Nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng để xây dựng đường nội bộ trong các khu dân cưu đô thị

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

LÂM NGỌC TRÀ MY

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG RỖNG ĐỂ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG NỘI BỘ TRONG CÁC KHU DÂN CƯ ĐÔ THỊ

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 06 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 : PGS.TS Nguyễn Xuân Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TSKH. Trần Quang Hạ

Luận văn thạc sĩ đã được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 17 tháng 10 năm 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÂM NGỌC TRÀ MY

Giới tính : Nữ

Sinh ngày : 03/07/1982

Nơi sinh : Tp. Hồ Chí Minh

Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006
I. TÊN ĐỀ TÀI :
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG RỖNG ĐỂ XÂY DỰNG
ĐƯỜNG NỘI BỘ TRONG CÁC KHU DÂN CƯ ĐÔ THỊ
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :
1. Tổng quan các nghiên cứu và ứng dụng về bê tông rỗng trên thế giới và trong
nước.

2. Xây dựng cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu.
3. Thực nghiệm các tính chất của bê tơng rỗng.
4. Tính tốn đề xuất kết cấu áo đường nội bộ trong các khu dân cư đô thị bằng
vật liệu bê tông rỗng.
5. Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/06/2008
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Nguyễn Văn Chánh

Nội dung và đề cương Luận văn Cao học đã được Hội đồng Chuyên ngành thông
qua.


Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn
quản lý chuyên ngành

PGS.TS Nguyễn Văn Chánh

TS. Lê Bá Khánh

TRƯỞNG PHÒNG ĐT SĐH

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÍ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Nguyễn
Văn Chánh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu và đóng góp

ý kiến để tơi hồn thành tốt luận văn.
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 trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.
Cảm ơn tất cả các bạn bè đồng nghiệp đã nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm để
tơi hồn thành tốt cơng việc của mình.
Cuối cùng là lời cảm ơn thân thương nhất tôi xin gửi đến gia đình, nguồn
động viên to lớn giúp tơi hồn thành luận văn.
Mặc dù có cố gắng với tất cả nỗ lực của bản thân nhưng do khả năng và thời
gian có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, tơi rất mong
được sự đóng góp của quý Thầy Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp.

Tp, Hồ Chí Minh, ngày 30/06/2009
Lâm Ngọc Trà My


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài nghiên cứu này do học viên Lâm Ngọc Trà My 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 252/QĐ-ĐHBK-SĐH của 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
Lâm Ngọc Trà My

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa tại các thành phố lớn ở
nước ta phát triển nhanh chóng đã góp phần to lớn trong việc phát triển kinh tế đất
nước, cải thiện đời sống nhân dân. Tuy nhiên bên cạnh đó quá trình đơ thị hóa lại
gây ra những tác động xấu đối với mơi trường, đặc biệt là cho khơng khí và nguồn
nước. Nguồn nước cung cấp cho sản xuất , sinh hoạt trong đô thị ngày càng trở nên
thiếu hụt và ơ nhiễm do tình trạng bê tơng hóa bề mặt đã làm cản trở q trình tuần
hồn nước trong tự nhiên. Do đó để các đơ thị phát triển theo hướng bền vững thì
cần ứng dụng bê tơng rỗng – vật liệu có cấu trúc rỗng hở - để giảm tác hại của q
trình bê tơng hóa đối với môi trường và cuộc sống con người.
Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng để xây dựng đường nội
bộ trong các khu dân cư đô thị” được tiến hành trên cơ sở nghiên cứu lí luận về lí
thuyết, thực nghiệm để rút ra được những thơng số cần thiết của bê tông rỗng để
phục vụ cho công tác thiết kế, thi công đường nội bộ trong khu dân cư đô thị bằng
vật liệu bê tông rỗng.
Nội dung
Chương 1 : Tổng quan những nghiên cứu về bê tông rỗng trên thế giới và trong
nước.
Giới thiệu các nghiên cứu và những ứng dụng của bê tông rỗng trên thế giới
và trong nước.
Chương 2 : Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu.
Cơ sở vật liệu bê tơng rỗng
Cơ sở tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường bằng vật liệu bê tông rỗng
Chương 3 : Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bê tơng rỗng.
Tiến hành thiết kế cấp phối, tạo mẫu và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu :
cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, môđun đàn hồi và hệ số thấm của bê
tông rỗng.


