê tông xi măng
Bản đồ tỉnh Thừa Thiên Huế
Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm
Cát xay tại trạm nghiền của Trường Sơn
Biểu đồ thành phần hạt của cát xay
Biểu đồ thành phần hạt của cát sông
Lấy cát nghiền tại trạm xay đá
Rửa cát nghiền tại trạm xay
Dưỡng hộ mẫu bê tông trong bể ngâm
Mẫu bê tông ở các ngày tuổi
Nén mẫu bê tông
Biểu đồ cường độ nén của bê tông phát triển theo thời gian
Biểu đồ cường độ nén của các cấp phối bê tông ở tuổi 7, 14
và 28 ngày
Biểu đồ cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
Biểu đồ độ mài mòn của bê tông
5
12
14
23
23
24
26
32
33
33
33
34
38
38
41
42
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cát là một trong những vật liệu chủ yếu được dùng trong công trình xây dựng
dân dụng, giao thông, thủy lợi, hạ tầng kỹ thuật... Trong thời gian qua, với tiến trình
công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, hàng năm ngành xây dựng cần đến hàng trăm
triệu tấn cát vàng để phục vụ xây dựng và phát triển hạ tầng. Trong khi đó, nguồn cát
thiên nhiên ngày càng cạn kiệt và khan hiếm một cách nghiêm trọng, bên cạnh việc
khai thác cát thiên nhiên một cách tích cực, hiện nay tình trạng khai thác trái phép gây
sạt lở và ô nhiễm môi trường, chất lượng cát xây không còn đảm bảo do trữ lượng cát
theo các mỏ quy hoạch không đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Cát xây dựng trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung và huyện Phú Lộc nói
riêng hiện đang được khai thác chủ yếu dưới các lòng sông vì kích thước hạt lớn, chất
lượng tốt, được sử dụng làm cát bê tông, xây, trát. Tuy nhiên, theo cảnh báo, nếu khai
thác nhiều, không có quy hoạch sẽ ảnh hưởng tới dòng chảy, đất đai và môi trường [1].
Thực tế trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế do nguồn cát khan hiếm nên giá thị trường
tăng đột biến làm ảnh hưởng lớn đến quá trình đầu tư xây dựng, đặc biệt là những
tháng đầu năm 2019. Chính vì vậy, thời gian gần đây, tỉnh và các cơ quan liên quan
thông qua Sở xây dựng đã đẩy mạnh hoạt động kiểm soát khai thác cát trên các con
sông và đưa ra những giải pháp nhằm thay thế vật liệu cát với mục tiêu đảm bảo trong
công tác đầu tư xây dựng trên địa bàn.
Để giải quyết vấn đề này, sản xuất và sử dụng cát nhân tạo đang được coi là giải
pháp tối ưu. Hầu hết các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng đều thừa nhận tính ưu
việt của cát nhân tạo. Khi sử dụng phương pháp này, nó sẽ giải quyết được bài toán
thiếu cát thiên nhiên mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình; mặt khác, khi sử dụng cát
nghiền thay thế cát tự nhiên nó còn có những ưu điểm như: hạt cát đồng đều hơn,
nguồn vật liệu có trữ lượng lớn, có thể điều chỉnh mô đun và tỷ lệ thành phần hạt theo
từng yêu cầu cấp phối cho các loại bê tông khác nhau (như bê tông asphalt, bê tông xi
măng, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao...). Loại cát này cũng cho phép tiết kiệm xi
măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian thi công và tăng tuổi thọ công trình; đặc biệt
giảm thiểu việc hao mòn đối với kết cấu mặt đường bê tông xi măng vốn là vấn đề
đang tồn tại và chưa xử lý dứt điểm trên địa bàn.
Chính vì lý do trên học viên chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay
thế cát thiên nhiên trong bê tông mặt đường trên địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế” nhằm đề xuất việc dùng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên cho các công
trình sử dụng bê tông xi măng nói chung và cho kết cấu mặt đường bê tông nông thôn
nói riêng trên địa bàn huyện Phú Lộc.
2
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên trong mặt đường bê
tông xi măng.
- Mục tiêu cụ thể: đánh giá lựa chọn loại cát nghiền phù hợp và đề xuất cấp phối
hợp lý để chế tạo mặt đường bê tông xi măng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cát nghiền từ đá được khai thác từ mỏ đá Thừa Lưu,
huyện Phú Lộc; bê tông xi măng sử dụng cát nghiền.
- Phạm vi nghiên cứu: Bê tông xi măng cho đường nông thôn theo công nghệ
đầm rung thông thường, cường độ chịu nén tới 30 MPa.
4. Phương pháp nghiên cứu
Trong luận văn này, các phương pháp nghiên cứu sau được sử dụng:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu:
+ Nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước về các vấn đề có liên quan, tổng kết
các kinh nghiệm thu được từ các dự án thực tế đã sử dụng cát nghiền tại Việt Nam.
