Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền bê tông xi măng dùng cho mặt đường cao tốc trong môi trường khí hậu miền nam việt nam

Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------o0o---------

PHAN HOÀI CHƯƠNG

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Xây dựng đường Ơ tơ và đường Thành phố
Mã số ngành: 60.58.30

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ
BỀN BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG CHO MẶT ĐƯỜNG
CAO TỐC TRONG MƠI TRƯỜNG KHÍ HẬU
MIỀN NAM VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên

Phan Hoài Chương

Phái

: Nam

Ngày tháng năm sinh :

12/04/1985

Nơi sinh

: Gia Lai

Chuyên ngành

:

Xây dựng Đường Ơtơ và Đường Thành Phố

Mã số ngành

:

60.58.25

Khóa

:

K2010

I.

:

Mã số học viên : 10010312

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ BỀN BÊ TÔNG XI
MĂNG DÙNG CHO MẶT ĐƯỜNG CAO TỐC TRONG MƠI TRƯỜNG
KHÍ HẬU MIỀN NAM VIỆT NAM

II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nghiên cứu thực nghiệm độ bền của bê tơng xi măng đường cao tốc trong điều

kiện khí hậu nóng ẩm và chứa các tác nhân ăn mịn hóa học tác động đến độ bền của
cơng trình tại Miền Nam Việt Nam. Đánh giá ảnh hưởng của độ bền vật liệu trong việc
thiết kế tính tốn đường giao thơng bê tơng xi măng.

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02-07-2012

IV.

NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 30-11-2012

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ ANH TUẤN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
( Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA QL CHUYÊN
NGÀNH

( Họ tên và chữ ký)

( Họ tên và chữ ký)


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ANH TUẤN
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1: ................................................... ..............................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2: ................................................... ..............................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Ngày ......tháng......năm 2012


LỜI CẢM ƠN
-----o0o-----

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tôi đã được tập thể
thầy cô Bộ Môn Cầu Đường, Bộ Môn Vật Liệu Xây Dựng, nhiệt tình giảng dạy,
hướng dẫn, bổ sung thêm cho tơi nhiều kiến thức chuyên sâu về chuyên môn, giúp tôi
mở rộng thêm về tầm nhìn, hiểu biết sâu về chuyên môn, vững vàng hơn trong công
tác và nghiên cứu khoa học. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đối với tất cả quý
thầy cô.
Tôi chân thành cám ơn Thầy hướng dẫn TS. LÊ ANH TUẤN đã tận tình
hướng dẫn, cung cấp những tài liệu cần thiết, truyền đạt những thơng tin q báu và
giải thích một số vấn đề cần làm sáng tỏ qua việc thực hiện luận văn này.
Ngồi ra, Tơi cũng gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
 Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
 Phịng đào tạo sau đại học và các phòng khoa trong trường Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh
 Gia đình, bạn bè và các Anh, Chị trong lớp cao học Xây dựng đường ơ
tơ và đường thành phố, khóa 2009 – 2011 đặc biệt là hai em
Phạm Hoàng Khiêm và Võ Việt Hải đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời
gian làm thí nghiệm.
 Phịng thí nghiệm Khoa xây dựng Trường Đại học SeJong và Đại học
YeingNam –Hàn Quốc
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ , sự hỗ trợ, sự động viên của tất

cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn./.
Tp. HCM, tháng 11 năm 2012
Học viên thực hiện luận văn

Phan Hoài Chương


TÓM TẮT LUẬN VĂN
-----o0o-----

“NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ BỀN BÊ TÔNG
XI MĂNG DÙNG CHO MẶT ĐƯỜNG CAO TỐC TRONG MƠI TRƯỜNG
KHÍ HẬU MIỀN NAM VIỆT NAM"
Trọng nghiên cứu này, Vật liệu bê tông dùng cho xây dựng đường cao tốc được
thực nghiệm với cường độ chịu nén thiết kế là 300, 400, 500 kG/cm2 tương ứng với
lượng chất kết dính 350, 420 và 500 kg/m3. Thực nghiệm được tiến hành với tỷ số
nước-chất kết dính là 0.45 và 0.5 cho tất cả các mẫu. Nghiên cứu sự phát triển cường
độ bê tông đường xi măng tại các tuổi khác nhau 1, 3, 7 và 28 ngày. Kết quả cho thấy
tỷ số nước-chất kết dính 0.45 và hàm lượng chất kết dính 420 kg/m3 cho cường độ và
độ bền tốt nhất.
Vật liệu được nghiên cứu độ bền trong môi trường nhiệt ẩm thay đổi và chứa
các tác nhân xâm thực là Na2SO4, NaCl và NaOH. Kết quả cho thấy rằng cường độ vật
liệu càng tăng thì khả năng chống lại sự suy giảm cường độ càng tăng trong điều kiện
nhiệt độ và độ ẩm thay đổi.
Trong thiết kế tính tốn chiều dày đường bê tơng thì ảnh hưởng của cường độ tỷ
lệ nghịch với chiều dày thiết kế. Trong mơi trường nhiệt ẩm, thì chiều dày thiết kế phải
tăng 3.2%, trong môi trường chứa Na2SO4, NaCl, NaOH thì chiều dày phải tăng lần
lượt là 4.7%, 2% và 3.5% để đảm bảo độ bền cơng trình.