Chương 4 : Tính tốn đề xuất kết cấu áo đường nội bộ trong khu dân cư đô thị bằng

vật liệu bê tông rỗng.
Từ giá trị của các chỉ tiêu xác định được ở thí nghiệm, tính tốn đề xuất kết
cấu áo đường nội bộ trong khu dân cư đô thị bằng vật liệu bê tông rỗng.
Chương 5 : Kết luận chung và kiến nghị
Bê tông rỗng là vật liệu cường độ nén từ 13 – 17.5 Mpa, cường độ kéo khi
uốn từ 1.6 – 2.1 Mpa, môđun đàn hồi từ 14.72 – 14.81 Gpa và hệ số thấm từ 0.0073
– 0.0113 m/s. Vật liệu này thích hợp cho những ứng dụng trong đường nội bộ, lề bộ
hành, bãi đổ xe và các cơng trình cơng cộng.


SUMMARY
Nowaday, the process of industrialization and modernization in large cities of
our country has contributed to promote the economy and improved the life.
However, the process of urbanization impacted the environmental, especially
pollution of atmosphere and water. Due to the increase of impervious surface areas
from roofs, roads and parking areas, the water for human life and industries has
been more and more deficient and polluted . Not only to reduce the effect of
concretion in human life and enviroment, but also to develop the cities in stable
way, the pervious concrete research shoud be necessary applied.
The thesis “A applied research pervious concrete to construct resdential
streets” was carried out based on theory research associated with experiment to
definite parameters to design and construct resdential streets.
Chapter 1 : Overview
Chapter 1 will provide technical information on the research and
application of pervious concrete in the word and in VietNam.
Chapter 2 : Methodology
Pervious concrete
Design pervious concrete pavement
Chapter 3 : Experiments on properties of pervious concrete
Mix design, make specimens and test compressive strength, flexural

strength, elastic modulus and permeability.
Chapter 4 : Design pervious concrete pavement
This chapter provides construction methods of pervious concrete pavement.
Chapter 5 : Conclusions and petitions
Pervious concrete are appropriate to construct resdential streets, sidewalk,
parking-lot, … because the void content of pervious concrete can range from 15%
to 25% with compress strengths of 13 ÷ 17.5 Mpa and permeability can range from
0.0073m/s to 0.0113m/s.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ BÊ TÔNG
RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC .................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về bê tơng rỗng .............. 1
1.2.1. Các nghiên cứu bê tông rỗng trên thế giới và trong nước .............. 5
1.2.2. Các ứng dụng của bê tông rỗng .....................................................14
1.2.3. Mục tiêu nghiên cứu .....................................................................19
1.2.4. Nội dung nghiên cứu ....................................................................19
1.2.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ....................19
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN
CỨU .....................................................................................................................20
2.1. Vật liệu bê tông rỗng ...........................................................................20
2.1.1. Cấu tạo và cấu trúc vật liệu bê tông rỗng .....................................20
2.1.2. Cốt liệu dùng cho bê tông rỗng ....................................................21
2.1.3. Phương pháp tạo rỗng cho bê tông rỗng .......................................23
2.1.4. Xác định hệ số thấm của bê tông rỗng ..........................................23
2.1.5. Mối quan hệ giữa độ rỗng và độ thấm ..........................................25
2.1.6. Cường độ chịu nén của bê tông rỗng ............................................26
2.1.7. Khả năng chịu kéo của bê tơng rỗng ............................................26

2.1.8. Tính đàn hồi dẻo của bê tơng rỗng ...............................................27
2.1.9. Tính bền vững của bê tơng rỗng ...................................................27
2.2. Cơ sở tính tốn mặt đường bê tông ...................................................28
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA
BÊ TƠNG RỖNG .................................................................................................29
3.1. Hệ ngun vật liệu...............................................................................29
3.1.1. Cốt liệu – Đá dăm ........................................................................29
3.1.2. Xi măng .......................................................................................30
3.1.3. Nước ............................................................................................31


