Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thi công đến chất lượng của lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tô

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN THANH SANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG
ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ
DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN THANH SANG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG
ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ
DĂM GIA CỐ XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. HUỲNH PHƢƠNG NAM
2. GVC. ThS. NGUYỄN BIÊN CƢƠNG

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi đƣợc thực hiện dƣới
sự hƣớng dẫn trực tiếp của TS. Huỳnh Phƣơng Nam và GVC.Ths. Nguyễn Biên
Cƣơng
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Sang


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. 5
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.............................................................................. 2
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................. 2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 2
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................... 3

6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN ....................................................................... 3
Mở đầu................................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI
ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG ............................................................................ 5
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH, PHÁT TRIỂN LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ
DĂM GIA CỐ XI MĂNG … ............................................................................... 5
1.1.1. Quá trình phát triển và ứng dụng CPDD. GCXM trên thế giới ................. 5
1.1.2. Tình hình sử dụng CPDD.GCXM tại Việt Nam...................................... 10
1.2. TIÊU CHUẨN THI CƠNG VÀ NGHIỆM THU VẬT LIỆU CPDD.GCXM
LÀM LỚP MĨNG ĐƢỜNG Ô TÔ CẤP CAO………………………………..16
1.3. THỜI GIAN THI CÔNG CHO PHÉP CỦA LỚP VẬT LIỆU
CPDD.GCXM TRONG CÁC TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH ............................ 16
1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1: ........................................................................... 16
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG,
BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG. ....... 17
2.1. Q TRÌNH THỦY HĨA CỦA XI MĂNG .............................................. 17
2.1.1. Phản ứng thuỷ hố: .................................................................................... 17
2.1.2.Tính chất và sự hình thành cấu trúc của hồ xi măng.................................. 18
2.1.3. Giải thích q trình rắn chắc của xi măng ................................................ 19


2.2. THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG ................................................ 20
2.2.1. Thời gian đông kết của xi măng:............................................................... 20
2.2.2. Thời gian bắt đầu đông kết:....................................................................... 20
2.2.3. Thời gian kết thúc đông kết: ..................................................................... 20
2.2.4. Cách xác định thời gian đông kết . ............................................................ 20
2.2.5. Ý nghĩa xác định thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của xi măng ..... 21
2.3. THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG ………………….21
2.3.1. Khái niệm thời gian đông kết của bê tông: ............................................... 21
2.3.2. Thời gian bắt đầu đông kết của hỗn hợp bê tông: ..................................... 22

2.3.3. Thời gian kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông: .................................... 22
2.3.4. Cách xác định thời gian đông kết của bê tông: ......................................... 23
2.4. THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA CPĐD.GCXM.......................................... 23
2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2............................................................................. 24
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN THI CÔNG HỢP
LÝ CỦA VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG................. 25
3.1. THÍ NGHIỆM CHẤT LƢỢNG VẬT LIỆU................................................ 25
3.1.1. Xi măng: .................................................................................................... 25
3.1.1.1. Nguồn xi măng: ...................................................................................... 25
3.1.1.2. Chỉ tiêu cơ lý của xi măng: .................................................................... 25
3.1.2. Cấp phối đá dăm. ....................................................................................... 28
3.2. THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP CPĐD.GCXM(4%) VÀ QUY HOẠCH
THỰC NGHIỆM ................................................................................................. 32
3.2.1. Phân tích thành phần hạt cấp phối đá dăm và thí nghiệm đầm nén tiêu
chuẩn xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất cho hỗn hợp CPĐD
GCXM(4%) ......................................................................................................... 32
3.2.1.1. Xác định thành phần hạt và vẽ đƣờng cong cấp phối ............................ 32
3.2.1.2. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng
khô lớn nhất ......................................................................................................... 34
3. CHẾ TẠO VÀ BẢO DƢỠNG MẪU CPĐD.GCXM (4%) ........................... 37


3.4. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN (Rn) VÀ CƢỜNG
ĐỘ ÉP CHẺ (Rec) CỦA HỖN HỢP CPĐD.GCXM (4%) .................................. 38
3.4.1. Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén (Rn) ........................................... 38
3.4.2. Thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ (Rec) ............................................. 43
3.5. Kết luận: ....................................................................................................... 48
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ................................................................................. 49
1. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 49
2. KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .............................. 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 51


