Nghiên cứu bê tông đất bazan để xây dựng đường nông thôn thi công bằng công nghệ đầm lăn

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

NGUYỄN HỮU VIỆT DŨNG

NGHIÊN CỨU BÊTÔNG ĐẤT BAZAN ĐỂ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG NÔNG THÔN THI CÔNG BẰNG
CÔNG NGHỆ ĐẦM LĂN

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ
ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
MÃ NGÀNH: 60.58.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2009


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: PGS.TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

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 2009.


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN HỮU VIỆT DŨNG

Phái : Nam

Sinh ngày : 22/12/1983

Nơi sinh : Gia Lai

Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số ngành : 60.58.30

Khoá: 2006

Mã số học viên: 00106004

I. TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU BÊTÔNG ĐẤT BAZAN ĐỂ XÂY DỰNG ĐƯỜNG NÔNG
THÔN THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ ĐẦM LĂN
II. NHIỆM VỤ
1. Tổng quan những nghiên cứu và ứng dụng đất gia cố trên thế giới và trong nước.

2. Xây dựng cơ sở lí luận khoa học liên quan đến đề tài.
3. Thực nghiệm các giải pháp gia cố đất bazan.
4. Phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính chất kĩ thuật của đất đã gia cố.
5. Trên cơ sở tính chất đất đạt được của đất bazan đã gia cố, ứng dụng thiết kế kết
cấu áo đường nông thôn
6. Kết luận và kiến nghị.
IV. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 02/02/2009
V. NGÀY HOÀN THÀNH 30/11/2009
VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh
Cán bộ hướng dẫn

PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

Chủ nhiệm bộ môn quản lý chuyên ngành

TS. Lê Bá Khánh

Nội dung và đề cương Luận án Cao học đã được thông qua Hội đồng Chuyên ngành
Tp. HCM, ngày tháng năm 200
TRƯỞNG PHỊNG ĐT SĐH

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÍ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Nghiên cứu bêtông đất bazan để xây dựng đường nông thôn thi công bằng
công nghệ đầm lăn” được thực hiện từ tháng 02/02/2009 đến tháng 30/11/2009 với
mục đích nghiên cứu ứng dụng đất bazan gia cố chất kết dính vơi, tro bay,xi măng và
hóa chất vơ cơ.

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh đã tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn và cung cấp các thơng tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu Đường
và Khoa Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp
đỡ tơi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn.

Nguyễn Hữu Việt Dũng


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài nghiên cứu này do học viên Nguyễn Hữu Việt Dũng trực tiếp thực hiện tại
Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của PGS. TS
Nguyễn Văn Chánh theo quyết định số 192/QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH ngày 19 tháng 02 năm
2009 của Hiệu Trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh về việc
giao đề tài luận văn thạc sĩ.
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác trừ những trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc và tác giả.
Học viên

Nguyễn Hữu Việt Dũng


TĨM TẮT LN VĂN THẠC SĨ

Tình hình khí hậu của địa bàn Tây Ngun vơ cùng khó khăn cho giao thông nông
thôn, đặc biệt trong mùa mưa kéo dài do sự phá hoại mặt đường. Luận văn thạc sĩ
“Nghiên cứu bêtông đất bazan để xây dựng đường nông thôn thi công bằng công nghệ

đầm lăn” được thực hiện với mục đích nghiên cứu loại vật liệu có cường độ, độ dẻo dai
cao và có khả năng chịu được nước nhằm ứng dụng trong xây dựng kết cấu áo đường
nông thôn. Vật liệu nghiên cứu được thực hiện trên nền tảng nâng cao khả năng chịu
lực của vật liệu đất bazan tại chỗ bằng chất kết dính vơ cơ vơi, ximăng, tro bay loại F
và chất kích hoạt. Phương pháp thực hiện trên cơ sở kết hợp nghiên cứu lí thuyết và thí
nghiệm thực tế trong phịng thí nghiệm, kết quả đạt được thành phần vật liệu đạt yêu
cầu kĩ thuật mong muốn bao gồm đất + 9% vôi + 18% tro bay + 12% ximăng + 10ml
hóa chất/100g đất. Vật liệu tìm được có khả năng chịu nén, chịu kéo cao, khả năng chịu
nước cao, được ứng dụng thiết kế đường giao thông nông thôn với giá thành rẻ và độ
bền cao.


ABSTRACT

Traffic in Central Highland’s rural area is made very difficult during long-lasting and
continuous rainy seasons due to unstable road surface, therefore, the need for new high
compressive strength, high split strength and water resistance material for using in
construction of rural road become urgent. The thesis “Stabilization on basaltic soil for
rural road with roller compacted technology” examined characteristics of basaltic soil
in Central Highland and mechanism of soil stabilization with lime, fly ash, cement and
chemical activator. Experiments on soil stabilization with several dosages of binder
and activator had been carried out, included soil-lime stabilization, soil-lime-fly ash
stabilization, soil-lime-fly ash-cement with and without alkaline activator. Sample
parameters such as optimum moisture content, maximum dry density, unconfined
compressive strength, split strength, elastic modulus, water absorption had been
collected and evaluated. Recommended mix design was soil with 9% quicklime, 18%
class F fly ash, 12% cement PCB40 by weight and 10ml alkaline activator/100g dry
soil. The material characteristics had been utilized in calculating rural road surfacing
layer, the result was sufficient with thickness of 15cm stabilized soil. This material can
be considered a promising alternative material for civil construction especially in road

construction in rural area.