3.1.4. Phụ gia .........................................................................................31
3.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tơng rỗng ......................................33
3.2.1. Các bước tính tốn .......................................................................33
3.2.2. Kết quả tính tốn ..........................................................................34
3.3. Thực nghiệm các tính chất của bê tơng rỗng ....................................35
3.3.1. Mục tiêu thí nghiệm .....................................................................35
3.3.2. Các tiêu chuẩn thí nghiệm ............................................................35
3.3.3. Kết quả thí nghiệm ......................................................................35
3.3.3.1. Tạo mẫu thí nghiệm .............................................................35
3.3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén bê tơng rỗng ....................37
3.3.3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi uốn ...........................42
3.3.3.4. Kết quả thí nghiệm mơđun đàn hồi ......................................44
3.3.3.5. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm .............................................45
CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG NỘI BỘ
TRONG KHU DÂN CƯ ĐÔ THỊ BẰNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG RỖNG ........48
4.1. Phạm vi áp dụng bê tông rỗng trong xây dựng đường đô thị ..........48
4.1.1. Đường trong hẻm, ngõ ..................................................................49
4.1.2. Đường công viên .........................................................................49
4.1.3. Vỉa hè ..........................................................................................49

4.2. Kỹ thuật thi công kết cấu áo đường bằng bê tông rỗng ...................50
4.2.1. Thi công nền đường .....................................................................50
4.2.2. Thi cơng móng đường ..................................................................50
4.2.3. Thi cơng lớp bê tơng rỗng ............................................................50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................56
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ...........................................................................59
PHỤ LỤC 1 : Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá .........................60
PHỤ LỤC 2 : Kết quả thí nghiệm cường độ nén bê tơng rỗng ....................61
PHỤ LỤC 3 : Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tông rỗng ..............64


PHỤ LỤC 4 : Kết quả thí nghiệm mơđun đàn hồi bê tơng rỗng...................65
PHỤ LỤC 5 : Kết quả thí nghiệm hệ số thấm của bê tông rỗng ...................66


HÌNH ẢNH
Hình 1.1

Bê tơng rỗng ......................................................................................... 3

Hình 1.2

Nước và khơng khí trao đổi thuận tiện với mơi trường qua lớp bê tơng
rỗng ..................................................................................................... 4

Hình 1.3

Mối quan hệ giữa cường độ, độ rỗng và độ thấm của bê tông rỗng ....... 5

Hình 1.4

Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến dung trọng của bê tơng rỗng ....... 6

Hình 1.5

Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến cường độ chịu nén của bê tơng
rỗng ...................................................................................................... 7

Hình 1.6

Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến cường độ chịu kéo (ft) và uốn (fb)
của bê tơng rỗng .................................................................................. 7

Hình 1.7

Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng đến cường độ nén của bê tông rỗng
(tỷ lệ Đ/X là 6:1) .................................................................................. 8

Hình 1.8

Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng đến cường độ nén của bê tông rỗng
(tỷ lệ Đ/X là 7:1) .................................................................................. 8

Hình 1.9

Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến mơđun đàn hồi ............................ 9

Hình 1.10 Mối quan hệ giữa kích thước hạt cốt liệu và cường độ nén của bê tơng
rỗng ....................................................................................................10

Hình 1.11 Mối quan hệ giữa kích thước hạt và độ rỗng .......................................11
Hình 1.12 Mối quan hệ giữa kích thước hạt và độ thấm ......................................11
Hình 1.13 Mối quan hệ giữa độ rỗng và tính thấm ...............................................12
Hình 1.14 Sự thay đổi đặc thù kích thước lỗ rỗng khi thay đổi kích thước hạt cốt
liệu .....................................................................................................13
Hình 1.15 Mối quan hệ giữa kích thước hạt và độ rỗng .......................................13
Hình 1.16 Hình minh họa cấu tạo bãi đổ xe bằng bê tơng rỗng ............................14
Hình 1.17 Bãi đổ xe bằng vật liệu bê tơng rỗng ...................................................15
Hình 1.18 Cấu tạo “Bê tơng trồng cỏ” .................................................................16
Hình 1.19 Mái dốc ven sông Saigasaki, thành phố Kurayoshi, Nhật Bản sử dụng
“Bê tông trồng cỏ” ..............................................................................16
Hình 1.20 Cấu tạo mái dốc được gia cố bằng “Bê tông trồng cỏ” .........................17


Hình 1.21 Bê tơng rỗng làm đường nội bộ trong các khu dân cư .........................17
Hình 1.22 Cấu tạo lịng đường và lề bộ hành bằng Ecocreto ................................18
Hình 2.1