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU:
WL
: Giới hạn chảy
WP
: Giới hạn dẻo
IP
: Chỉ số dẻo
γkmax
: Dung trọng khô lớn nhất
Wopt
: Độ ẩm tốt nhất
P
: Tải trọng khi phá hoại mẫu
F
: Tiết diện ngang trung bình của mẫu
D
: Đƣờng kính mẫu
h
: Chiều cao mẫu
W
: Độ ẩm của mẫu đất ở trạng thái khô
W0
: Độ ẩm của đất lúc lấy mẫu
M0
: Khối lƣợng đất đƣợc sử dụng để thí nghiệm
W1

: Độ ẩm cho trƣớc cần phải chế bị
γw
: Khối lƣợng thể tích của đất
Rn
: Độ bền nén ở trạng thái khô
Rec
: Cƣờng độ ép chẻ
CÁC CHỮ VIẾT TẮT:
LA
: Los Angeles
AASHTO : American Association of State Highway and
Transportation Officials


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của xi măng............................. 25
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu yêu cầu của cấp phối đá dăm .......................................... 29
Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn chảy của CPĐD (WL)............. 31
Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm xác định giới hạn dẻo của CPĐD (WD) .............. 32
Bảng 3.5. Yêu cầu về thành phần hạt của CPĐD.GCXM [1] ............................. 32
Bảng 3.6: tổng hợp thành phần hạt của CPĐD Dmax=31,5 ............................... 33
Bảng 3.7: Thí nghiệm xác định khối lƣợng thể tích ẩm của mẫu CPĐD.GCXM
(4%) ..................................................................................................................... 35
Bảng 3.8: Thí nghiệm xác định độ ẩm tối ƣu (W) của mẫu CPĐD.GCXM (4%)
............................................................................................................................. 35
Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn ............................................. 36
Bảng 3.10. Thời gian trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu CPĐD.GCXM (4%) . 37
Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu nén (Rn) ở các ngày tuổi khác
nhau ..................................................................................................................... 39
Bảng 3.12. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ ép chẻ (Rec) ....................................... 44

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng đƣợc sử dụng ở Pháp ........................ 6
Hình 1.2. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng đƣợc sử dụng ở Mỹ .......................... 6
Hình. 1.3. Xây dựng đƣờng ô tô băng BTĐL ở thành phố Atlanta (Hoa Kỳ),
2004 ....................................................................................................................... 8
Hình 1.4. Thi cơng mặt đƣờng BTĐL đƣợc rải bằng máy rải thơng thƣờng........ 9
Hình 1.5. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi ..... 11
Hình 1.6. Đƣờng Lê Văn Hiến ........................................................................... 17
Hình 1.7. Đƣờng Lê Trọng Tấn .......................................................................... 12
Hình 1.8: Đƣờng 2-9 ........................................................................................... 12
Hình 1.9. CPĐD.GCXM đƣợc sử dụng dự án cải tạo đƣờng 2-9, Đà Nẵng....... 13
Hình 1.10. Đƣờng 2-9, TP. Đà Nẵng sau khi đã đƣợc cải tạo ............................ 13
Hình 1.11. Hƣ hỏng đƣờng trên Quốc lộ 1 ......................................................... 14
Hình 1.12. Thi cơng CPĐD.GCXM trên Quốc lộ 1 mở rộng ............................. 15
Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo của dụng cụ thử xuyên ................................................ 22
Hình 2.2. Biểu đồ thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông ................................ 23
Hình 3.1. Xi măng Sơng Gianh ........................................................................... 25
Hình 3.2. Thí nghiệm khối lƣợng riêng của xi măng .......................................... 26
Hình 3.3. Hình ảnh thí nghiệm thời gian ngƣng kết và kết thúc ngƣng kết........ 27
Hình 3.4. Uốn và nén mẫu vữa xi măng ............................................................. 27
Hình 3.5. Tập kết cấp phối đá dăm (mỏ đá Hố Chuồng) về phịng thí nghiệm
trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng ................................................................... 28
Hình 3.6. Cấp phối đá dăm (mỏ đá Hố Chuồng). .............................................. 28
Hình 3.7. Thí nghiệm độ hao mịn Los-Angeles ................................................. 30
Hình 3.8. Thí nghiệm lƣợng hạt thoi dẹt của cấp phối đá dăm ........................... 30
Hình 3.9. Bộ dụng cụ thí nghiệm xác định WL và WD..................................... 31
Hình 3.10. Đƣờng cong cấp phối của cấp phối đá dăm (Dmax = 31,5mm) ....... 33
Hình 3.11. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn của CPĐD.GCXM (4%) ............... 34