+ Nghiên cứu lý thuyết thiết kế cấp phối bê tông
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: sử dụng phương pháp thí nghiệm trong
phòng để xác định các tính chất và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cát nghiền, đá dăm, xi
măng và bê tông.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và tính hiệu quả để việc sử dụng vật liệu địa phương,
góp phần đa dạng và phong phú các loại vật liệu để chế tạo bê tông đường.
- Ý nghĩa thực tiễn của dự án là nghiên cứu vật liệu thay thế cát lòng sông đáp
ứng yêu cầu cấp bách của xã hội hiện nay.
6. Cấu trúc nội dung luận văn
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng và bê tông xi măng sử
dụng cát nghiền
1.1. Mặt đường bê tông xi măng
1.2. Nguồn vật liệu để phục vụ việc sản xuất cát nghiền trên địa bàn huyện Phú
Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế
CHƯƠNG 2: Vật liệu chế tạo bê tông xi măng và kế hoạch thực nghiệm
2.1. Ảnh hưởng của vật liệu tới tính chất của bê tông
2.2. Thí nghiệm tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo bê tông xi măng
2.3. Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chế tạo bê tông xi măng
2.4. Kế hoạch thực nghiệm
Chương 3: Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên
trong bê tông mặt đường
3
3.1. Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ cát xay/cát sông đến các tính chất của bê tông
3.2. Lựa chọn cấp phối tối ưu
3.3. Tính toán kết cấu áo đường
3.4. Tính hiệu quả kinh tế
Kết luận và kiến nghị
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG XI
MĂNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN
1.1. MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG
1.1.1. Cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật đối với mặt đường bê tông xi măng
Bê tông xi măng (BTXM) là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được sau khi tạo hình
và làm rắn chắc hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông có thành phần được lựa chọn hợp
lý gồm: xi măng, nước, cốt liệu lớn (đá dăm hoặc sỏi), cốt liệu nhỏ (cát) và phụ gia
[3]. Khi rắn chắc hồ xi măng dính kết hỗn hợp cốt liệu thành một khối đá và được gọi
là bê tông. Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực, hỗn hợp xi măng
và nước bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu đóng vai trò là chất kết dính và lấp đầy
khoảng trống giữa các hạt cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ.
Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng cấp cao. Tầng mặt là tấm BTXM có
độ cứng rất lớn, mô hình tính toán là: Tấm trên nền đàn hồi (nền đất và các lớp móng
đường).
a, Ưu điểm của mặt đường BTXM:
- Cường độ cao, thích hợp với mọi loại phương tiện vận tải kể cả xe xích.
- Cường độ mặt đường hầu như không thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
- Rất ổn định nước, dưới tác dụng của các yếu tố khí hậu mặt đường không bị
giảm cường độ.
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, hầu như không giảm khi mặt đường
bị ẩm ướt.
- Độ hao mòn không đáng kể, mặt đường sinh bụi rất ít.
- Mặt đường có màu sáng, định hướng xe chạy về ban đêm tốt.
- Tuổi thọ rất cao (30-40 năm).
- Có thể cơ giới hoá toàn bộ khâu thi công.
- Công tác duy tu, bảo dưỡng không đáng kể.
- Sử dụng chất liên kết là xi măng nên thi công ít gây ô nhiễm môi trường.
b, Nhược điểm của mặt đường BTXM.
- Mặt đường có độ cứng quá lớn, xe chạy không êm thuận, gây tiếng ồn nhiều
- Các khe biến dạng làm cho mặt đường kém bằng phẳng, hạn chế xe chạy tốc độ
cao
- Thi công tương đối phức tạp, đòi hỏi có các thiết bị chuyên dùng
- Chi phí xây dựng ban đầu thường rất lớn (2-2,5 lần mặt đường mềm)
- Yêu cầu phải có thời gian bảo dưỡng sau khi thi công xong
Các ưu điểm của mặt đường BTXM là cơ bản, vì vậy mặc dù có nhược điểm
song hiện nay các nước tiên tiến sử dụng ngày càng nhiều loại mặt đường này.
5
Kết cấu mặt đường bê tông xi măng đổ tại chỗ gồm các lớp mặt, lớp tạo phẳng,
lớp móng, nền đất. Mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng, các tấm bê tông là lớp
chịu lực chủ yếu của mặt đường chịu uốn dưới tác dụng tải trọng xe chạy. Tùy theo vị
trí của tải trọng bánh xe tác dụng ở mép hoặc ở tâm của tấm bê tông mà ứng suất kéo
có thể ở phần trên hoặc phần dưới của tấm bê tông mặt đường.