MỤC LỤC
Chương 1 Tổng quan tình hình địa phương và các nghiên cứu gia cố đất.................1
1.1 Đặt vấn đề .........................................................................................................1
1.2 Đặc điểm khí hậu khu vực Tây Ngun .............................................................2
1.3 Tình hình giao thơng tỉnh Gia Lai ......................................................................3
1.4 Tình hình nghiên cứu gia cố đất bằng chất kết dính vơ cơ trong và ngoài nước..6
1.4.1 Những nghiên cứu gia cố đất ở nước ngoài .................................................6
1.4.2 Những nghiên cứu trong nước:....................................................................7
1.4.3 Những nghiên cứu gia cố đất sử dụng puzzolan...........................................9
1.5 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 10
Chương 2 Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu .................................... 12
2.1 Đất laterit bazan...............................................................................................12
2.1.1 Nguồn gốc hình thành đất laterit................................................................ 12
2.1.2 Thành phần hóa học đất laterit................................................................... 13
2.1.3 Cấu trúc đất laterit..................................................................................... 14
2.1.4 Các đặc điểm cấu trúc hệ keo của đất: ....................................................... 14
2.1.5 Ảnh hưởng của hệ keo tới quá trình gia cố đất........................................... 16
2.1.6 Phân loại cấu trúc đất: ............................................................................... 17
2.2 Vật liệu vôi dùng trong gia cố:......................................................................... 18
2.3 Cơ chế hình thành cường độ khi gia cố đất với vơi .......................................... 18
2.4 Vật liệu xi măng .............................................................................................. 20
2.5 Cơ chế hình thành cường độ khi gia cố đất với Xi măng: ................................. 21
2.5.1 Sự hydrat hóa các khống C3S: .................................................................21
2.5.2 Sự hydrat hóa khống C2S: .......................................................................21
2.5.3 Sự hydrat hóa của khống Aluminat Canxi: .............................................. 22
2.5.4 Sự hydrat hóa của khống alumoferit – tetracalcite C4AF ......................... 22
2.6 Vật liệu tro bay:............................................................................................... 22

2.7 Vai trò của tro bay ........................................................................................... 26
2.8 Chất phụ gia vô cơ........................................................................................... 26


2.9 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ và độ ổn định của đất laterit gia cố.......... 27
2.9.1 Công nghệ làm tơi vật liệu ........................................................................ 27
2.9.2 Độ ẩm hỗn hợp:......................................................................................... 27
2.9.3 Công tác đầm nén...................................................................................... 28
2.9.4 Nhiệt độ và độ ẩm ( bảo dưỡng). ............................................................... 28
Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bêtơng đất bazan ................. 29
3.1 Đặc trưng của các vật liệu................................................................................ 29
3.1.1 Đất laterit bazan: .......................................................................................29
3.1.2 Vật liệu vôi ............................................................................................... 31
3.1.3 Vật liệu tro bay: ........................................................................................ 32
3.1.4 Vật liệu ximăng......................................................................................... 32
3.1.5 Chất phụ gia vơ cơ .................................................................................... 33
3.2 Tiêu chuẩn thí nghiệm đất gia cố: .................................................................... 33
3.3 Tiến hành thí nghiệm: ...................................................................................... 34
3.3.1 Kết quả thí nghiệm đất gia cố vơi .............................................................. 35
3.3.1.1 Thí nghiệm đầm nén để tìm độ ẩm tối ưu và dung trọng khô lớn nhất
của đất gia cố vôi theo các tỉ lệ khác nhau ...................................................... 35
3.3.1.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố vôi: ........ 36
3.3.2 Đất laterit gia cố vôi+tro bay..................................................................... 38
3.3.2.1 Thí nghiệm đầm nén đất gia cố 9% vơi + tro bay theo các tỉ lệ khác
nhau ............................................................................................................... 38
3.3.2.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố 9% vôi +
tro bay theo các tỉ lệ khác nhau....................................................................... 39
3.3.2.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bão hịa của mẫu đất gia cố 9%
vơi + tro bay theo các tỉ lệ khác nhau.............................................................. 39
3.3.3 Đất laterit gia cố vơi+tro bay+ximăng ....................................................... 40

3.3.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố 9% vôi +
18% tro bay theo các tỉ lệ xi măng khác nhau: ................................................ 42


3.3.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ của mẫu đất gia cố 9% vôi + 18%
tro bay theo các tỉ lệ xi măng khác nhau: ........................................................ 44
3.3.3.4 Thí nghiệm xác định môđun đàn hồi của mẫu đất gia cố 9% vôi + 18%
tro bay theo các tỉ lệ xi măng khác nhau: ........................................................ 46
3.3.4 Đất laterit gia cố vôi + tro bay + ximăng + phụ gia vô cơ: ......................... 48
3.3.4.1 Thí nghiệm đầm nén của đất gia cố 9% vôi + 18% tro bay + 12% xi
măng + 10ml hóa chất/100g đất khơ ............................................................... 49
3.3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của mẫu đất gia cố 9% vôi +
18% tro bay 12% xi măng và 10ml hóa chất/100g đất .................................... 49
3.3.4.3 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ của mẫu đất gia cố 9% vơi + 18%
tro bay 12% xi măng và 10ml hóa chất/100g đất ............................................ 50
3.3.4.4 Thí nghiệm xác định mođun đàn hồi của mẫu đất gia cố 9% vôi + 18%
tro bay 12% xi măng và 10ml hóa chất/100g đất ............................................ 50
3.4 Kết luận........................................................................................................... 51
Chương 4 Tính tốn đề xuất kết cấu sử dụng vật liệu trong xây dựng áo đường..... 53
4.1 Ứng dụng thiết kế áo đường giao thông nông thôn:.......................................... 53
4.1.1 Sự cần thiết đầu tư tuyến đường ................................................................ 53
4.1.2 Quy trình quy phạm áp dụng ..................................................................... 55
4.1.3 Địa điểm xây dựng: ................................................................................... 55
4.1.3.1 Địa điểm đoạn tuyến:.......................................................................... 55
4.1.3.2 Hiện trạng đoạn tuyến:........................................................................ 55
4.1.3.3 Điều kiện tự nhiên: ............................................................................. 55
4.1.4 Quy mô, các tiêu chuẩn kỹ thuật: .............................................................. 56
4.1.5 Giải pháp thiết kế ...................................................................................... 57
4.1.6 Cơ sở lí thuyết tính tốn kết cấu áo đường:................................................ 58
4.1.6.1 Tính tốn kiểm tra cường độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn

về độ võng đàn hồi ......................................................................................... 58
4.1.6.2 Tính tốn kiểm tra cường độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn
về kéo uốn...................................................................................................... 59


4.1.7 Kết quả tính tốn kết cấu áo đường ........................................................... 61
4.1.8 Chỉ tiêu kĩ thuật yêu cầu............................................................................ 62
4.1.9 Dự toán giá thành cơng trình ..................................................................... 63
4.1.10 Kiến nghị hình thức xây dựng lớp bêtông đất bazan ................................ 63
4.2 Nhận xét: ......................................................................................................... 64
4.3 Mở rộng ứng dụng vật liệu để làm móng áo đường cấp cao ............................. 64
4.3.1 Kết cấu hệ 3 lớp, đóng vai trị lớp móng.................................................... 65
4.3.4 Kết cấu hệ 4 lớp, đóng vai trị lớp móng.................................................... 66
4.4 Kết luận chung.................................................................................................68
Chương 5 Kết luận và kiến nghị ............................................................................ 69
5.1 Kết luận........................................................................................................... 69
5.2 Kiến nghị......................................................................................................... 71
Tài liệu tham khảo................................................................................................. 73


HÌNH ẢNH
Hình 1-1 – Đường đất đỏ trong mùa mưa ................................................................2
Hình 2-1 – Đất bazan màu nâu đỏ.......................................................................... 12
Hình 2-2 – Cấu trúc hạt keo................................................................................... 15
Hình 2-3 – Tro bay loại C và loại F ....................................................................... 25
Hình 2-4 – Cấu trúc tro bay loại F qua kính hiển vi điện tử.................................... 25
Hình 3-1 – Đường cong cấp phối hạt của đất tự nhiên ........................................... 29
Hình 3-2 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất tự nhiên............................................. 31
Hình 3-3 – Kết quả đầm nén đất gia cố 6% vơi...................................................... 35
Hình 3-4 – Kết quả đầm nén đất gia cố 8% vôi...................................................... 35

Hình 3-5 – Kết quả đầm nén đất gia cố 10% vơi .................................................... 36
Hình 3-6 – Quan hệ giữa cường độ chịu nén Rn28 và hàm lượng vơi ...................... 37
Hình 3-7 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vơi + 18% tro bay .................... 38
Hình 3-8 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vơi + 27% tro bay .................... 39
Hình 3-9 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vơi + 18% tro bay + 10% xi măng
.............................................................................................................................. 41
Hình 3-10 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vơi + 18% tro bay + 12% xi
măng ..................................................................................................................... 41
Hình 3-11 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vơi + 18% tro bay + 14% xi
măng ..................................................................................................................... 42
Hình 3-12 – Quan hệ giữa cường độ chịu nén ở 7 ngày tuổi và hàm lượng xi măng
.............................................................................................................................. 43
Hình 3-13 – Quan hệ giữa cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi và hàm lượng xi măng
.............................................................................................................................. 44
Hình 3-14 – Quan hệ giữa cường độ ép chẻ ở 7 ngày tuổi và hàm lượng xi măng.. 45
Hình 3-15 – Quan hệ giữa cường độ ép chẻ ở 28 ngày tuổi và hàm lượng xi măng 46
Hình 3-16 – Quan hệ giữa môđun đàn hồi ở 7 ngày tuổi và hàm lượng xi măng .... 47
Hình 3-17 – Quan hệ giữa mơđun đàn hồi ở 28 ngày tuổi và hàm lượng xi măng .. 48


Hình 3-18 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất + 9% vôi + 18% tro bay + 12% xi
măng + 10ml HC/100g đất .................................................................................... 49
Hình 4-1 – Trắc ngang đại diện đường thiết kế ...................................................... 58
Hình 4-2 – Kết cấu áo đường thiết kế .................................................................... 58
Hình 4-3 – Kết cấu áo đường 3 lớp........................................................................ 65
Hình 4-5 – Kết cấu áo đường 4 lớp........................................................................ 66


BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 – Tổng hợp chiều dài đường huyện và đường xã trong tỉnh Gia Lai .........3