Mơ hình liên kết trong cấu trúc của bê tơng rỗng ................................21

Hình 2.2

Dụng cụ thí nghiệm hệ số thấm ...........................................................24

Hình 3.1

Đá dăm dùng để chế tạo bê tơng rỗng .................................................29

Hình 3.2

Các mẫu thí nghiệm bê tơng rỗng .......................................................36

Hình 3.3

Nén mẫu xác định cường độ chịu nén .................................................37

Hình 3.4

Mối quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ chịu nén 3 ngày tuổi (MPa)
của bê tơng rỗng .................................................................................37

Hình 3.5

Mối quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ chịu nén 7 ngày tuổi (MPa)
của bê tơng rỗng .................................................................................38

Hình 3.6

Mối quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ chịu nén 28 ngày tuổi
(MPa) của bê tơng rỗng ......................................................................39

Hình 3.7

Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng có độ rỗng r = 15% và
tuổi bê tơng ..........................................................................................39

Hình 3.8

Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng có độ rỗng r = 20% và
tuổi bê tơng ..........................................................................................40

Hình 3.9

Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tơng có độ rỗng r = 25% và
tuổi bê tơng ..........................................................................................41

Hình 3.10 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn bê tơng rỗng ..........................42
Hình 3.11 Mối quan hệ giữa độ rỗng và cường độ kéo uốn của bê tơng rỗng .......43
Hình 3.12 Thí nghiệm xác định mơđun đàn hồi của bê tơng rỗng ........................44
Hình 3.13 Mối quan hệ giữa độ rỗng và môđun đàn hồi của bê tơng rỗng ...........45
Hình 3.14 Thí nghiệm xác định hệ số thấm bê tơng rỗng .....................................46
Hình 3.15 Mối quan hệ giữa độ rỗng và hệ số thấm của bê tơng rỗng ..................47
Hình 4.1

Sơ đồ ngun tắc nối liên hệ mạng lưới đường theo chức năng ...........48

Hình 4.2

Mặt cắt ngang của kết cấu đường hẻm, ngõ ........................................49

Hình 4.3

Mặt cắt ngang của kết cấu đường cơng viên ........................................49

Hình 4.4

Mặt cắt ngang của kết cấu vỉa hè ........................................................49


Hình 4.5

Cơng tác rải và đầm chặt lớp bê tơng rỗng ..........................................52

Hình 4.6

Tạo khe co giãn cho tấm bê tơng rỗng .................................................52


BẢNG BIỂU
Bảng 1.1

Thành phần nguyên vật liệu cho 1m3 bê tông rỗng do Hiệp hội Bê tông
Mỹ (NRMCA) đề xuất .......................................................................... 2

Bảng 1.2

Thành phần hỗn hợp bê tông rỗng với các vùng điều kiện địa chất khác
nhau ....................................................................................................15

Bảng 1.3

Đặc tính kỹ thuật của Ecocreto ...........................................................18

Bảng 2.1

Yêu cầu cấp phối hạt của cốt liệu làm đường theo tiêu chuẩn ASTM
D448 (phần trăm trọng lượng lọt qua) .................................................22

Bảng 2.2

Cấp phối đá dùng cho bê tông rỗng .....................................................23

Bảng 3.1

Các chỉ tiêu của đá dăm dùng để chế tạo bê tông rỗng ........................30

Bảng 3.2

Các chỉ tiêu của xi măng Holcim PCB40 để chế tạo bê tông rỗng .......31

Bảng 3.3

Thông số kỹ thuật của phụ gia Sikacrete PP1 .......................................32

Bảng 3.4

Thông số kỹ thuật của phụ gia Sikament R4 ........................................32

Bảng 3.5

Thành phần nguyên vật liệu cho 1m3 bê tông rỗng ..............................35

Bảng 3.6

Quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ nén 3 ngày tuổi (MPa) ............37

Bảng 3.7

Quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ nén 7 ngày tuổi (MPa) ............38

Bảng 3.8

Quan hệ giữa độ rỗng (%) và cường độ nén 28 ngày tuổi (MPa) ..........38

Bảng 3.9

Cường độ nén của bê tơng rỗng có r = 15% .........................................39