Mặt đường BTXM còn bị biến dạng khi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi và khi bê
tông bị co rút. Biến dạng do nhiệt độ, độ ẩm thay đổi và do bê tông co rút sẽ làm xuất
hiện nội ứng suất trong bê tông vì sự ma sát giữa mặt dưới của tấm bê tông và lớp
móng làm cản trở sự thay đổi tự do kích thước của mặt đường. Để giảm nội ứng suất
trong bê tông và để cho mặt đường không bị nứt theo hướng bất kỳ, người ta xây dựng
các khe biến dạng, các khe này chia mặt đường thành các tấm hình chữ nhật kích
thước từ 5x3,5 đến 6x3,5.
Hình 1.1. Mặt cắt ngang của áo đường bê tông xi măng đổ tại chỗ
Khi có bố trí cốt thép thường hoặc cốt thép ứng suất trước thì kích thước của tấm
bê tông nhất là chiều dài tấm, có thể tăng lên hàng chục mét.
Độ dốc ngang của mặt đường bê tông xi măng từ 15-20%. Bề rộng lớp móng Bm
phải được xác định tùy thuộc vào phương pháp và tổ hợp máy thi công, nhưng trong
mọi trường hợp nền rộng hơn mặt mỗi bên từ 0,3 – 0,5m. Trong mọi trường hợp, 30
cm nền đất trên cùng dưới lớp móng phải được đầm chặt K>=0,98; tiếp dưới 30cm này
phải được đầm chặt đạt K>= 0,95. Đối với các đoạn nền đường mà tình hình thủy văn,
địa chất không tốt thì trước khi xây dựng mặt đường phải sử dụng các phiện pháp xử
lý đặc biệt (thay đất, thoát nước hoặc gia cố)
c, Các cấp quy mô giao thông
Để thuận tiện cho việc thiết kế mặt đường BTXM thông thường, trong quy định
kỹ thuật này, quy mô giao thông được chia thành 5 cấp tùy theo số lần tác dụng tích
6
lũy Ne của trục xe 100kN lên vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM, dự báo cho một làn xe
phải chịu đựng trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế như ở bảng 1.1
Bảng 1.1. Phân cấp quy mô giao thông
Số lần trục xe quy đổi về 100kN tác dụng lên vị trí giữa
Cấp quy mô giao thông
cạnh dọc tấm trên 1 làn xe trong suốt thời hạn phục vụ
thiết kế (Ne)
Nhẹ
< 3.104 lần
Trung bình
3.104 ÷ 1.106 lần
Nặng
1.106 ÷ 20.106 lần
Rất nặng
20.106 ÷ 1.1010 lần
Cực nặng
> 1.1010 lần
d, Thiết kế mặt đường BTXM thông thường gồm các nội dung sau:
- Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường và cấu tạo lề đường;
- Tính toán chiều dày các lớp kết cấu, xác định kích thước tấm BTXM và xác
định các yêu cầu về vật liệu đối với mỗi lớp kết cấu;
- Thiết kế cấu tạo các khe nối;
- Thiết kế hệ thống thoát nước cho kết cấu mặt đường.
e, Yêu cầu chung đối với việc thiết kế mặt đường BTXM thông thường
- Kết cấu mặt đường thiết kế phải phù hợp với công năng và cấp hạng đường
thiết kế, phải phù hợp với điều kiện khí hậu, thủy văn, địa chất và vật liệu tại chỗ, cũng
như phù hợp với các điều kiện xây dựng và bảo trì tại địa phương.
- Kết cấu thiết kế phải đảm bảo trong thời hạn phục vụ quy định đáp ứng được
lượng xe dự báo thiết kế lưu thông an toàn và êm thuận, cụ thể là:
Dưới tác dụng tổng hợp của tải trọng xe chạy trùng phục và tác dụng lặp đi lặp
lại của sự biến đổi gradien nhiệt độ giữa mặt và đáy tấm BTXM, trong suốt thời hạn
phục vụ, tầng mặt BTXM không bị phá hoại (không bị nứt vỡ) do mỏi, đồng thời cũng
không bị nứt vỡ dưới tác dụng tổng hợp của một tải trọng trục xe lớn nhất đúng vào
lúc xuất hiện gradien nhiệt độ lớn nhất. Hai trạng thái giới hạn tính toán nói trên phải
được bảo đảm với một mức độ an toàn và tin cậy nhất định, để mặt đường BTXM đủ
bền vững trong suốt thời hạn phục vụ yêu cầu.
Ngoài yêu cầu về cường độ và độ bền vững nói trên, tầng mặt BTXM còn phải
đủ độ nhám để chống trơn trượt, phải chịu được tác dụng mài mòn của xe chạy và phải
đủ bằng phẳng để bảo đảm tốc độ xe chạy thiết kế.
Để dự phòng mài mòn, tầng mặt BTXM được thiết kế tăng dày thêm 6,0mm so
với chiều dày tính toán.
Các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phẳng được quy định như sau:
- Độ bằng phẳng:
+ Đảm bảo các yêu cầu quy định tại tiêu chuẩn TCVN 8864:2011.
7
+ Chỉ số IRI, m/km (TCVN 8865: 2011): Đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III ≤
2,0; Các cấp đường khác: ≤ 3,2;
- Độ nhám: Chiều sâu cấu tạo rãnh chống trượt thông qua độ nhám trung bình bề
mặt (TCVN 8866:2011).