Hình 3.12. Đƣờng cong đầm nén tiêu chuẩn CPĐD.GCXM(4%) ...................... 36
Hình 3.13. Đầm nén tạo mẫu và chuẩn bị bảo dƣỡng ngâm mẫu
CPĐD.GCXM(4%) ............................................................................................. 38
Hình 3.14. Thí nghiệm nén mẫu để xác định cƣờng độ chịu nén ....................... 38
Hình 3.15. Biểu đồ tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén với .............................. 39
Hình 3.16. Biểu đồ tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén ở tuổi 07 ngày với tổng
thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu ........................................................ 40
Hình 3.17. Biểu đồ tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén ở tuổi 14 ngày với tổng
thời gian trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu ........................................................ 41
Hình 3.18. Biểu đồ tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ............ 41
Hình 3.19. Biểu đồ tƣơng quan giữa cƣờng độ chịu nén và thời gian nén mẫu ở
các ngày tuổi khác nhau ...................................................................................... 42
Hình 3.20. Thí nghiệm xác định cƣờng độ ép chẻ (Rec) ..................................... 43
Hình 3.21. Tƣơng quan giữa cƣờng độ ép chẻ với tổng thời gian trộn mẫu + ủ
mẫu +đầm nén mẫu ............................................................................................. 44
Hình 3.22. Tƣơng quan giữa cƣờng độ ép chẻ ở tuổi 07 ngày với tổng thời gian
trộn mẫu + ủ mẫu +đầm nén mẫu ....................................................................... 45
Hình 3.23. Tƣơng quan giữa cƣờng độ ép chẻ ở tuổi 14 ngày với tổng thời gian
trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu ...................................................................... 46
Hình 3.24. Tƣơng quan giữa cƣờng độ ép chẻ ở tuổi 28 ngày với tổng thời gian
trộn mẫu + ủ mẫu + đầm nén mẫu ...................................................................... 46
Hình 3.25. Biểu đồ xác định cƣờng độ ép chẻ theo thời gian nén mẫu ở các ngày
tuổi khác nhau ..................................................................................................... 47


NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN THI CÔNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG
CỦA LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG (CPĐD.GCXM)
TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG Ô TÔ

Học viên: Nguyễn Thanh Sang
Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã số: 60.58.02.05 Khóa: 2016– 2018, Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu, đánh giá thời gian thi công hợp lý của
lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPĐD.GCXM) trên cơ sở tiến hành thực
nghiệm đối với vật liệu cấp phối đá dăm tại mỏ đá Hố Chuồng – TP. Đà Nẵng đƣợc gia cố
4% xi măng để xác định cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ ép chẻ của các tổ mẫu
CPĐD.GCXM đƣợc khảo sát ở các mốc thời gian thi công khác nhau là 90 phút, 120 phút,
150 phút, 180 phút và 210 phút (tiêu chuẩn TCVN 8858:2011 quy định thời gian thi công
tối đa là 100 phút). Kết quả thí nghiệm cho thấy: cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ ép chẻ
tăng dần từ 90 đến 120 phút (thời gian trộn + ủ mẫu + đầm nén) và giảm dần đến 210 phút;
mặt khác cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ ép chẻ ở mốc thời gian từ 120 phút đến 210 phút
là đạt yêu cầu so với TCVN 8858:2011. Nhƣ vậy, có thể khẳng định rằng đối với khoảng
thời gian từ 90 phút đến 210 phút đều có thể thi cơng lớp móng đƣờng ơ tơ bằng
CPĐD.GCXM và sẽ khơng cịn bị khống chế tối đa 100 phút nhƣ tiêu chuẩn; đồng nghĩa
với việc sắp xếp, bố trí trạm trộn dễ dàng hơn và có nhiều giải pháp hơn trong việc xây
dựng dây chuyền thi cơng lớp móng đƣờng bằng vật liệu CPĐD.GCXM.
Từ khóa – cấp phối đá dăm; móng đƣờng; móng gia cố xi măng; mặt đƣờng.
STUDY ON THE EFFECTS OF TIME PERFORMANCE ON THE QUALITY OF
MATERIAL CEMENT TREATED BASE (CTB) IN THE CONSTRUCTION OF
HIGHWAYS
Abstract - The thesis presents the results of research and evaluation of reasonable
construction time of cement treated base (CTB) On the basis of experimental work on
gravel aggregate materials at Ho Chuong Quarry - TP. Danang is reinforced with 4%
cement To determine the compressive strength, the compressive strength of the sample of
cement treated base investigated at various construction timelines There are 90 minutes,
120 minutes, 150 minutes, 180 minutes and 210 minutes (TCVN 8858: 2011 specifies a
maximum construction time of 100 minutes). The results showed that: Compressive
strength and compression strength increasing from 90 to 120 minutes (mixing time +
composting + compaction) and decreasing to 210 minutes. On the other hand, compressive