ABSTRACT
-----o0o-----

"STUDY FACTORS AFFECTING DURABILITY PROPERTIES OF
CONCRETE

FOR HIGHWAY

PAVEMENT

IN SOUTHERN VIETNAM

CLIMATE"
In this Study, experimental study on compressive strength of Concrete used for
road construction is 300, 400, 500 kG/cm 2 corresponding to total binder content of
350, 420 and 500 kg/m3 respectively. The water/ binder (w/b) ratios are 0.45 and 0.5
for mortal specimens. The strength development with w/b has been studied at different
ages of 1, 3, 7 and 28 days. The results showed that the compressive strength and
flexural strength of concrete increased as the water to binder ratio decreased. The best
performance was obtained with a binder content of 420 kg/m3 and the water to binder
ratio of 0.45 .
Durability of concrete is studied in a moist heat environment and corrosive
agents of Na2SO4, NaCl and NaOH. The results showed that increasing the strength of
concrete was able to resist the decline of strength in temperature and humidity
changes.
In calculating the thickness of concrete pavement, the effect of strength is
inversely proportional to design thickness. In a moist heat environment, we need to
increase concrete pavement thickness by 3.2%. In corrosive agents of Na2SO4, NaCl
and NaOH, the thickness design must be increased by 4.7%, 2% and 3.5% respectively
to ensure durability of concrete pavement.

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài: ................................................................................ 1

1.1.1

Đặc điểm khí hậu nóng ẩm Việt Nam: ...................................................... 1

1.1.2

Đường giao thơng trong khí hậu nóng ẩm của Miền Nam Việt Nam: ........ 2

1.1.3

Lựa chọn mặt đường phù hợp cho đường cao tốc tại miền nam Việt Nam .... 3

1.1.3.1 Sự khác biệt giữa mặt đường Bê tông xi măng và Bê tông nhựa ............ 3
1.1.3.2 Hiện trạng đường Bê tông xi măng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam ... 7
1.2

Mục đích đề tài:................................................................................................ 8

1.3

Ý nghĩa đề tài: .................................................................................................. 9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN BÊ
TÔNG ĐƯỜNG XI MĂNG ..................................................................................... 10
2.1

Tình hình nghiên cứu độ bền mặt đường bê tông xi măng trên thế giới......... 10

2.1.1

Lịch sử phát triển của đường bê tông xi măng trên thế giới ..................... 30

2.1.2

Các yếu tố mơi trường bên ngồi tác động tới độ bền bê tơng đường ...... 30

2.1.2.1

Vai trị của độ ẩm trong q trình hydrat hóa bê tơng ....................... 12

2.1.2.2

Ảnh hưởng của mơi trường chứa tác nhân hóa học tới độ bền bê tông

đường xi măng. ................................................................................................ 16
2.1.3

Các yếu tố trong thành phần vật liệu ảnh hưởng tới độ bền ..................... 18

2.1.3.1

Xi măng portland ............................................................................. 19

2.1.3.2

Cốt liệu ............................................................................................ 19

2.1.3.3

Phụ gia ............................................................................................. 20

2.1.3.4

Nước cho hỗn hợp bê tông ............................................................... 23

2.1.3.5

Giới hạn tỷ lệ nước trên chất kết dính (N / CKD) ............................ 23

2.1.4

Đặc tính của bê tơng đường xi măng ....................................................... 23

2.1.4.1

Tính dễ thi cơng .............................................................................. 23


2.1.4.2

Cường độ ......................................................................................... 24

2.1.4.3

Sức chống mài mịn .......................................................................... 24

2.1.4.4

Tính chống thấm .............................................................................. 25

2.1.4.5

Tính kinh tế ...................................................................................... 26

2.2

Tình hình nghiên cứu ứng dụng đường bê tông xi măng tại Việt Nam .......... 29

2.3

Mục đích nghiên cứu .................................................................................... 30

2.4

Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 30

2.4.1

Phương pháp vật lý: ................................................................................ 30

2.4.2

Phương pháp hóa học .............................................................................. 30

2.4.3

Phương pháp phân tích hiện đại .............................................................. 30

2.4.4

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết ................... 31

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KHOA HỌC .......................................................................... 32
3.1

Cơ sở khoa học của bê tông đường xi măng ................................................. 32

3.1.1

Cơ sở hóa học ......................................................................................... 32

3.1.2

Cơ sở vật lý............................................................................................. 34

3.2

Nguyên vật liệu ............................................................................................ 35

3.2.1

Đá dăm ................................................................................................... 35

3.2.2

Xi măng .................................................................................................. 35

3.2.3

Muội silic................................................................................................ 36

3.2.4

Cát .......................................................................................................... 36

3.2.5

Nước ....................................................................................................... 36

3.2.6

Phụ gia .................................................................................................... 36

3.3

Môi trường dưỡng hộ ................................................................................... 37

3.4

Thiết kế thành phần cấp phối ........................................................................ 37

3.5

Phương pháp thí nghiệm và tạo mẫu............................................................. 38

3.5.1

Phương pháp tạo mẫu ............................................................................. 38

3.5.2

Phương pháp thí nghiệm ......................................................................... 38


CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ................................. 43
4.1.

Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến tính chất của bê tông đường xi

măng ..................................................................................................................... 43
4.2.

Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của bê tơng đường xi măng ................ 51

4.3.

Ảnh hưởng của chu kỳ nóng ẩm đến tính chất của bê tơng đường ................ 56

4.4.

Ảnh hưởng của điều kiện mơi trường đến tính chất của bê tơng đường........ 58

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CHO ĐƯỜNG
CAO TỐC CÓ KỂ ĐẾN YẾU TỐ ĐỘ BỀN ........................................................... 69
5.1

Điều kiện và tính chất làm việc của mặt đường bê tông xi măng .................. 69

5.2

Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM ............................................................... 70

5.3

Các yêu cầu khe nối của mặt đường BTXM ................................................. 70

5.4

Cơ sở lí thuyết của việc tính tốn mặt đường bê tơng xi măng: ..................... 71

5.5

Lý thuyết tính tốn bề dày mặt đường bê tơng xi măng: ............................... 75

5.6

5.5.1

Thiết kế kết cấu áo đường BTXM theo ASSHTO: ............................... 75

5.5.2

Thiết kế kết cấu áo đường BTXM theo 22TCN223-95: ....................... 77

Kết cấu áo đường cứng dùng cho đường cao tốc: ......................................... 78
5.6.1. Ảnh hưởng của cường độ đến chiều dày tính tốn................................ 79
5.6.2. Ảnh hưởng của mơi trường xâm thực đến chiều dày tính tốn ............. 81
5.6.3. Ảnh hưởng của tổng lượng trục xe thiết kế đến chiều dày tính tốn ..... 83

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................. 85
6.1

Kết luận ....................................................................................................... 85

6.2

Hướng phát triển của đề tài .......................................................................... 87


HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Cấu trúc và khả năng truyền tải nén của các loại đường ....................... 4
Hình 1-2. Hiện tượng lún đường asphalt .............................................................. 5
Hình 1-3. Khoảng cách trượt dài khi dừng gấp đo được của 2 loại xe ô tô trên
đường bê tông xi măng và đường asphalt ở tốc độ 100 Km/h .............................. 6
Hình 1-4. Chiếu sáng trên mặt đường cao tốc Bê tông xi măng (bên trái) và Bê
tông nhựa ( bên phải) ở Bang Sao Paulo, Brazil ................................................... 6
Hình 2-1. Đường Bê tơng xi măng đầu tiên ở Mỹ-Bellefontaine, Ohio ................ 10
Hình 2-2. Mặt đường bê tông cốt thép liên tục ở Bang South Dakota, Mỹ ........... 12
Hình 2-3. Sơ đồ quá trình mất nước của mặt đường bê tơng xi măng dưới tác động
của khí hậu nóng ẩm ............................................................................................ 13
Hình 2-4. Mối liên quan giữa hàm lượng nước tổng cộng co ngót khơ ................ 14
Hình 2-5. Nứt do co ngót dẻo .............................................................................. 14

Hình 2-6. Nứt ngang và nứt dọc tự do.................................................................. 15
Hình 2-7. Nứt vỡ tại khe nối ................................................................................ 15
Hình 2-8. Phản ứng hóa học giữa sunphat và C3A trong xi măng ......................... 17
Hình 2-9. Nứt không đều đặn kết quả từ phản ứng kiềm – cốt liệu....................... 18
Hình 2-10. Thành phần nguyên vật liệu chế tạo bê tơng đường xi măng ........... 18
Hình 2-11. Ảnh hưởng của chất kết dính tới cường độ chịu nén........................... 21
Hình 2-12. Mối quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén 7 ngày,
28 ngày khi sử dụng phụ gia giảm nước .............................................................. 22
Hình 2-13. So sánh sự tương quan của cường độ nén và cường độ uốn ................ 24


Hình 2-14. Mối quan hệ giữa tỉ lệ N/X và hệ số thấm .......................................... 25
Hình 2-15. Sự phát triển cường độ chịu nén theo thời gian -South Dakota ........... 28
Hình 2-16. Sự phát triển cường độ chịu uốn theo thời gian -South Dakota ........ 28
Hình 2-17 Sự phát triển mơ đun đàn hồi theo thời gian -South Dakota ................ 29
Hình 3-1 Hồ Xi măng rắn chắc ......................................................................... 34
Hình 3-2 Quá trình co ngót dẫn đến vết nứt trong BT ....................................... 35
Hình 3-3 Mẫu hình trụ cho thí nghiệm nén cường độ 28 ngày .......................... 39
Hình 3-4 Mẫu trong thiết bị nén ....................................................................... 39
Hình 3-5 Mẫu hình lập phương cho thiết bị uốn ................................................ 39
Hình 3-6 Mẫu hình lập phương bị uốn gãy ...................................................... 40
Hình 3.7. Mẫu thí nghiệm co ngót khơ ................................................................ 41
Hình 3-8 Ngâm mẫu trong mơi trường dưỡng hộ ............................................. 42
Hình 4.1a Sự phát triển cường độ chịu nén theo thời gian (tỉ lệ N/CKD=0.5) ..... 44
Hình 4.1b Sự phát triển cường độ chịu nén theo thời gian (tỉ lệ N/CKD=0.45) ... 44
Hình 4.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng chất kết dính và cường độ chịu nén 28 ngày
............................................................................................................................ 45
Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hàm lượng chất kết dính và cường độ chịu uốn 28 ngày
............................................................................................................................ 45
Hình 4.4 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn .................. 47