Đối với đoạn đường bình thường của đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III: 0,7 ≤
Htb ≤ 1,10;
Đối với đoạn đường đặc biệt của đường cao tốc, cấp I, cấp II, cấp III: 0,8 ≤ Htb ≤
1,20;
Đối với đoạn đường bình thường của các cấp đường khác: 0,5 ≤ Htb ≤ 0,9;
Đối với đoạn đường đặc biệt của các cấp đường khác: 0,6 ≤ Htb ≤ 1,0;
Chiều dày tấm phải được xác định thông qua kiểm toán với 2 trạng thái giới hạn
đã đề cập ở trên. Để thuận lợi cho việc kiểm toán, bước đầu có thể tham khảo các trị số
chiều dày tấm tùy thuộc vào cấp hạng đường và quy mô giao thông như ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Chiều dày tấm BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường và quy mô
giao thông (tham khảo)
Chiều dày tấm BTXM (cm)
Cấp thông thường
Cực nặng Rất nặng
Nặng
Trung bình
Nhẹ
- Đường cao tốc
≥ 32
28 ÷ 32 25 ÷ 28
- Đường cấp I, II, III
≥ 30
26 ÷ 30 24 ÷ 27
22 ÷ 25
- Đường cấp IV, V, VI
20 ÷ 24
18 ÷ 20
f, Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu đối với BTXM
- Cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu fr đối với BTXM làm tầng mặt và đối với
móng trên làm bằng bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn được quy định ở điều 8.2.3
trong quy định số: 3230/QĐ-BGTVT của Bộ giao thông vận tải như sau:
fr ≥ 5,0MPa đối với BTXM mặt đường cao tốc, đường cấp I, cấp II và các đường
có cấp quy mô giao thông nặng, rất nặng, cực nặng.
fr = 4,5 MPa đối với đường các cấp khác, các đường có quy mô giao thông cấp
trung bình và các đường có quy mô giao thông cấp nhẹ nhưng có xe nặng với trục đơn
>100kN thông qua.
fr = 4,0 MPa với đường khác có quy mô giao thông cấp nhẹ không có xe nặng
với trục đơn >100kN thông qua.
Bê tông làm lớp móng dưới mặt đường bê tông nhựa phải có cường độ chịu uốn
giới hạn không nhỏ hơn 2,5 MPa (cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 17 MPa)
- Độ mài mòn xác định theo TCVN 3114:1993 không được lớn hơn 0,3 g/cm2 đối
với mặt đường BTXM đường cao tốc, đường ô tô cấp I, cấp II, cấp III hoặc các đường
có quy mô giao thông cực nặng, rất nặng và nặng và không được lớn hơn 0,6 g/cm2
đối với mặt đường BTXM đường ô tô cấp IV trở xuống hoặc các đường có quy mô
giao thông trung bình và nhẹ.
8
Trị số mô đun đàn hồi của BTXM làm tầng mặt, bê tông nghèo và bê tông đầm
lăn làm lớp móng trên đều được xác định bằng trị số mô đun đàn hồi suy ra từ thí
nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn của BTXM theo TCVN 3119:1993; Khi chưa
có số liệu thí nghiệm trực tiếp xác định trị số mô đun đàn hồi thì có thể áp dụng các số
liệu kinh nghiệm ở bảng 1.3 dưới đây:
Bảng 1.3. Trị số mô đun đàn hồi tính toán của các loại BTXM
Cường độ kéo uốn (MPa) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Cường độ nén (MPa)
5
7
11 15 20 25 30 36 42 49
Mô đun đàn hồi (GPa)
10 15 18 21 23 25 27 29 31 33
Chú thích:
1- Các chỉ tiêu ở bảng này đều ở tuổi mẫu 28 ngày;
2- 1GPa = 1000 MPa;
3- Cường độ chịu kéo uốn xác định theo TCVN 3119:1993;
Cường độ chịu nén xác định theo TCVN 3118:1993;
g, Cấp thiết kế của đường (TCVN 4054-2005)
Phân cấp thiết kế là bộ khung các quy cách kỹ thuật của đường nhằm đạt tới:
- Yêu cầu về giao thông đúng với chức năng của con đường trong mạng lưới giao
thông;
- Yêu cầu về lưu lượng xe thiết kế cần thông qua (chỉ tiêu này được mở rộng vì
có những trường hợp, đường có chức năng quan trọng nhưng lượng xe không nhiều
hoặc tạm thời không nhiều xe);
- Căn cứ vào địa hình, mỗi cấp thiết kế lại có các yêu cầu riêng về các tiêu chuẩn
để có mức đầu tư hợp lý và mang lại hiệu quả tốt về kinh tế.
Việc phân cấp kỹ thuật dựa trên chức năng và lưu lượng thiết kế của tuyến đường
trong mạng lưới đường và được quy định theo bảng 1.4.