Bảng 1-2 – Tổng hợp chiều dài quốc lộ và đường tỉnh trong tỉnh Gia Lai ................5
Bảng 2-1 – Thành phần khoáng vật của laterit bazan và đá gốc tương ứng ............ 14
Bảng 2-2 – Lượng tro của các nhà máy nhiệt điện phía Bắc................................... 23
Bảng 2-3 – Thành phần khống của tro bay từ các nhà máy nhiệt điện Mỹ............ 24
Bảng 2-4 – Thành phần khoáng của tro bay từ một số nhà máy nhiệt điện Việt Nam
.............................................................................................................................. 24
Bảng 3-1 – Kết quả phân tích thành phần hạt của đất thiên nhiên .......................... 30
Bảng 3-2 – Bảng phân loại cấp phối theo thành phần hạt (22TCN 304-03)............ 30
Bảng 3-3 – Kết quả phân tích thành phần hạt của vơi dùng trong gia cố ................ 32
Bảng 3-4 – Thành phần hóa học của tro bay .......................................................... 32
Bảng 3-5 – Các chỉ tiêu của ximăng PCB40 .......................................................... 33
Bảng 3-6 – Tổng hợp dung trọng khô tối đa và độ ẩm tối ưu của đất gia cố vôi theo
các tỉ lệ khác nhau ................................................................................................. 36
Bảng 3-7 – Cường độ chịu nén ở 28 ngày của đất gia cố vôi theo các tỉ lệ khác nhau
.............................................................................................................................. 36
Bảng 3-8 – Cường độ chịu nén 28 ngày của mẫu đất + 9% vôi + tro bay theo các tỉ
lệ khác nhau .......................................................................................................... 39
Bảng 3-9 – Cường độ chịu nén 28 ngày bão hòa của mẫu đất + 9% vôi + tro bay
theo các tỉ lệ khác nhau.......................................................................................... 40
Bảng 3-10 – Tổng hợp kết quả đầm nén đất + 9%vôi + 18% tro bay + ximăng theo
các tỉ lệ khác nhau ................................................................................................. 42
Bảng 3-11 – Cường độ chịu nén 7 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay +
ximăng theo các tỉ lệ khác nhau ............................................................................. 43
Bảng 3-12 – Cường độ chịu nén 28 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay +
ximăng theo các tỉ lệ khác nhau ............................................................................. 43
Bảng 3-13 – Cường độ chịu nén bão hòa 28 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro
bay + 12% ximăng................................................................................................. 44


Bảng 3-14 – Cường độ ép chẻ 7 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay +

ximăng theo các tỉ lệ khác nhau ............................................................................. 44
Bảng 3-15 – Cường độ ép chẻ 28 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay +
ximăng theo các tỉ lệ khác nhau ............................................................................. 45
Bảng 3-16 – Môđun đàn hồi 7 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay + ximăng
theo các tỉ lệ khác nhau.......................................................................................... 46
Bảng 3-17 – Môđun đàn hồi 28 ngày của mẫu đất + 9% vôi + 18% tro bay + ximăng
theo các tỉ lệ khác nhau.......................................................................................... 47
Bảng 3-18 – Tổng hợp cường độ kháng nén của đất gia cố 9% vôi +18% tro bay
+12% ximăng +10ml hóa chất/100g đất................................................................. 50
Bảng 3-19 – Tổng hợp cường độ ép chẻ của đất gia cố 9% vơi +18% tro bay +12%
ximăng +10ml hóa chất/100g đất........................................................................... 50
Bảng 3-20 – Tổng hợp môđun đàn hồi của đất gia cố 9% vơi +18% tro bay +12%
ximăng +10ml hóa chất/100g đất........................................................................... 51
Bảng 4-1 – Các tiêu chuẩn kĩ thuật của đoạn đường thiết kế .................................. 56
Bảng 4-2 – Kết quả tính tốn độ võng đàn hồi ....................................................... 61
Bảng 4-3 – Kết quả kiểm tra theo tiêu chuẩn kéo uốn ............................................ 62
Bảng 4-4 – Bảng quy đổi môđun đàn hồi 2 lớp trên cho hệ áo đường 3 lớp ........... 65
Bảng 4-5 – Bảng tính mơđun đàn hồi chung cho hệ áo đường 3 lớp ...................... 66
Bảng 4-6 – Bảng quy đổi môđun đàn hồi 3 lớp trên cho hệ áo đường 4 lớp ........... 67
Bảng 4-7 – Bảng tính môđun đàn hồi chung cho hệ áo đường 4 lớp ...................... 67


Trang 1

Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ĐỊA PHƯƠNG VÀ
CÁC NGHIÊN CỨU GIA CỐ ĐẤT
1.1 Đặt vấn đề
Trong cấu tạo đường ôtô người ta chia ra 2 thành phần chủ yếu đó là kết cấu
nền và kết cấu áo đường. Hai bộ phận này có mối quan hệ chặt chẽ, chất lượng