Hình 4.5. Mối quan hệ giữa hàm lượng chất kết dính và co ngót ......................... 48
Hình 4.6 Ảnh hưởng của co ngót do phản ứng hóa học ........................................ 49
Hình 4.7 Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và co ngót ...................................... 50
Hình 4.8 Sự thay đổi cường độ chịu nén sau 24h khi sử dụng phụ gia ................. 52
Hình 4.9 Sự thay đổi cường độ chịu nén sau 28 ngày khi sử dụng phụ gia ........... 52
Hình 4.10. Sự thay đổi cường độ chịu uốn sau 28 ngày khi sử dụng phụ gia ........ 53
Hình 4.11 Mối quan hệ giữa cường đơ chịu nén và cường độ chịu uốn


khi sử dụng phụ gia ............................................................................................. 54
Hình 4.12. Sự thay đổi co ngót khi sử dụng phụ gia ............................................. 55
Hình 4.13 Ảnh hưởng của chu kỳ nóng ẩm tới cường độ chịu nén ...................... 56
Hình 4.14 Ảnh hưởng của chu kỳ nóng ẩm tới cường độ chịu uốn ...................... 57
Hình 4.15 Phương trình suy giảm cường độ chịu nén dưới ảnh hưởng của chu kỳ
nóng ẩm (tỷ lệ N/CKD=0.45, khi có sử dụng phụ gia) ...................................... 57
Hình 4.16. Ảnh hưởng của môi trường dưỡng hộ tới cường độ chịu nén
(tỷ lệ N/CKD =0.45 khi không sử dụng phụ gia) ............................................... 59
Hình 4.17. Ảnh hưởng của mơi trường dưỡng hộ tới cường độ chịu nén
(tỷ lệ N/CKD =0.5 khi không sử dụng phụ gia) ................................................. 59
Hình 4.18. Ảnh hưởng của mơi trường dưỡng hộ tới cường độ chịu nén
(tỷ lệ N/CKD =0.45 khi có sử dụng phụ gia) ....................................................... 61
Hình 4.19. Ảnh hưởng của môi trường dưỡng hộ tới cường độ chịu nén
(tỷ lệ N/CKD =0.5 khi có sử dụng phụ gia) ......................................................... 61
Hình 4.20 a,b SEM của bê tơng đường trong mơi trường NaCl ............................ 62
Hình 4.21 a,b SEM của bê tơng đường trong mơi trường Na2SO4 ........................ 64
Hình 4.22a,b SEM của bê tông đường trong môi trường NaOH ........................... 66
Hình 4.23. Suy giảm cường độ chịu nén trong mơi trường chứa tác nhân ăn mòn
(tỷ lệ N/CKD =0.45 khi có sử dụng phụ gia) ....................................................... 68
Hình 5.1 Kết cấu tổng quát của mặt đường BTXM ............................................. 70
Hình 5.2 Sơ đồ bố trí khe của mặt đường BTXM................................................ 71

Hình 5.3 Kết cấu mặt đường BTXM cho đường cao tốc ..................................... 78
Hình 5.4 Chiều dày bê tơng đường xi măng theo mác bê tơng thiết kế ................ 80
Hình 5.5 Ảnh hưởng mơi trường nóng ẩm tới chiều dày tấm bê tơng ................. 81
Hình 5.6 Ảnh hưởng mơi trường chứa tác nhân hóa chất tới chiều dày tấm bêtơng
............................................................................................................................ 82


Hình5.7 Mối quan hệ giữa tổng lượng trục xe thiết kế và chiều dày tấm bê tơng
............................................................................................................................ 83
Hình 5.8 Chiều dày bê tông đường xi măng theo tổng lượng trục xe thiết kế dưới
ảnh hưởng của môi trường xâm thực ................................................................... 84

BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các số liệu khí hậu chủ yếu của khu vực TP Hồ Chí Minh .................. 2
Bảng 1.2. Đặc điểm khí hậu theo 2 mùa ở Miền Nam .......................................... 3
Bảng 2.1 Thành phần hóa khống của các loại xi măng pooclang ....................... 19
Bảng 2.2 Thành phần cấp phối bê tông cho đường cao tốc E-6 và E-8 ở NaUy.... 26
Bảng 2.3 Thành phần cấp phối bê tông cho đường cao tốc Illinois, Mexico,
South Dakota, và Texas ....................................................................................... 27
Bảng 3-1 Thành phần cấp phối bê tông đường xi măng ....................................... 37
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến tính chất của bê tơng
đường xi măng .................................................................................................... 43
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của phụ gia đến tính chất của bê tông đường xi măng ....... 51
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của môi trường đến độ bền bê tông đường xi măng ........... 56
Bảng5.1.Bảng số liệu đầu vào để tính tốn chiều dày tấm BTXM
(theo AASHTO 9 3) ................................ ................................ ... 79
Bảng 5.2. Tính tốn chiều dày lớp bê tông BTXM theo Mô đun đàn hồi và
cường độ chịu kéo uốn của bê tông đường xi măng ............................................. 80
Bảng 5.3. Tính tốn chiều dày lớp bê tơng BTXM mác 40 MPa theo tổng lượng
trục xe thiết kế thay đổi (40-80 triệu) ................................................................ 83

Trang 1

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1

Tính cấp thiết của đề tài:

1.1.1 Đặc điểm khí hậu nóng ẩm Việt Nam:
Khí hậu Việt Nam có thể được chia ra làm hai đới khí hậu lớn: (1) Miền Bắc (từ
đèo Hải Vân trở ra) là khí hậu nhiệt đới gió mùa, với 4 mùa rõ rệt (xn-hạ-thu-đơng),
chịu ảnh hưởng của gió mùa Đơng Bắc (từ lục địa châu Á tới) và gió mùa đơng Nam
(thổi qua Thái Lan-Lào và Biển Đơng), có độ ẩm cao. (2) Miền Nam (từ đèo Hải Vân
trở vào) do ít chịu ảnh hưởng của gió mùa nên khí hậu nhiệt đới khá điều hịa, nóng
quanh năm và chia thành hai mùa rõ rệt (mùa khô và mùa mưa).
Nhiệt độ trung bình tại Việt Nam dao động từ 21oC đến 27oC và tăng dần từ bắc
vào nam. Mùa hè, nhiệt độ trung bình trên cả nước là 25oC (Hà Nội 23oC, Huế 25oC,
thành phố Hồ Chí Minh 26oC). Mùa đơng ở miền Bắc, nhiệt độ xuống thấp nhất vào
các tháng Mười Hai và tháng Giêng. Ở vùng núi phía Bắc, như Sa Pa, Tam Đảo, Hoàng
Liên Sơn, nhiệt độ xuống tới 0oC, có tuyết rơi.
Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn với số giờ nắng từ 1.400 - 3.000
giờ/năm. Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.500 đến 2.000 mm. Độ ẩm khơng khí
trên dưới 80%. Do ảnh hưởng gió mùa và sự phức tạp về địa hình nên Việt Nam
thường gặp bất lợi về thời tiết như bão, lũ lụt, hạn hán (trung bình một năm có 6-10
cơn bão và áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, hạn hán đe dọa). [1]


Trang 2

1.1.2 Đường giao thơng trong khí hậu nóng ẩm của Miền Nam Việt Nam:
Đối với vùng khí hậu miền Nam, lấy vùng TP Hồ Chí Minh làm điển hình, đặc
điểm khí hậu được thể hiện ở Bảng 1.1
Bảng 1.1. Các số liệu khí hậu chủ yếu của khu vực TP Hồ Chí Minh [2]
Tháng

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

25,7

26,6

27,8

28,8

28,2

27,4

27

27

26,7

26,6

26,3

27,7

73,8

71,1

71

73.7

80,7

83.7

84,2

84,5

85

85,2

81,7

77,8

2,6

2,9

3,3

3,3

2,8

3,1

3,2

3,1

3

2,5

2,4

2,3

344

401

409

423

354

372

369

365

345

337

325

344

14,9

4,5

11,9

50

227,4

314,9

295,6

274,4

332

264,4

114,6

51

Thơng số
Nhiệt độ khơng
khí trung bình
T(0C)
Độ ẩm khơng
khí trung bình

 (%)
Vận tốc gió
trung bình
V(m/s)
Tổng xạ mặt
trời Q kcal/cm2
Lượng mưa
trung bình
M(mm)

Số liệu ở bảng 1.1 cho thấy : ba thông số hầu như ổn định suốt cả năm là: nhiệt
độ khơng khí , tốc độ gió và tổng xạ mặt trời . Cịn 2 thơng số độ ẩm khơng khí và
lượng mưa thì có sự phân rõ thành 2 mùa như sau:
-

Mùa mưa : từ tháng V đến tháng XI với độ ẩm  > 80% và lượng mưa
M=115-332 mm (gọi chung là trên 115mm)


Trang 3

-

Mùa khô: Từ tháng XII đến tháng IV với độ ẩm  <80% và lượng mưa
M=4,5-51,4mm ( gọi chung là dưới 52mm)
Như vậy có thể phân chia khí hậu khu vực TP Hồ Chí Minh thành 2 mùa thích

ứng với các thơng số khí hậu cơ bản nêu trong bảng 1.2
Bảng 1.2. Đặc điểm khí hậu theo 2 mùa ở Miền Nam [2]
TT

Tên mùa

Thời gian, tháng

T(0C)

 (%)