Bảng 1.4. Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức năng của đường và lưu lượng
thiết kế
Cấp thiết Lưu lượng
kế của
xe thiết kế
Chức năng của đường
đường
(xcqđ/nđ)
Cao tốc
> 25 000 Đường trục chính, thiết kế theo TCVN 5729: 1997.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị,văn
Cấp I
> 15 000 hoá lớn của đất nước.
Quốc lộ.
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn
hoá lớn
Cấp II
> 6 000
của đất nước.
Quốc lộ.
9
Cấp thiết
kế của
đường
Lưu lượng
xe thiết kế
(xcqđ/nđ)
Cấp III
> 3 000
Cấp IV
> 500
Cấp V
> 200
Cấp VI
< 200
Chức năng của đường
Đường trục chính nối các trung tâm kinh tế, chính trị, văn
hoá lớn của
đất nước, của địa phương.
Quốc lộ hay đường tỉnh.
Đường nối các trung tâm của địa phương, các điểm lập
hàng, các
khu dân cư.
Quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện.
Đường phục vụ giao thông địa phương. Đường tỉnh,
đường huyện,
đường xã.
Đường huyện, đường xã
Tốc độ thiết kế các cấp đường dựa theo điều kiện địa hình, được qui định trong
bảng 1.5.
Bảng 1.5. Tốc độ thiết kế của các cấp đường
Cấp thiết
I
II
III
IV
V
VI
kế
Đồng Đồng Đồng
Đồng
Đồng
Đồng
Địa hình
Núi
Núi
Núi
Núi
bằng
bằng bằng
bằng
bằng
bằng
Tốc độ
thiết kế,
120
100
80
60
60
40
40
30
30
20
Km/h
CHÚ THÍCH: Việc phân biệt địa hình được dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến
của sườn đồi, sườn núi như sau: Đồng bằng và đồi ≤ 30 %; núi > 30 %.
Theo TCVN 10380:2014, hệ thống đường GTNT được phân thành 4 cấp kỹ thuật
A, B, C và D. Cấp A, B và C áp dụng đối với đường có ô tô chạy qua. Lựa chọn cấp
hạng kỹ thuật tuyến đường tùy thuộc vào lưu lượng xe thiết kế (Nn), xem Bảng 4. Cấp
D áp dụng đối với đường không có ô tô chạy qua.
Ngoài 4 cấp kỹ thuật như được quy định trong tiêu chuẩn này, chủ đầu tư có thể
lựa chọn đường cấp VI, cấp V hoặc cấp IV trong TCVN 4054:2005 áp dụng cho
những khu vực kinh tế phát triển hoặc có khối lượng vận chuyển hành khách và hàng
hóa lớn (khu sản xuất, chăn nuôi, gia công, chế biến Nông Lâm Thủy Hải sản; vùng
trồng cây công nghiệp; cánh đồng mẫu lớn; đồng muối; làng nghề; trang trại và các cơ
10
sở tương đương). Căn cứ để lựa chọn áp dụng các cấp kỹ thuật trong TCVN
4054:2005 cho đường GTNT dựa trên hai thông số cơ bản, đó là:
- Lưu lượng xe thiết kế (Nn) ≥ 200 xqđ/nđ (xác định theo Điều 4.8);
- Xe có tải trọng trục từ lớn hơn 6000 Kg đến 10000 Kg chiếm trên 10 % tổng số
xe lưu thông trên tuyến.
Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế các công trình trên đường đối
với các cấp đường giao thông nông thôn được quy định ở bảng 1.6.
Bảng 1.6. Tốc độ thiết kế và tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế
Cấp kỹ thuật
Tốc độ xe chạy
Tải trọng trục xe
Kiểm toán đối với xe
của đường
thiết kế, Km/h
thiết kế, Kg
vượt tải có tải trọng
trục, Kg
A
30 (20)
6000
10000
B
20 (15)
2500
6000
C
15 (10)
2500
6000
D
CHÚ THÍCH: Trị số trong ngoặc (20) áp dụng đối với địa hình miền núi (độ dốc
ngang địa hình > 30%).
Bảng 1.7. Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đường theo chức năng của đường
và lưu lượng xe thiết kế (Nn)
Chức năng của đường
Cấp kỹ
thuật theo
TCVN
4054:2005
Đường huyện có vị trí quan trọng đối với sự
Cấp IV, V,
phát triển kinh tế - xã hội của huyện, là cầu
VI
nối chuyển tiếp hàng hóa, hành khách từ hệ
thống đường quốc gia (quốc lộ, tỉnh lộ) đến
trung tâm hành chính của huyện, của xã và
Cấp VI
các khu chế xuất của huyện; phục vụ sự đi
lại và lưu thông hàng hóa trong phạm vi của
huyện.