đường phụ thuộc vào chất lượng của các bộ phận này. Trong đó kết cấu mặt đường
là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với tải trọng trong giao thông, đồng thời chịu tác động
xấu của môi trường như nước mưa, dịng chảy mặt, do đó dễ bị hư hỏng bong bật
dẫn đến phá hoại từ trên xuống dưới toàn bộ kết cấu đường.
Các loại kết cấu áo đường mềm thường có móng làm bằng vật liệu rời rạc như
cấp phối đá, loại móng vật liệu rời dễ bị tác động của nước khiến cho nền đường
mất cường độ và không ổn định trong thời gian khai thác. Giải pháp kết cấu móng
bằng vật liệu tồn khối giúp chống sự xâm nhập của các nguồn ẩm vào móng và các
lớp bên trên của áo đường, đồng thời cịn có khả năng giảm ứng suất truyền xuống
nền đường, giảm độ biến dạng đàn hồi của nền là một lựa chọn hợp lí.
Tại các tỉnh cao nguyên, loại kết cấu áo đường cấp thấp thường làm bằng cấp
phối laterit nguồn gốc đá bazan, là loại vật liệu phổ biến ở địa phương. Tuy nhiên
mặt đường loại này về mùa mưa thì bùn lầy, về mùa khơ phát sinh nhiều bụi, gây
khó khăn cho giao thơng. Cộng với tình hình khan hiếm nguồn cung cấp đá cho xây
dựng đường trong lúc việc xử lí các loại phế phẩm công nghiệp như tro xỉ các nhà
máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim đang đặt các nhà quản lí trước bài tốn bảo vệ
mơi trường. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ (đất, cấp phối sỏi…) gia cố
với các chất liên kết vô cơ, hữu cơ (vôi, ximăng, bitum…), cộng với các loại phế
phẩm công nghiệp (tro bay, bùn đỏ…) không những giải quyết bài tốn kinh tế kĩ
thuật mà cịn giải quyết được vấn đề mơi trường.
Do đó đề tài: “Nghiên cứu bêtơng đất bazan để xây dựng đường nông thôn thi
công bằng công nghệ đầm lăn” là nhằm nghiên cứu tận dụng nguồn laterit bazan sẵn
có tại địa phương, cải thiện các tính chất của nó bằng chất liên kết vơ cơ (vơi,


Trang 2

ximăng) kết hợp phế phẩm công nghiệp là tro bay để phục vụ cho mục đích xây
dựng đường phục vụ nhu cầu giao thông của nhân dân.
1.2 Đặc điểm khí hậu khu vực Tây Ngun

Tây Ngun có tính chất của vùng nhiệt đới gió mùa, độ ẩm khơng khí trung
bình cao, có lượng mưa lớn, nhiệt độ biến động lớn theo mùa và theo thời gian
trong ngày nhưng không q nóng cũng như khơng q lạnh, khơng có sương muối.

Hình 1-1 – Đường đất đỏ trong mùa mưa
Khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào
tháng 10; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Vùng Tây Trường Sơn là vùng
đón gió mùa Tây Nam thổi từ vịnh Thái Lan mang theo lượng hơi nước cao, khi gió
vượt qua dãy Trường Sơn gây ra sự ngưng tụ mây dẫn đến lượng mưa lớn, vùng này
có lượng mưa trung bình năm từ 1500 – 2000 mm, khi qua đến vùng Đơng Trường
Sơn thì lượng hơi nước đã giảm nên lượng mưa vùng này chỉ còn từ 1200 – 1750
mm. Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 250C, tương đối thấp so với các vùng miền
khác và tương đối ổn định, tuy nhiên vào mùa khô vào buổi trưa nhiệt độ khơng khí
vẫn có thể lên đến xấp xỉ 300C.
Với điều kiện khí hậu như trên thì các tuyến đường nông thôn xây dựng bằng
các loại cấp phối thiên nhiên chịu tình trạng mưa trong nhiều tháng liên tục không


Trang 3

những gây khó khăn cho lưu thơng trong thời gian mưa mà kết cấu đường còn dần
bị phá hoại biến dạng bào mòn với tốc độ nhanh, dẫn đến mất khả năng phục vụ.
1.3 Tình hình giao thơng tỉnh Gia Lai
Bảng 1-1 – Tổng hợp chiều dài đường huyện và đường xã trong tỉnh Gia Lai
(Nguồn: Sở GTVT Tỉnh Gia Lai)
Kết cấu mặt đường
STT

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tên huyện

Chiều dài (km)

Ia Grai

181

101

80

Đường xã

350.00

70.00

280.00

Ch Prông

205.00

56.00

Đường xã

212.70

Đức Cơ

50.40

Đường xã

BTXM BTN Đá nhựa Cấp phối

Loại
khác

85.00

64.00

21.00

119.70

14.90

28.70

5.80

88.1

6.09

48.76

33.25

Đăk Đoa

117.00

58.00

43.00

16.00

Đường xã

363.00

4.00

58.50

300.50

Mang Yang

77

1

11

65

Đường xã

216

Pleiku

42

Đường xã

468.96

Đăk Pơ

20.24

Đường xã

97

25.64

K Bang

153

6

2.5

144.5

Đường xã

312

10.5

4

297.5

Kon Chro

85.2

0.7

11.2

56.3

17

Đường xã

85

0.7

11

56.3

17

Ia Pa

16

Đường xã

437.5

31.1

0.4

33.5

372.5

1.00

0.00

216

18.461

6.8

26

9.2

0.6

86.1

363.8

10.2

10

44.79

24.27

2.3

25.64


Trang 4

Krong Pa

80

Đường xã

232.1

Chư Sê

164

Đường xã

187

Chư Pah

270.87

10.69

Đường xã

189.6

9.8

14

Phú Thiện

12

15

An Khê

11.00

11

12

13

Tổng đường huyện

1,484.71

Tổng đường xã

3,238.96

Tổng

4,723.67

19.5

60.5

0

5.8

74.4

129.8

3

84

76

1

8.2

68.83

109.97

20.35

32.8

60.03

22.1

32.8

147
147

141.69

41.25

815.41

1376.73

2263.19

3.00

0.87

17.26

29.15

47.91

Tỉ lệ (%)

Theo số liệu thống kê có thể thấy trong hệ thống đường quốc lộ vẫn còn những
đoạn sử dụng mặt đường cấp phối và đường đất, tồn hệ thống đường quốc lộ và
đường tỉnh có 19.03% mặt đường cấp phối và 15.65% mặt đường đất so với tổng
chiều dài. Trong hệ thống đường huyện xã, tỉ lệ mặt đường cấp phối chiếm đến
29.15% và mặt đường khác, tức là loại kém hơn nữa chiếm đến 47.91%.
Qua số liệu thống kê như vậy có thể thấy nhu cầu xây dựng đường nơng thơn ở
Gia Lai nói riêng và mở rộng trên bình diện Tây Ngun nói chung còn rất cao.
Việc nghiên cứu xây dựng mặt đường bằng nguồn nguyên liệu tại chỗ, nguyên liệu
rẻ tiền là cần thiết để phục vụ dân sinh.