strength and shear strength at the time of 120 minutes to 210 minutes are satisfactory
compared with TCVN 8858: 2011. Thus, it can be asserted that for the period from 90
minutes to 210 minutes, it is possible to construct the road foundation by CTB and will no
longer be controlled maximum 100 minutes as standard; This means that the arrangement
and layout of the mixing plant are easier and more flexible in building the foundation line
by using CTB.
Key words – Gravel aggregates; base layer; cement treated base; pavement.


1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Công nghệ xây dựng móng đƣờng ơ tơ ở Việt Nam hiện nay chủ yếu dùng
những vật liệu rời rạc truyền thống nhƣ đá dăm, cấp phối đá dăm, cấp phối thiên
nhiên… Khi sử dụng vật liệu rời rạc, để đạt đƣợc cƣờng độ cần thiết thì kết cấu
áo đƣờng thƣờng rất dày, khối lƣợng vật liệu cho cơng trình lớn, q trình thi
cơng gặp nhiều khó khăn. Đối với những dự án đƣờng ơ tơ cấp cao địi hỏi phải
có giải pháp nâng cao cƣờng độ, độ ổn định và tuổi thọ của cơng trình, một
trong các giải pháp đem lại hiệu quả là sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố
xi măng làm lớp móng trên. Vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng
(CPĐD.GCXM) đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào sử dụng trong thi cơng các
cơng trình đƣờng ô tô trong thời gian gần đây, đặc biệt là các tuyến đƣờng cao
tốc, đƣờng trục ơ tơ có nhiều xe nặng chạy, đƣờng trục chính đơ thị nhƣ: Đƣờng
cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi và một số tuyến trục chính của thành phố Đà
Nẵng.
Khi đƣa vào ứng dụng trong thi cơng làm lớp móng đƣờng ơ tơ đã mang
lại hiệu quả rõ rệt nhƣ: Làm tăng đáng kể mô đun đàn hồi chung của kết cấu áo
đƣờng, tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng sẵn có. Tuy nhiên, trong thực tế thi
công lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng hiện nay, các đơn vị thi cơng
cịn lúng túng trong việc xác định thời gian thi công hợp lý của vật liệu cấp phối

đá dăm gia cố xi măng. Theo Khoản 5.2.1, TCVN 8858:2011 quy định “ năng
suất và vị trí trạm trộn phải tƣơng ứng với đoạn dây chuyền thi công sao cho
đảm bảo đƣợc thời gian trộn, chuyên chở, rải và đầm nén kết thúc trƣớc thời
gian bắt đầu ninh kết của hỗn hợp gia cố xi măng thông thƣờng là 100 phút”.
Nhƣ vậy, việc quy định toàn bộ thời gian thi công CPĐD.GCXM bao gồm thời
gian chờ trộn, vận chuyển, san rải, đầm nén sơ bộ, đầm nén chặt gấp rút nhƣ
trên bắt buộc các nhà thầu thi công phải bố trí rất nhiều phƣơng tiện đầm nén;
ngồi ra, phạm vi phục vụ của các trạm trộn CPĐD.GCXM cũng bị thu hẹp, do
thời gian vận chuyển hỗn hợp CPĐD. GCXM bị khống chế.
Mặt khác, chúng ta đều biết, thời gian đông kết của xi măng và bê tơng xi
măng là hồn tồn khác nhau do phản ứng thủy hóa của xi măng trong mơi
trƣờng có tiếp xúc với cốt liệu khác biệt so với khi diễn ra thuần xi măng –
nƣớc. Sự khác biệt này sẽ là đáng kể hơn khi q trình xi măng thủy hóa diễn ra