Đường xã có vị trí quan trọng đối với sự
phát triển kinh tế - xã hội của xã, kết nối và
-
Cấp kỹ
thuật của
đường theo
TCVN
10380:2014
Lưu lượng
xe thiết kế
(Nn),
xqđ/nđ
-
≥ 200
A
100 200
A
100 200
11
Chức năng của đường
Cấp kỹ
thuật theo
TCVN
4054:2005
lưu thông hàng hóa từ huyện tới các thôn,
làng, ấp, bản và các cơ sở sản xuất kinh
doanh của xã. Đường xã chủ yếu phục vụ
sự đi lại của người dân và lưu thông hàng
hóa trong phạm vi của xã.
Đường thôn chủ yếu phục vụ sự đi lại của
người dân và lưu thông hàng hóa trong
phạm vi của thôn, làng, ấp, bản; kết nối và
lưu thông hàng hóa tới các trang trại, ruộng
đồng, nương rẫy, cơ sở sản xuất, chăn nuôi.
Đường dân sinh chủ yếu phục vụ sự đi lại
của người dân giữa các cụm dân cư, các hộ
gia đình và từ nhà đến nương rẫy, ruộng
đồng, cơ sở sản xuất, chăn nuôi nhỏ lẻ...
Phương tiện giao thông trên các tuyến
đường dân sinh chủ yếu là xe đạp, xe mô tô
hai bánh, xe kéo tay, ngựa thồ.
Đường KVSX chủ yếu phục vụ sự đi lại
của người dân và lưu thông nguyên vật liệu,
hàng hóa và đến các cơ sở sản xuất, chăn
Cấp IV, V,
nuôi, gia công, chế biến Nông Lâm Thủy
VI
Hải sản; vùng trồng cây công nghiệp; cánh
đồng mẫu lớn; đồng muối; làng nghề; trang
trại và các cơ sở tương đương.
Cấp kỹ
thuật của
đường theo
TCVN
10380:2014
Lưu lượng
xe thiết kế
(Nn),
xqđ/nđ
B
50 < 100
B
50 < 100
C
< 50
D
Không có xe
ô tô chạy
qua
-
Xe có tải
trọng trục >
6000 Kg ÷
10000 Kg
chiếm trên
10%
1.1.2. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông trên thế giới và trong nước
1.1.2.1. Tình hình sử dụng trên thế giới
- Hiện nay, kết cấu 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. Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) có mặt trên tất cả các cấp đường
12
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, đường giao thông miền núi,
khu vực có thời tiết khắc nghiệt, đặc biệt là các vùng ngập lụt.
Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu và các nhà quản
lý rất quan tâm. Hệ thống tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng
ngày càng phát triển đồng bộ hiện đại. Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây
dựng ngày càng có nhiều tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng
nhiều cho các đường cấp cao, đường cao tốc và sân bay.
Hình 1.2. Thi công mặt đường bê tông xi măng
Vì vậy, tỷ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt đường các loại khác
ngày càng tăng theo thời gian và chiến lược phát triển giao thông quốc gia của các
nước trong đó có Việt Nam.
Mặt đường BTXM 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… Trong suốt gần 100 năm qua, mặt
đường BTXM đã được 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: Canada, Hoa Kỳ, CHLB
Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia, Trung Quốc…[6] Theo Báo cáo của Cục Đường bộ
Liên bang Mỹ - FHWA) khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước
như sau:
Tại Mỹ, mặt đường BTXM chiếm khoảng 9% của 490.179 km đường đô thị và
4% của 1.028.491 km đường ngoài đô thị; tại Đức, mặt đường BTXM không cốt thép,
phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao.
13
Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14.000 km),
trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc; tại Bỉ, mạng lưới
đường khoảng 134.000 km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và
đường nông thôn. Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1.700 km, tức là chỉ hơn 1%.
Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và 60% đường nông thôn.
Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%. Hà Lan, mạng lưới đường ôtô có
khoảng 113.000 km. Khoảng 2.300 km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài,
nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông. Hà Lan còn
có khoảng 140 km đường khu vực có mặt BTXM không cốt thép, phân tấm. Tổng
cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ôtô. Ngoài ra, Hà Lan còn có
20.000 km đường xe đạp, trong đó 10% là mặt đường BTXM. Vương quốc Anh, mạng
lưới đường có khoảng 285.000 km, trong đó có 1.500 km là mặt đường BTXM, chiếm
khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc. [6]
1.1.2.2. Tình hình sử dụng ở Việt Nam
Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy, mặt đường BTXM cốt thép được xây
dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975. Trên QL2 đoạn Thái Nguyên - Bắc
Kạn xây dựng 30 km đường BTXM vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (bắc cầu
Chương Dương). Tiếp theo là trên QL1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30 km
vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt. Mặt đường BTXM được sử dụng hầu hết tại các
sân bay như: Sao Vàng, Tân Sơn Nhất, Nội Bài, Phú Bài… Hệ thống đường giao
thông nông thôn ở một số tỉnh như Thái Bình, Thanh Hoá, Hưng Yên, Huế… cũng có
sử dụng mặt đường BTXM với kết cấu đơn giản, đáp ứng nhu cầu giao thông ở địa
phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp. [4]
Theo thống kê của Bộ GTVT, tổng số đường giao thông nông thôn trong cả nước
bao gồm 172437 km, trong đó có 0,56% mặt đường bê tông nhựa và 7,2% mặt đường
nhựa hoặc BTXM (12.415 km).