V(m/s)

Q kcal/cm2

M(mm)

1

Mùa mưa

V-XI

>27

>80

2,4-3,4

>340

>120

2

Mùa khô

XII-IV

<25

>70

2,3-3,3

>340

<50

Tại cuộc họp thông qua kế hoạch hành động ứng phó với biến đổi khí hậu của
TP.HCM giai đoạn 2011-2015 ngày 12-5, Sở Tài nguyên - môi trường TP.HCM cho
biết biến đổi khí hậu cũng làm nhiệt độ tại TP.HCM có xu hướng tăng 0,5 độ C. Do
ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, tình hình thời tiết tại TP.HCM sẽ ngày càng phức tạp.
Lượng mưa tăng 0,6mm/năm cũng sẽ làm tình trạng ngập lụt trong nội thành tăng.

( nguồn: )
Vậy : Lựa chọn vật liệu sử dụng cho đường giao thông việt nam, đặc biệt là
đường cao tốc, phù hợp với điều kiện khí hậu Miền Nam Việt Nam là vấn đề cấp
thiết cần quan tâm và nghiên cứu chuyên sâu.
1.1.3 Lựa chọn mặt đường phù hợp cho đường cao tốc tại miền nam Việt Nam
1.1.3.1 Sự khác biệt giữa mặt đường Bê tông xi măng và Bê tông nhựa
Sự khác nhau lớn nhất giữa đường Bê tông xi măng và Bê tông nhựa là: đường
Bê tông xi măng có cấu trúc cứng và đường Bê tơng nhựa có cấu trúc mềm.


Trang 4

(Độ cứng của đường Bê tông xi măng phân tán tải lên diện tích rộng tạo ứng
suất nén thấp lên lớp bên dưới)
Hình 1.1 : Cấu trúc và khả năng truyền tải nén của các loại đường [29]
- Tuổi thọ các loại đường:
Mặt đường Bê tơng xi măng có cường độ chịu nén, kéo,chịu uốn rất cao, do vậy
có thể sử dụng cho các đường có lưu lượng xe lớn và tỷ lệ xe nặng cao.
Tuổi thọ thường 30-50 năm, do vậy ít bị gián đoạn giao thơng do sửa chữa. Theo
số liệu báo cáo của công ty tư vấn ERES Inc. năm 1998 cho thấy tuổi thọ của đường
asphalt là 17 năm cịn của đường Bê tơng xi măng là 34 năm. Báo cáo này cũng cho thấy
đường cao tốc asphalt địi hỏi cơng tác bảo trì trong mỗi 3-5 năm và sửa chữa lớn trở nên
thường xuyên hơn sau năm thứ 12. Đối với đường Bê tông xi măng thì khác, yêu cầu sửa
chữa nhỏ đầu tiên sau 12 năm và sửa chữa bề mặt bê tông ở năm thứ 18. [3]
- Về mặt khai thác :
+ Đường Bê tông xi măng không bị xô, lún


Trang 5

Các xe tải nặng có thể tạo các vết lún trên đường nhựa, trong khi dừng hay khởi
động, các xe tải nặng có thể tạo xơ bề mặt đường. Các vị trí rẽ hay các khu vực giao cắt
giao thông trên đường nhựa cũng là nơi hay xuất hiện các khuyêt tật xô thành gờ do
bản chất mềm của vật liệu asphalt. Tuy nhiên bề mặt cứng của Bê tông xi măng lại
ngăn chặn được các khuyết tật này do chúng khơng lún, xơ.

Hình 1.2 Hiện tượng lún đường asphalt [22]
+ Đường Bê tông xi măng làm giảm khoảng trượt dài khi dừng gấp của phương
tiện giao thông
Đối với người sử dụng thì bề mặt cứng của đường bê tơng là quan trọng về khía
cạnh an tồn. Trong mùa mưa, các vết lún trên đường asphalt sẽ là nơi tụ nước và làm
tăng khả năng trượt của bánh xe.
Nghiên cứu của trường đại học Illinois có tên” xem xét an tồn của các lún, xơ
bề mặt đường asphalt” cho thấy rằng tất cả các khoảng trượt dài khi dừng gấp trên bề
mặt đường Bê tông xi măng ngắn hơn so với đường Bê tông nhựa, đặc biệt khi đường
Bê tơng nhựa có các vết lún và ướt như nêu trong hình 1-3. Các số liệu ở đây khơng
tính hiệu ứng trượt nước( hydroplaning). Nếu tính cả hiệu ứng trượt nước thì các
khoảng trượt dài khi dừng gấp của đường Bê tơng nhựa cịn cao hơn.


Trang 6

Hình 1.3 Khoảng cách trượt dài khi dừng gấp đo được của 2 loại xe ô tô
trên đường bê tông xi măng và đường asphalt ở tốc độ 100 Km/h [29]
+ Độ nhám mặt đường Bê tông xi măng có thể khống chế, do vậy độ bám khá
tốt .
+ Mặt đường Bê tơng xi măng có màu sáng, độ phản quang tốt khi chạy xe về
ban đêm ít bị ảnh hưởng khi trời mưa.