Trang 5

Bảng 1-2 – Tổng hợp chiều dài quốc lộ và đường tỉnh trong tỉnh Gia Lai (Nguồn: Sở GTVT Tỉnh Gia Lai)
TT
1
A
1
2
3
4
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Tên đường
2
Quốc lộ
QL 19
QL 14
QL 25
QL 14C
Đường Tỉnh
ĐT 661

ĐT 662
ĐT 663
ĐT 664
ĐT 665
ĐT 666
ĐT 667
ĐT 668
ĐT 669
ĐT 670
ĐT 670B
Tổng
Tỉ lệ (%)

Cấp đường Chiều dài (km)
4

9

BTXM

BTN

12

13

III.MN
III.MN
V-III MN
VI-V MN

168
113.53
112
112

168
113.53
47.6
10

III.MN
V.MN
V.MN
IV.MN
V.MN
V.MN
V-IV MN
V.MN
V-III MN
VI.MN
V.MN

22.5
80.54
48
58.4
60
61.2
31.18

15.5
90
45.48
24
1042.33

22.5

Kết cấu mặt đường (km)
Đá nhựa Đá dăm Cấp phối
14

15

64.4
2

16

8.7

Đất

Khác

17

18

38

2 mùa
2 mùa
2 mùa
1 mùa

91.3

16
21

64.54

19.91
23.807
31.18
15.5
38.04
1.48
17.5
250.82
24.06

20.1
2.593

20.08
24.721

51.96
44

6.5
198.39
19.03

163.10
15.65

2 mùa
1 mùa
1 mùa
2 mùa
1 mùa
2 mùa
2 mùa
2 mùa
2 mùa
2 mùa
2 mùa

27

58.4
3.957

3.96
0.38

6.125

426.16

40.88

0.00
0.00

Ghi chú
(số mùa đi được)

0
0


Trang 6

1.4 Tình hình nghiên cứu gia cố đất bằng chất kết dính vơ cơ trong và ngồi
nước
1.4.1 Những nghiên cứu gia cố đất ở nước ngoài
Việc gia cố đất bằng vật liệu vơi có q trình phát triển rất lâu dài. Từ thời cổ
ở La Mã người ta đã biết sử dụng vôi để làm đường đất, dùng vôi trộn đất sét làm
tăng cường độ và tăng độ ổn định nước của đất sét để xây dựng con đường Appian
tại Rome mà cho đến ngày nay vẫn còn sử dụng được.
Thời hiện đại người ta đã sử dụng đất gia cố làm áo đường vài thập kỉ trước.
Kể từ năm 1915 ở Mỹ đã bắt đầu xây dựng đường bằng đất gia cố ximăng. Năm
1912 ở Nga đã sử dụng á cát gia cố xi măng để làm đường trong công viên. Những
năm trong thập kỉ 1920, các giáo sư Filatov, Okhotin… đã có những nghiên cứu
quy mơ nhằm cải tạo các tính chất của đất, nghiên cứu đất gia cố vôi của Ianovski,
đất gia cố bitum của Filatov và Menicov…
Năm 1932, Filatov xây dựng những nguyên tắc cơ bản cho kĩ thuật gia cố đất,
để cải thiện hoàn tồn các tính chất của đất cần xem xét thành phần và các tính chất
của các phần tử phân tán mịn và phức hệ hấp phụ trong đất. Kết quả nghiên cứu của

các tác giả như M.M. Filatov , V.V. Okhontin, V.M. Bezruk, E.G. Boricova v.v…
cho thấy khi gia cố đất bằng vơi các q trình hình thành cấu trúc thứ sinh đã làm
biến đổi cơ bản tính chất của đất, khiến cho đất có thể chịu lực và ổn định nước hơn
so với đất khơng gia cố. Q trình hình thành cường độ của đất gia cố vơi diễn ra
trong khoảng thời gian dài, là tổng hợp các quá trình lý-hóa, các q trình này xảy
ra đồng thời khi vơi hóa cứng. Đây là các q trình thủy hóa và tái kết tinh của vôi,
tạo thành hydro silicat canxi và cacbonat hóa. Khi gia cố đất vơi tham gia tác dụng
tương hỗ lý hóa và hóa học với các hạt mịn phân tán trong đất tạo nên chất kết dính
“vơi đất”, chất kết dính này trong q trình biến cứng lại liên kết các khung cốt liệu
của đất lại với nhau và tạo cho hỗn hợp đất-vôi trở nên tồn khối và vững chắc.
Đất gia cố vơi có cường độ phát triển chậm phụ thuộc vào quá trình biến cứng
diễn ra một cách lâu dài của vôi, đồng thời khả năng chịu lực giảm nhiều trong điều
kiện bão hòa nước [1]. Vì vậy để khắc phục các nhược điểm này đã dẫn đến các