2
trong môi trƣờng cốt liệu hạt của cấp phối đá dăm có hàm lƣợng hạt mịn khá
cao (tối đa đến 12%).
Nhƣ vậy, việc không xác định đƣợc thời gian đông kết của vật liệu cấp
phối đá dăm gia cố xi măng một cách chính xác sẽ dẫn đến việc: tập trung q
nhiều máy móc thiết bị thi cơng, làm tăng chi phí xây dựng, thu hẹp phạm vi
phục vụ của các trạm trộn.
Hiện nay, chƣa có tiêu chuẩn quy định phƣơng pháp thí nghiệm xác định
thời gian thi cơng của vật liệu CPĐD.GCXM; vì vậy,việc nghiên cứu ảnh
hưởng của thời gian thi công đến chất lượng của lớp vật liệu cấp phối đá dăm
gia cố xi măng trong thi công đường ơ tơ, để từ đó xác định khoảng thời gian
hợp lý cho tồn bộ q trình thi cơng lớp vật liệu này nhằm đảm bảo chất lƣợng
vật liệu, sử dụng hiệu quả thiết bị thi công là điều cần thiết.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
a. Mục tiêu tổng quát:

Xác định thời gian thi công hợp lý lớp cấp phối đá dăm gia cố xi măng.
b. Mục tiêu cụ thể:
- Khảo sát sự biến thiên cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu ép chẻ của các
tổ mẫu CPĐD.GCXM có thời điểm đúc mẫu khác nhau.
- Xây dựng mối quan hệ giữa thời gian thi công – cƣờng độ chịu nén,
cƣờng độ chịu ép chẻ của CPĐD.GCXM trong phịng thí nghiệm.
- Đề xuất thời gian thi công CPĐD.GCXM hợp lý cho loại vật liệu nghiên
cứu.
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
a. Đối tượng nghiên cứu: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng.
b. Phạm vi nghiên cứu: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng pooc-lăng
không sử dụng phụ gia làm lớp móng đƣờng ơ tơ cấp cao sử dụng vật liệu khu
vực Đà Nẵng.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
a. Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích, đánh giá từ các tài liệu lý
thuyết, kinh nghiệm từ thực tiễn thi công lớp vật liệu CPĐD.GCXM.
b. Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm đánh giá chất lƣợng vật liệu và
thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu nghiên cứu; xử lý số liệu thí nghiệm,
xây dựng các mối tƣơng quan, phân tích, đánh giá, kết luận thực nghiệm.


3
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Cho phép xác định thời gian thi công CPĐD.GCXM trong các điều kiện
cụ thể về vật liệu thông qua thực nghiệm mà không lấy các giá trị cố định nhƣ
trong tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu hiện hành.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Mở đầu
- Lý do chọn đề tài (sự cần thiết phải nghiên cứu).
- Đối tƣợng, phạm vi và mục đích nghiên cứu.

+ Đối tƣợng nghiên cứu.
+ Phạm vi nghiên cứu.
+ Mục đích nghiên cứu.
- Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Ý nghĩa khoa học của đề tài.
Chƣơng 1. Giới thiệu tổng quan về lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia
cố xi măng
1.1. Lịch sử hình thành, phát triển lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi
măng.
1.2. Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi
măng làm lớp móng đƣờng ô tô cấp cao.
1.3. Thời gian thi công cho phép của lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố
xi măng trong các tiêu chuẩn hiện hành.
1.4. Kết luận chƣơng 1.
Chƣơng 2: Vấn đề về thời gian thi công cho phép của lớp móng cấp
phối đá dăm gia cố xi măng.
2.1. Q trình thủy hóa của xi măng.
2.2. Thời gian đông kết của xi măng.
2.3. Thời gian đông kết của bê tông xi măng.
2.4. Thời gian đông kết của cấp phối đá dăm gia cố xi măng.
2.5. Kết luận chƣơng 2.
Chƣơng 3: Thực nghiệm xác định thời gian thi công hợp lý của vật
liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng
3.1. Thí nghiệm chất lƣợng vật liệu
3.2. Thiết kế cấp phối hỗn hợp CPĐD.GCXM và quy hoạch thực nghiệm


4
3.3. Chế tạo và bảo dƣỡng mẫu
3.4. Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ ép chẻ của các

tổ mẫu CPĐD.GCXM(4%), xây dựng tƣơng quan, xác định thời gian thi công
hợp lý
3.5. Kết luận chƣơng 3
Kết luận và kiến nghị.
1. Kết luận.
2. Kiến nghị.