Bảng 3.10 Cường độ nén của bê tông rỗng có r = 20% .........................................40
Bảng 3.11 Cường độ nén của bê tơng rỗng có r = 25% .........................................40
Bảng 3.12 Cường độ kéo uốn của bê tông rỗng ....................................................43
Bảng 3.13 Môđun đàn hồi của bê tông rỗng .........................................................44
Bảng 3.14 Hệ số thấm của bê tông rỗng ...............................................................47


Trang 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu đề tài bằng phương pháp lí thuyết kết hợp với thí
nghiệm trong phịng, ta có các kết luận sau :
1. Bê tơng rỗng có độ rỗng 15% có cường độ nén Rn = 13 (Mpa), cường
độ kéo uốn Rku = 1.6 (Mpa), mô đun đàn hồi E = 14.72 (Gpa) và hệ số thấm K =
0.0073 (m/s).
2. Bê tơng rỗng có độ rỗng 20% có cường độ nén Rn = 14.6 (Mpa),
cường độ kéo uốn Rku = 1.9 (Mpa), mô đun đàn hồi E = 14.76 (Gpa) và hệ số thấm
K = 0.0087 (m/s).
3. Bê tơng rỗng có độ rỗng 25% có cường độ nén Rn = 17.5 (Mpa),
cường độ kéo uốn Rku = 2.1 (Mpa), mô đun đàn hồi E = 14.81 (Gpa) và hệ số thấm
K = 0.0113 (m/s).

4. Cường độ kéo uốn bê tông rỗng bằng 1/8 cường độ nén.

1
RkuBTR  RnBTR
8
5. Mô đun đàn hồi của bê tơng rỗng bằng ½ mơ đun đàn hồi của bê tơng
nặng có cường độ tương ứng

E BTR 

1 BT
E
2

6. Bê tơng rỗng có độ rỗng từ 15 – 25% để xây dựng đường trong hẻm,
ngõ, đường công viên. Bê tơng có độ rỗng > 25% thích hợp xây dựng lề đường, hè
đường, hè đi bộ.
II. Kiến nghị
Ứng dụng bê tông rỗng làm lớp mặt của đường cao tốc với tác dụng tạo
nhám và thoát nước nhanh để đảm bảo an toàn xe chạy, đồng thời giảm ồn do bánh
xe ma sát với mặt đường.


Trang 1

Chương 1: TỔNG QUAN NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ
BÊ TÔNG RỖNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

1.1. Đặt vấn đề
Quá trình đơ thị hóa làm nguồn nước dưới đất ngày càng trở nên thiếu hụt và

ơ nhiễm do tình trạng bê tơng hóa bề mặt. Tình trạng bê tơng hóa đã tạo nên các mặt
không thấm dẫn đến việc giảm và ngăn cản tốc độ thấm của lớp bề mặt, làm cạn
nguồn bổ sung nước dưới đất, tăng thời gian ứ đọng nước mưa do hệ thống cống
chưa thoát kịp. Các bề mặt khơng thấm cịn làm giảm và ngăn cản q trình tuần
hồn nước, gia tăng ơ nhiễm nguồn nước và mơi trường. Ngồi ra việc các bề mặt
khơng thấm làm hạ mực nước ngầm dẫn đến sự mất cân bằng thủy lực khiến nước
mặt xâm nhập vào nguồn nước (đối với thành phố Hồ Chí Minh). Bên cạnh đó, các
bề mặt khơng thấm làm gia tăng hấp thụ nhiệt khiến cho thành phố càng oi bức và
ngột ngạt.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh để đô thị phát triển theo hướng bền vững
thì diện tích mặt khơng thấm chỉ chiếm từ 10% - 15% tổng diện tích tồn lưu vực.
Do đó cần có một loại vật liệu xây dựng có khả năng thấm thay thế vật liệu khơng
thấm truyền thống để đáp ứng được q trình đơ thị hố đồng thời khắc phục những
tác động xấu đến môi trường tự nhiên.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về bê tông rỗng
Sớm nhận thức được tác hại của q trình đơ thị hóa, từ những năm 1970 tại
các nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Nhật, Mexico, Canada … người ta đã sử dụng một
loại vật liệu có cấu trúc rỗng hở thay thế cho bê tông đặc chắc trong các cơng trình
trong đơ thị, đó chính là bê tơng rỗng.
Bê tơng rỗng là loại vật liệu rỗng, có thành phần tương tự như bê tông
thường, gồm cốt liệu, xi măng, nước và phụ gia. Tuy nhiên cốt liệu dùng cho bê
tơng rỗng là cốt liệu lớn có cùng cỡ hạt, cịn cốt liệu nhỏ khơng có hoặc dùng rất ít.
Bê tơng rỗng là loại vật liệu hai pha gồm pha đặc và pha rỗng. Pha đặc là cốt liệu