Hình 1.4 Chiếu sáng trên mặt đường cao tốc Bê tông xi măng (bên trái) và

Bê tông nhựa (bên phải) ở Bang Sao Paulo, Brazil.


Trang 7

+ Có thể cơ giới hóa trong q trình thi công, tạo một dây chuyền đồng bộ do
vậy dễ kiểm soát chất lượng.
+ Tốc độ dây chuyền khá lớn, thuận lợi trong công tác lập tiến độ thi công.
- Về giá thành :
Nhược điểm cơ bản của mặt đường Bê tông xi măng là giá thành khá cao. “Tuy
đầu tư ban đầu cho làm đường Bê tông xi măng cao hơn đường Bê tơng nhựa, nhưng
do vịng đời khai thác lâu,chi phí duy tu sửa chữa thấp hơn nên tính ra chi phí làm
đường Bê tơng xi măng vẫn rẻ hơn so với giá thành đầu tư làm nhựa đường” [17].
Theo TS. Hoàng Hà vụ trưởng vụ Khoa Học Công Nghệ ( bộ GTVT) cho biết : do
đường nhựa cần thường xuyên duy tu, bảo dưỡng định kỳ, nên giá thành qui đổi theo
chi phí vịng đời khai thác của mặt đường Bê tông xi măng rẻ hơn 20-25%.
1.1. 3. 2 Hiện trạng đường Bê tông xi măng ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam:
- Hiện trạng tại các nước trên thế giới [16]
Hiện nay hầu hết các nước phát triển và đang phát triển người ta chú trọng xây
dựng loại mặt đường này
+ ở Mỹ và một số nước châu Mỹ, loại mặt đường Bê tông xi măng chiếm
khoảng 85-90% các đường cao tốc.
+ ở Pháp, các nước Tây Âu, tỷ lệ loại mặt đường này là 65-80%.
+ ở Trung Quốc, hầu hết các đường trục chính, các đường cao tốc đều bằng Bê
tơng xi măng.
+ ở Nhật 100% các loại mặt đường nông thôn, các đường phố chính bằng Bê
tơng xi măng.
+ ở Thái Lan, Mã Lai 65% các đường cao tốc bằng Bê tông xi măng

Trang 8

- Hiện trạng tại Việt Nam [16]
Mặt đường Bê tông xi măng được xây dựng ở nước ta từ trước năm 1945 cho
một số sân bay và một vài đoạn đường ơ tơ, các tấm kích thước nhỏ( khoảng 2x2m, dày
từ 15÷18cm) bằng bê tơng mác thấp (150÷200) thi công theo phương pháp thủ công kỹ
thuật đơn giản. Tuy vậy thời gian sử dụng những đoạn đường này cũng được trên
20÷25 năm, như đoạn đường Bê tơng xi măng dài 100m trên quốc lộ 1A thuộc địa
phận Kỳ Anh cho đến năm 1970 vẫn còn tồn tại.
Từ 1954-1975 ở miền Bắc chúng ta tiếp tục khôi phục cải tạo và làm mới một số
sân bay và đường ô tô bằng Bê tông xi măng, như sân bay Nội Bài, đường Hùng
Vương và quảng trường Ba Đình (Hà Nội),v.v..
Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế , mật độ xe chạy trên đường ngày càng
tăng, trọng lượng xe cơ giới ngày càng nặng, khả năng sản xuất xi măng trong nước
ngày càng dồi dào.v.v.. Trong điều kiện khí hậu ở Miền Nam với lượng mưa lớn, nhiệt
độ khơng khí về mùa hè khá cao, bức xạ mặt trời rất mạnh, chế độ thủy nhiệt của nền
mặt đường ở một số nơi lại thường bất lợi…là những nhân tố ảnh hưởng không tốt đến
cường độ và độ ổn định ,độ nhám mặt đường nhựa.
Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng mặt đường Bê tông xi măng vào xây dựng
đường giao thông, đặc biệt là đường cao tốc ở nước ta là cần thiết.
1.2

Mục đích đề tài:
- Nghiên cứu cấp phối bê tông xi măng dùng cho đường cao tốc.
- Nghiên cứu thực nghiệm độ bền của bê tông xi măng đường cao tốc trong điều

kiện khí hậu nóng ẩm và chứa các tác nhân tác động đến độ bền của cơng trình tại
Miền Nam Việt Nam.
- Đánh giá ảnh hưởng của độ bền vật liệu trong việc thiết kế tính tốn đường giao
thơng bê tơng xi măng.

Trang 9

1.3

Ý nghĩa đề tài:
- Đánh giá ảnh hưởng của các tác nhân trong mơi trường khí hậu nóng ẩm của

Miền Nam Việt Nam đến chất lượng vật liệu bê tông đường.
- Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố mơi trường khí hậu đến độ bền của vật
liệu bê tơng đường.
- Xây dựng cơ sở tính tốn bê tơng đường khi xét đến ảnh hưởng của mơi trường
khí hậu.