1.1.3. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông ở huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa
Thiên Huế
1.1.3.1. Giới thiệu chung
Phú Lộc là huyện phía Nam của tỉnh Thừa Thiên Huế, phía Bắc giáp huyện
Hương Thủy, phía Nam giáp Đà Nẵng, phía Đông giáp biển và phía Tây giáp huyện
Nam Đông. Song song với quốc lộ 1 cùng tuyến đường sắt Bắc Nam chạy dọc suốt 65
km chiều dài của huyện là bờ biển và dãy núi Trường Sơn đến tận đỉnh đèo Hải Vân nơi giáp ranh với thành phố Đà Nẵng. Huyện Phú Lộc có diện tích tự nhiên 72.808
hecta, dân số năm 2015 là 138.123 người trong đó 46,77% trong độ tuổi lao động, bao
gồm 16 xã và 2 thị trấn.
14
Hình 1.3. Bản đồ tỉnh Thừa Thiên Huế
1.1.3.2. Mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Phú Lộc
a. Quốc lộ
- Quốc lộ 1
+ Tổng chiều dài: 65,2 km.
+ Mặt đường hiện trạng: Mặt cắt ngang 20,5 m (0,5+9,5+0,5+9,5+0,5); kết cấu
mặt đường bằng bê tông nhựa.
- Quốc lộ 49
+ Tổng chiều dài: 24,4 km.
+ Mặt đường: Mặt cắt ngang hiện trạng 11,0 m (1,0+9,0+1,0); kết cấu mặt đường
bằng bê tông nhựa.
- Đường Hồ Chí Minh
+ Tổng chiều dài 7,8 km
+ Mặt đường: Quy mô mặt cắt ngang 16,5 m (3,0+10,5+3,0); kết cấu mặt đường
bằng bê tông nhựa.
b. Tỉnh lộ
- Tỉnh lộ 14B
+ Tổng chiều dài: 15,7 km.
+ Mặt đường: Quy mô mặt cắt ngang 31,5 m (4,0+10,5+2,5+10,5+4,0).
+ Kết cấu mặt đường: Bê tông nhựa.
- Tỉnh lộ 21
+ Tổng chiều dài: 13,5 km.
15
+ Mặt đường: Quy mô mặt cắt ngang 5,5 m (1,0+3,5+1,0).
+ Kết cấu mặt đường: Bê tông xi măng.
- Tỉnh lộ 15B
+ Tổng chiều dài: 13,5 km.
+ Mặt đường: Quy mô mặt cắt ngang hiện trạng 5,5 m (1,0+3,5+1,0).
+ Kết cấu mặt đường: Thấm nhập nhựa.
c. Đường huyện
- Gồm 72 tuyến với tổng chiều dài: 165,67 km.
- Mặt cắt ngang quy hoạch 16,5 m (3,0+10,5+3,0).
- Kết cấu mặt đường: Bê tông xi măng. Hiện nay các tuyến đã đầu 82,4 km với
bề rộng mặt đường trung bình 3,5m, vì vậy nhu cầu sử dụng mặt đường BTXM là rất
lớn.
d. Đường xã
- Gồm 230 tuyến với tổng chiều dài: 270,43 km.
- Mặt cắt ngang quy hoạch 13,5 m (3,0+7,5+3,0).
- Kết cấu mặt đường: Bê tông xi măng. Hiện nay các tuyến đã đầu 170 km với bề
rộng mặt đường trung bình 3,0m vì vậy nhu cầu sử dụng mặt đường BTXM là rất lớn.