Trang 7

nghiên cứu gia cố đất bằng xi măng hoặc kết hợp vơi xi măng. Năm 1939 tại
Matxcova đã thí điểm sử dụng đất gia cố xi măng làm lớp móng đường. Cho đến
năm 1976 ở Liên Xơ đã xây dựng hơn mười nghìn kilơmét đường có sử dụng đất
gia cố làm móng hoặc lớp mặt.
Như vậy, đất gia cố vôi, xi măng đã được biết đến từ lâu nhưng việc nghiên
cứu kỹ lưỡng và có hệ thống về nó mới chỉ diễn ra mạnh mẽ vài chục năm trở lại
đây. Đất gia cố vôi được sử dụng để xây dựng các lớp áo đường với quy mô rộng
rãi trong khoảng từ cuối những năm 70 ở nhiều nước ở các vùng khí hậu, thổ
nhưỡng khác nhau trên thế giới cho kết quả rất tốt, thực tế cho thấy sau vài chục
năm đường gia cố vơi vẫn cịn khai thác tốt.
1.4.2 Những nghiên cứu trong nước:
Trong nước, vấn đề xây dựng đường nông thôn đã được quan tâm nghiên cứu
với quy mô rộng từ những năm 1960. Nghiên cứu theo 2 hướng là: nghiên cứu gia

cố đất bằng các vật liệu khác nhau và nghiên cứu tối ưu các biện pháp thi công
trong điều kiện nước ta.
Những nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vật liệu đất gia cố vôi, ximăng như là
vật liệu xây dựng đường được thực hiện bởi Bộ môn Đường Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội, Đại học giao thông vận tải, Viện kĩ thuật giao thông, Viện thiết kế
giao thông, Viện quy hoạch thành phố thuộc bộ Kiến trúc… đồng thời kết hợp với
các địa phương thực hiện thí điểm nhiều đoạn đường đất gia cố vôi, xi măng như ở
Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hà Bắc, Long An, An Giang… gần đây ở Hà Tây với công
nghệ thi công tiên tiến. Hướng nghiên cứu này được chú trọng do vôi, xi măng là
vật liệu sẵn có và có thể sản xuất trong nước, đồng thời là loại vật liệu tương đối rẻ
tiền, đặc biệt là vật liệu vơi. Các cơng trình thử nghiệm đất gia cố vơi cho kết quả
tốt như:
• Đoạn đường thí điểm do Bộ Kiến trúc tiến hành tại thị xã Hưng Yên, chỉ
gồm 1 lớp đất gia cố 18% vôi, mặt láng nhựa 3 kg/m2.


Trang 8

• Đoạn đường đê bao thành phố Nam Định do Bộ Kiến Trúc làm năm 1967
gồm lớp đất gia cố 9% vơi có hàm lượng CaO, MgO chỉ 40% dày 20cm,
mặt láng nhựa 3.5 kg/m2.
• Năm 1994 Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải cùng với Sở
Giao thơng vận tải Lâm Đồng thí điểm đất đồi gia cố 8% vôi bột dày
20cm trên quốc lộ 27. Mặc dù khơng có láng mặt nhưng vẫn sử dụng
được hơn 1 năm.
• Năm 1995, Viện Khoa học cơng nghệ Giao thông vận tải kết hợp với Sở
Giao thông vận tải Hà Tây thí điểm móng đất gia cố vơi thi cơng bằng
máy phay chun dụng trên tỉnh lộ 21, móng dày 30cm bằng đất gia cố
8% vôi, kết cấu mặt dùng đá dăm thấm nhập nhựa sâu dày 7cm.
Về công nghệ thi công, năm 1995 Bộ Giao thông vận tải đã ban hành 22TCN

229-95 “Quy trình thi cơng và nghiệm thu lớp đất gia cố vôi bằng máy chuyên dùng
BOMAG”
Gần đây các nghiên cứu về đất gia cố đang được quan tâm tiến hành, kết quả
nghiên cứu trên các loại đất cho thấy kết quả tốt nếu kết hợp nhiều loại chất liên kết
vô cơ với nhau hơn là sử dụng riêng lẻ từng loại chất gia cố. Kết quả nghiên cứu
của Nguyễn Hữu Trí [1] trên các loại đất ở 3 miền cho kết luận như sau: đất sét
đồng bằng sông Hồng (Nam Định) gia cố vôi bột nghiền: 8-10% hoặc vôi bột
nghiền + vi măng PCB30: 7-9%, trong đó tỷ lệ xi măng / vơi: 40-60% kết quả
cường độ nén một trục ở 28 ngày đạt đến 21.5 daN/cm2 với mẫu gia cố 5% vôi 3%
ximăng; cát ven biển miền Trung (Quảng Trị) gia cố tốt nhất với hàm lượng xi
măng PCB30: 7-9%; sét đồng bằng sông Cửu Long (Đồng Tháp) với thành phần hạt
mịn cao cho kết quả tốt nếu gia cố vôi bột nghiền: 8-12% hoặc vơi bột nghiền + Xi
măng PCB30: 7-10%, trong đó tỷ lệ xi măng / vơi: 25-50%, trong đó thích hợp nhất
là gia cố vôi 10%. Đất sét Tiền Giang gia cố vôi với hàm lượng 6%, 8%, 10% đạt
cường độ lần lượt là 8,3 ; 10,5 và 11,3(daN/cm2), khi nén bão hồ cường độ giảm
sút rất nhiều cịn 4,7; 6,3 và 6,8 (daN/cm2). Nghĩa là cường độ chỉ còn bằng 0,560,60 lần so với cường độ vật liệu khi không bão hoà nước [5].