Trang 2

lớn được bao phủ và dính kết với nhau tại các vị trí tiếp xúc bằng hồ xi măng. Pha
rỗng là hệ thống các lỗ rỗng hở liên tục.
Bê tơng rỗng có độ rỗng từ 15 – 35%, kích thước các lỗ rỗng từ 2 – 8mm [1].

Do cấu trúc rỗng hở liên tục nên khơng khí, nước và nhiệt được trao đổi với môi
trường một cách dễ dàng. Mức độ thốt nước của bê tơng rỗng từ 100-900L/m2/min
(2-18 gal/min/ft2). Cường độ chịu nén của bê tông rỗng từ 3.5 – 28 MPa (500 –
4000 psi), phổ biến là cường độ 17MPa (2500 psi) .
Bảng 1.1 : Thành phần nguyên vật liệu cho một m3 bê tông rỗng do Hiệp hội
Bê tông Mỹ (NRMCA) đề xuất, theo [1]
Nguyên vật liệu

Thành phần

Thành phần thông dụng

Kg/m3

Kg/m3

Xi măng

270 - 415

325 – 400

Cốt liệu

1190 - 1600

1400 – 1550

Tỷ lệ nước / xi măng

0.20 – 0.45

0.27 – 0.30

4 – 4.5 : 1

4 :1

0–1:1

0:1

15% - 35%

20% - 30%

(theo khối lượng)
Tỷ lệ cốt liệu / xi măng
(theo khối lượng)
Tỷ lệ cốt liệu nhỏ / cốt liệu lớn
(theo khối lượng)
Độ rỗng


Trang 3

Hình 1.1 : Bê tơng rỗng
Theo các kết quả khảo sát của Viện bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) cho
thấy 90% nguồn nước ngọt bị ô nhiễm là do nước mưa không thể ngấm vào đất,
chảy tràn trên các bề mặt không thấm, cuốn theo các chất thải đổ vào kênh, rạch,

sơng ngịi. Lượng nước mưa khơng thốt kịp sẽ ứ động gây ngập lụt, làm gia tăng
lượng rong tảo và vi khuẩn gây hại cho môi trường sống dưới nước, gây tốn kém
chi phí xử lý nguồn nước. Cũng theo các khảo sát của USEPA thì các lớp áo đường
bằng bê tông asphalt sẽ tạo ra các hợp chất hydrocacbon góp phần gây ơ nhiễm mơi
trường.
Do cấu trúc rỗng hở, bê tông rỗng không hấp thu nhiệt lượng từ mặt trời và
tỏa ra xung quanh, đồng thời không cản trở vịng tuần hồn làm cho khơng khí trở
nên mát mẻ hơn, khắc phục tình trạng nhiệt độ tại các khu đơ thị cao hơn khu vực
nơng thơn (hình 1.2). Ngồi ra bê tơng rỗng có khả năng giảm tiếng ồn do bánh xe
ma sát với mặt đường gây ra. Nguyên lý của việc giảm tiếng ồn là do sóng âm bị
hút và phân tán vào bên trong các lỗ rỗng của bê tông rỗng làm cho cường độ của
nó bị yếu đi.


Trang 4

Hình 1.2 : Nước và khơng khí trao đổi thuận tiện với môi trường qua lớp bê
tông rỗng
Những ưu điểm của bê tông rỗng [2] :
 Bê tông rỗng có cường độ chịu nén từ 17 – 28 Mpa đủ để chịu tải
trọng xe nhỏ và lưu lượng thấp.
 Khả năng thoát nước rất cao từ 100-900 L/m2/min, vượt quá tốc độ
thoát nước cần thiết để ngăn chặn hiện tượng ngập lụt sau các cơn mưa lớn.
 Dung trọng thấp 1600 – 2000 kg/m3
 Hệ số dẫn nhiệt thấp (hệ số dẫn nhiệt của bê tông rỗng k = 0.7 W/mK,
trong khi bê tông thường k = 2.0 W/mK )
 Sự co ngót khi đơng cứng thấp (chỉ bằng ½ bê tơng thường)
 Tính cách nhiệt tốt hơn bê tơng thơng thường bởi vì cấu trúc rỗng theo
Fulton’s Concrete Technology (1994) và Neville (1981).