1.1.4. Tổng quan về bê tông sử xi măng sử dụng cát nghiền và tình hình sử
dụng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam
Cát nghiền là loại cát được nghiền từ đá, có nhiều tên gọi khác nhau như cát công
nghiệp, cát nghiền, cát gia công,..., có thành phần cỡ hạt gần tương tự với cát tự nhiên,
đảm bảo các yêu cầu về tính chất cơ lý, hóa và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một
phần cát tự nhiên trong bê tông và vữa xây dựng. Trong công nghệ bê tông chất lượng
cao cát nhân tạo còn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong thành phần
cốt liệu. Thông thường ở các nước công nghiệp phát triển, cát nhân tạo được sản xuất
ở những vùng thiếu hoặc không có cát tự nhiên và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây
dựng việc sản xuất cát nhân tạo như là một công đoạn cuối cùng để tận dụng tài
nguyên và bảo vệ môi trường. [5]
Tại những nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Pháp,… cát nghiền
được sản xuất khá nhiều, đặc biệt là ở những nơi thiếu hoặc không có cát thiên nhiên
và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng đều có công đoạn sản xuất cát nghiền,
công đoạn cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường. Ở Bồ Đào Nha,
Anh, Pháp, Italia, Vênêxuêla cát nghiền đã là nguồn nguyên liệu chính thay cho cát
thiên nhiên trong bê tông. Ở Bồ Đào Nha hiện có 75 cơ sở sản xuất cát nghiền với tổng
công suất tới 800.000 T/năm, ở Anh với tổng công suất khoảng 700.000 T/năm, ở Bắc
Irland với tổng công suất khoảng 450.000 T/năm. Trên thế giới cát nghiền đã được
dùng trong các đập nước lớn như đập Saguling ở Indonexia, đập Chonarit trên sông
Lakhdar đông Manakesh, đập Jebha ở Nigieria, đập Grand Maison ở Pháp…[6]
16
Ở Việt Nam, từ trước tới nay ở những vùng thiếu cát tự nhiên thì nguồn cung cấp
chính là vận chuyển từ nơi khác đến. Việc này đã và đang gặp nhiều khó khăn, chưa
kể nguồn cát tự nhiên ngày càng trở nên khan hiếm. Đứng trước tình hình khó khăn
trên, ở một số nơi như Cao Bằng, Sơn La, Hà Giang, Lai Châu bước đầu đã có những
biện pháp khắc phục: xây dựng những trạm nghiền cát để phục vụ tại chỗ. Cát được
nghiền từ đá dăm có kích thước < 60 mm. Công nghệ sản xuất đơn giản: chỉ sử dụng
máy nghiền búa, có thể thêm công đoạn sàng để loại bỏ hạt >5mm. Hiện nay, tại Việt
Nam sử dụng các trạm nghiền cát và đá dăm có công suất lớn chủ yếu là tại các công
trình có quy mô lớn như các công trình thủy điện: Nhà máy thủy điện Bản Chát, Nhà
máy thủy điện Sơn La, Nhà máy thủy điện Lai Châu,… [6]
Các công trình ở Việt Nam đã nghiên cứu và sử dụng cát nghiền để thay thế một
phần hay toàn bộ cát tự nhiên như đập thủy điện A Vương đã thay thế một phần cát tự
nhiên, đập sông Tranh 2, đập Sơn La đã thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng cát nghiền.
[7] Ở các công trình này đã có những nghiên cứu đánh giá trước khi đưa vào sử dụng.
Tuy nhiên, cát nghiền có tính chất khác với cát tự nhiên, nó phụ thuộc rất nhiều vào
thành phần đá gốc tạo thành cũng như công nghệ nghiền để tạo thành cát. Do đó cần
phải có những đánh giá cụ thể để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như giá thành, giúp
loại cát nghiền này trở nên phổ biến hơn.
Ở nước ta có ít đề tài nghiên cứu kỹ, đầy đủ về công nghệ sản xuất và sử dụng
cát nghiền cho bê tông và vữa xây dựng. Trong lĩnh vực này, đề tài xuất hiện đầu tiên
năm 1998 là của TS Nguyễn Thanh Tùng, tiếp theo là đề tài của TS Nguyễn Quang
Cung năm 2002 “Nghiên cứu cát nhân tạo sử dụng trong bê tông và vữa xây dựng”.
[5] Đây là một đề tài nghiên cứu khá đầy đủ về đặc tính của cát nghiền ở Việt Nam về
công nghệ chế tạo cát nghiền và về ứng dụng của nó trong công nghệ chế tạo bê tông
và vữa xi măng.
1.2. NGUỒN VẬT LIỆU ĐỂ PHỤC VỤ VIỆC SẢN XUẤT CÁT NGHIỀN TRÊN
ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Hiện nay trên địa bàn huyện Phú Lộc có 02 mỏ khai thác đá chính như sau:
- Mỏ đá Thừa Lưu được UBND tỉnh cấp tại QĐ số 2017 ngày 08/10/2013 thời
hạn khai thác 15 trữ lượng địa chất 984.425 m3; trữ lượng khai thác 725.865 m3 công
suất khai thác 50.000 m3/năm.
- Mỏ đá Lộc Điền được UBND tỉnh cấp tại QĐ số 1116 ngày 12/06/2013 thời
hạn khai thác 15 năm sáu tháng trữ lượng địa chất 1.227.110 m3; trữ lượng khai thác
699.629 m3 công suất khai thác 75.000 m3/năm.
Học viên đề xuất lấy đá từ hai mỏ đá nói trên để tiến hành xay và sản xuất vật
liệu cát nghiền thay thế lượng cát thiên nhiên trong bê tông mặt đường áp dụng trên
địa bàn huyện Phú Lộc; nếu đạt hiệu quả cao sẽ tiếp tục phát triển và nhân rộng phạm
vi và quy mô hoạch động trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế và toàn quốc.