Trang 9

Tuy nhiên nhìn chung mặc dù có rất nhiều ưu điểm các phương pháp gia cố đất
vẫn chưa được sử dụng rộng rãi như các loại kết cấu đá, cấp phối đá trong xây dựng
đường ở nước ta.
1.4.3 Những nghiên cứu gia cố đất sử dụng puzzolan
Lịch sử gia cố đất kết hợp vơi-puzzolan có từ thời kỉ đế quốc La Mã, lúc này
người ta đã sử dụng rộng khắp chất kết dính vơi-puzzolan với nguồn puzzolan thiên
nhiên từ tro núi lửa chẳng hạn như tro từ núi lửa Versuvius được sử dụng rộng khắp
các thành thị dọc theo vịnh Naples (Italia) từ năm 79 TCN, cổng Roman Gate xây
năm 236 TCN bằng tro núi lửa và đá vôi vẫn còn đứng vững đến ngày nay.
Năm 1962 Nettleton nghiên cứu gia cố đất sét trầm tích chỉ với một mình tro

bay nhưng sau đó nhận ra q trình gia cố sẽ đạt hiệu quả cao hơn nếu cho thêm
một ít vôi.[9]
Đối với một số loại đất nếu chỉ gia cố bằng một loại chất kết dính có thể khơng
cho được kết quả như ý muốn, từ đó dẫn đến việc kết hợp một số loại chất kết dính
với nhau như vôi-ximăng, vôi-phụ gia, xi măng-vôi-phụ gia. Việc gia cố đất tổng
hợp có thể áp dụng cho các loại đất khác nhau. Các kết quả nghiên cứu gia cô vôi
tro bay trên thế giới như: V. Kumar (2002) nghiên cứu sử dụng phụ gia Na2CO3 cho
đất gia cố vôi-tro bay đi đến kết luận gia cố cho kết quả tốt nhất là 70% đất, 28% tro
bay, 1% vôi, 1% Na2CO3.
M. A. Ansary et al (2006) nghiên cứu gia cố hai loại đất vùng đồng bằng ven
biển với 3% vôi cộng với các hàm lượng tro bay (loại C) lần lượt là 6%, 12%, 18%
kết quả cho thấy cường độ nén nở hông tự do tỉ lệ thuận với lượng tro bay và đạt
đến trên 3000 kPa, đồng thời nghiên cứu cho thấy hiệu quả gia cố đối với loại đất có
chỉ số dẻo thấp (PI = 7) cao hơn đất có chỉ số dẻo cao (PI = 19). [9]
K. Sobhan và M. Mashnad (2003) sử dụng đất cát có cấp phối kém, xi măng
Portland từ 4-12% , tro bay loại C từ 4-10% so với tổng trọng lượng hỗn hợp chế bị
các mẫu với dung trọng khô mục tiêu 1.794g/cm3, hàm lượng ẩm không đổi là 12%
so với trọng lượng hỗn hợp. Mục tiêu xác định sự biến thiên các tính chất cơ học


Trang 10

như độ chịu nén, chịu kéo, và độ bền của các hỗn hợp. Kết quả: cường độ chịu nén
tăng khi tăng hàm lượng ximăng, hoặc giữ hàm lượng ximăng mà thêm vào tro bay,
tức là khả năng chịu lực của đất tăng nếu có thêm thành phần tro bay, tuy nhiên cần
lưu ý là loại tro bay trong thí nghiệm là loại C có khả năng tự biến cứng. Thí
nghiệm này đã khơng chỉ ra được ảnh hưởng của tro bay loại C và F, cũng như thiếu
các vấn đề như ảnh hưởng của độ ẩm tối ưu, dung trọng khô lớn nhất…[9]
A. Kumar et al (2007) nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay (loại F) và vôi đối
với khả năng đầm nén và cường độ của đất nở. Thí nghiệm đi đến kết luận cả vơi và

tro bay đều làm tăng độ ẩm tối ưu và làm giảm dung trọng khơ lớn nhất. Kết quả thí
nghiệm cũng xác nhận khi tăng hàm lượng vôi đến một mức độ nhất định mới cải
thiện được cường độ của đất và nếu tăng quá một giới hạn cường độ đất sẽ giảm,
đồng thời cho thấy kết hợp vôi tro bay cải thiện được tính chất đất. Khi hàm lượng
tro bay tăng ứng với một hàm lượng vơi khơng đổi thì cường độ đất tăng, nhưng
quá một mức cũng sẽ bắt đầu giảm dần. Hàm lượng vôi, tro bay tối ưu là 8:15 [9]
1.5 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu kết hợp giữa lí luận và thực nghiệm nhằm tìm được những thơng
số về tính chất, chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu bêtông đất bazan gồm đất và các chất
gia cố nhằm phục vụ cho việc thiết kế mặt đường nông thôn hoặc làm móng đường
cấp cao
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu một số chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu bêtông đất bazan dùng làm kết
cấu áo đường nông thôn. Gồm các nội dung chủ yếu sau:
• Lí thuyết cơ sở của việc hình thành cường độ của loại vật liệu gia cố chất
kết dính vơ cơ
• Xác định các chỉ tiêu của vật liệu theo các tỉ lệ phối hợp vôi, ximăng, tro
bay khác nhau, tìm ra mối liên hệ của các tỉ lệ này đối với tính chất của
vật liệu, bao gồm: độ ẩm tối ưu, cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ,
môđun đàn hồi...