Trang 5

Ngồi những ưu điểm, bê tơng rỗng có một số hạn chế sau :
 Bê tơng rỗng có cấu tạo bề mặt thô ráp và cường độ vừa phải nên chỉ
thích hợp dùng cho các cơng trình chịu tải trọng nhẹ như đường giao thông nông
thôn, đường nội bộ trong các khu dân cư đô thị, lề bộ hành, mái dốc taluy, bãi đổ
xe, công viên, …
 Bê tông rỗng chỉ áp dụng được tại những vị trí đất nền có khả năng
thốt nước cao.
 Bê tơng rỗng phải được thường xuyên vệ sinh bề mặt trong suốt quá
trình sử dụng, vì khi rác thải bám dính trên bề mặt thì khả năng thốt nước của bê
tơng rỗng sẽ giảm xuống.
1.2.1. Các nghiên cứu bê tông rỗng trên thế giới và trong nước
Tại đại học Iowa State – Mỹ, Schaefer, Suleiman, Wang, Kevern và
Wiegand [13] đã thực hiện nhiều nghiên cứu về bê tông rỗng và kết quả cho thấy
mối quan hệ giữa độ rỗng, cường độ và độ thấm của bê tơng rỗng như hình 1.3. Với
độ rỗng từ 15 – 20% thì cường độ bê tơng khoảng 3000 psi (20 MPa) và độ thấm từ
100 – 400 in/hour.

Hình 1.3 : Mối quan hệ giữa cường độ, độ rỗng và độ thấm của bê tông rỗng


Trang 6

Theo [2], dung trọng của bê tông rỗng thấp hơn bê tông thường khoảng 22%.
Dung trọng của bê tông rỗng từ 1780 – 1890 kg/m3, trong khi dung trọng của bê
tông thường từ 2340 – 2380 kg/m3. Dung trọng của bê tông rỗng giảm khi tăng tỷ lệ
đá/xi măng, hình 1.4. Dung trọng của bê tơng rỗng thấp làm giảm tĩnh tãi tác dụng
lên kết cấu.

Hình 1.4 : Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến dung trọng của bê tông rỗng
Cường độ chịu nén của bê tông rỗng tăng khi tuổi tăng. Cường độ
chịu nén của bê tông rỗng phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ đá/xi măng. Cường độ giảm
khi tăng tỷ lệ đá/xi măng. Hình 1.5 cho thấy cường độ chịu nén của bê tông rỗng ở
28 ngày tuổi 1.1 – 8.2 Mpa. Hỗn hợp có tỷ lệ đá/xi măng là 6:1 cho cường độ cao
nhất. Cường độ chịu nén của bê tông rỗng thấp hơn cường độ chịu nén của bê tơng
thường vì cấu trúc rỗng của bê tông. Tuy nhiên cường độ chịu nén của bê tơng rỗng
có tỷ lệ đá/xi măng là 6:1 và 7:1 tương đương với gạch xây nên đủ để dùng bê tông
rỗng làm vật liệu xây tường, vật liệu thốt nước. Trong hình 1.5, fc7 : cường độ
chịu nén của bê tông rỗng ở 7 ngày tuổi; fc28 : cường độ chịu nén của bê tông rỗng
ở 28 ngày tuổi; fc90 : cường độ chịu nén của bê tông rỗng ở 90 ngày tuổi


Trang 7

Hình 1.5 : Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến cường độ chịu nén của bê tông
rỗng.
Cường độ kéo uốn của bê tông rỗng thấp hơn bê tông thường. Cường
độ kéo uốn đạt cao nhất khi tỷ lệ đá/xi măng là 7:1 (hình 1.5). Chúng sẽ giảm khi
tăng tỷ lệ đá/xi măng.

Hình 1.6 : Ảnh hưởng của tỷ lệ đá/xi măng đến cường độ kéo (ft) và uốn (fb)
của bê tông rỗng


Trang 8

Ngồi ra [2] cịn nghiên cứu ảnh hưởng của nước/xi măng (N/X) đến
cường độ của bê tông rỗng :