Trang 10

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN BÊ
TƠNG ĐƯỜNG XI MĂNG
2.1
2.1.1

Tình hình nghiên cứu độ bền mặt đường bê tông xi măng trên thế giới
Lịch sử phát triển của đường bê tông xi măng trên thế giới
Đường bê tông xi măng đầu tiên được xây dựng ở Bellefontaine, Ohio, vào năm

1891 bởi George Bartholomew. Đường bê tơng xi măng này vẫn cịn trong thời gian
sử dụng hơn 100 năm sau đó. Nhưng theo cuốn sổ tay kỹ sư đường cao tốc ở Mỹ của

Blanchard năm 1919 thì bê tơng sử dụng chất dính kết xi măng poocland vào năm 1879
ở Scotland. ”Bề mặt đường rất tốt, nhưng khi con đường bắt đầu bị phá vỡ thì bê tơng
đường bị phân thành từng mảnh rất nhanh”[8]. Blanchard tiếp tục nói rằng mặt đường
bê tơng xi măng poocland ở Mỹ được xây dựng vào năm 1893 trên đường South
Fitzhugh ở Rochester, Newyork., bởi J.Y.McClintock. Chi phí mặt đường này vào thời
điểm này là 1 đô la / 0.84 m2. Tuy nhiên, mặt đường này nhanh chóng hư hỏng [8].
Mặc dù trước đó, đường bê tơng ở Bellefontaine là mặt đường bê tơng xi măng thành
cơng đầu tiên.

Hình 2.1 Đường bê tông xi măng đầu tiên ở Mỹ-Bellefontaine, Ohio.


Trang 11

Năm 1913, khoảng 37 km đường bê tông được xây dựng gần Pine Bluff,
Arkansas. Mặt đường rộng 2.7m và dày 125 mm. Sau năm 1916, các đường bê tông
được xây dựng với chiều dày từ 125 ÷ 225 mm, nhưng ít quan tâm đến chiều dày yêu
cầu. Trong khoảng thời gian 1912–1923, Bang Illinois đã tiến hành thử nghiệm đường
Bates. Sử dụng các xe tải cũ thời chiến tranh thế giới thứ nhất với tải trọng từ 454 đến
5900 kg, được sử dụng để kiểm tra các mặt cắt của vật liệu và chiều dày khác nhau.
Kết quả một số công thức thiết kế được xây dựng cho bang Illinois để sử dụng trong
xây dựng hệ thống đường cao tốc đầu tiên của bang [4]
Cho đến năm 1922, nhiều mặt đường đã được xây dựng khơng có khe nối và
một đoạn canh giữa được làm dày để ngăn chặn hình thành vết nứt dọc thất thường
xuất hiện trong mặt đường rộng 4.9-5.5 m. Căn cứ vào kết quả của thử nghiệm đường
Bates, các khe ở giữa để loại bỏ nứt dọc đã được thông qua [4]
Năm 1921-1923 thử nghiệm đường pittsburg, California đã so sánh mặt đường
bê tông cốt thép và mặt đường bê tông thông thường [4]. Thử nghiệm này cho thấy
tăng cường cốt thép khơng có lợi, nhưng các mặt đường thử nghiệm này được xây
dựng không có khe nối và khơng phản ánh thực hành hiện tại [30]

Sự phát triển về thiết kế và kỹ thuật xây dựng đáng kể trong những năm 1930 và
1940 đẩy nhanh tiến độ xây dựng, ít tốn kém và tăng độ bền bê tông.
Vào giữa những năm 1950, mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP) bắt đầu
phổ biến bởi vì các thiết kế yêu cầu loại bỏ nứt tại khe. Chi phí giá thành thép trong
mặt đường bê tơng cốt thép đắt tiền, và như vậy để có thể cạnh tranh, mặt đường bê
tông cốt thép liên tục đã xây dựng mỏng hơn, dẫn tới nứt sớm.
Nhiều người xem việc xây dựng hệ thống đường cao tôc liên tiểu bang, trong
những năm 1960 và 1970, là một thời hồn kim cho xây dựng đường bê tơng và xây
dựng đường nói chung. Nhưng ngay cả khi đã hình thành hàng ngàn dặm đường cao


Trang 12

tốc bê tông xi măng, các nghiên cứu và khai thác vẫn tiếp tục, cải thiện phương pháp
đổ và sửa chữa bê tơng. (PCA 1997)

Hình 2.2 Mặt đường bê tông cốt thép liên tục ở Bang South Dakota , Mỹ.

2.1.2

Các yếu tố mơi trường bên ngồi tác động tới độ bền bê tông đường
Đối với mặt đường, độ bền là một vấn đề quan trọng hơn cường độ. Mặt đường

tiếp xúc với điều kiện mơi trường bên ngồi, thường xun trong mơi trường khắc
nghiệt.
2.1.2.1

Vai trị của độ ẩm trong q trình hydrat hóa bê tơng

Mặt đường bê tơng xi măng sau khi hoàn thiện sẽ chịu tác động của bức xạ mặt

trời, độ ẩm, gió, nhiệt độ khơng khí làm cho nước trong bê tông bị bốc hơi làm suy
giảm cường độ, gây ra nứt do co ngót, nở và nứt tuổi sớm.