5
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LỚP VẬT LIỆU CẤP PHỐI ĐÁ
DĂM GIA CỐ XI MĂNG
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH, PHÁT TRIỂN LỚP VẬT LIỆU CẤP
PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG (CPĐD.GCXM)
1.1.1. Quá trình phát triển và ứng dụng CPDD.GCXM trên thế giới
Mặt đƣờng cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPDD.GCXM) là loại mặt
đƣờng sử dụng vật liệu đá dăm có thành phần cấp phối nhất định trộn với xi
măng rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhất trƣớc khi xi măng ninh kết. Mặc dù mới
đƣợc sử dụng trong những năm gần đây, nhƣng kinh nghiệm cho thấy nó có
hiệu quả kinh tế rất cao.
Ở Pháp loại vật liệu gia cố chất kết dính vơ cơ (xi măng) đƣợc xem là loại
vật liệu chủ yếu để làm các lớp móng chịu lực trong kết cấu đƣờng ơ tơ ban
hành trong “ Định hình mặt đƣờng ô tô” năm 1977.
Theo kỹ thuật của ngƣời Pháp, ngƣời ta gia cố một cấp phối đá dăm có
tính chất cơ lý tốt với thành phần hạt liên tục, kích cỡ 0 ~ 20mm bằng một chất
liên kết đƣợc chọn là xi măng. Ở đây vật liệu này đƣợc dùng để tăng cƣờng mặt
đƣờng cũ ngay trên những tuyến đƣờng vừa thi công vừa đảm bảo giao thông.
Liên Xô cũ cũng đã từng dùng loại vật liệu đá gia cố xi măng để làm lớp móng
của kết cấu mặt đƣờng trên một số đƣờng trục và đƣờng thành phố. Theo quy
phạm thiết kế mặt đƣờng mềm BCH 46-72, vật liệu đá gia cố xi măng đƣợc

xem là một loại vật liệu chủ yếu để làm lớp móng.
Ở Mỹ, kỹ thuật làm lớp móng bằng vật liệu đá gia cố xi măng ( gọi là “
cement treated base”, viết tắt là CTB) đƣợc sử dụng khá phổ biến, trong đó
CTB đƣợc chia thành hai cấp: cấp A với tỷ lệ xi măng 3.5- 6%, cấp B với tỷ lệ
xi măng từ 2.5 - 4.9% so với khối lƣợng đá.
Theo hƣớng dẫn xây dựng của Sở Giao thơng vận tải California thì việc
xác định tỷ lệ xi măng cho hỗn hợp CPĐD. GCXM là rất quan trọng. Trƣớc
tiên, lấy mẫu đại diện và tiến hành kiểm tra nén mẫu xác định cƣờng độ chịu
nén, cƣờng độ ép chẻ ở mức 5% xi măng, và các mốc khác nhau để so sánh,
đánh giá và xác định tỷ lệ xi măng hợp lý nhất.


6

Hình 1.1. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Pháp

Hình 1.2. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng được sử dụng ở Mỹ

* Bê tơng đầm lăn: Có dạng kết cấu tƣơng tự với CPĐD.GCXM, bê tông
đầm lăn đƣợc sử dụng làm lớp mặt đƣờng ô tô từ cuối thập kỷ 70 trong ngành
công nghiệp gỗ ở Canađa do có ƣu điểm là thi cơng dễ dàng và nhanh chóng,
có đủ độ bền cần thiết dƣới tác dụng của tải trọng và các thiết bị nặng. Sau đó,
bê tơng đầm lăn cịn đƣợc sử dụng trong các bãi đỗ xe, bến cảng, kho chứa


7
hang; bê tông đầm lăn cũng đã đƣợc áp dụng cho các đập nƣớc ở những năm
80, và đến năm 2001 chúng đã đƣợc áp dụng để xây dựng mặt đƣờng ô tô trong
khu công nghiệp sản xuất ô tô ở Alabama (Mỹ). Cho đến năm 2004, khi xây
dựng lại tuyến đƣờng liên bang ở bang Georgia – Mỹ số hiệu I-285 xung quanh

thành phố Atlanta, The Georgia Department of Transportation (GDOT) đã áp
dụng công nghệ xây dựng mặt đƣờng bằng bê tông đầm lăn cho phần lề gia cố
(làn đỗ khẩn cấp) thay thế cho cách làm truyền thống và đã tạo đƣợc tiếng vang
lớn – đó là huy chƣơng bạc của The National Partnership for Highway Quality
(NPHQ) vào năm 2006. Cũng trong năm 2004 The City of Columbus, Ohio
cũng đã áp dụng công nghệ này cho các đƣờng trong thành phố. Cho đến nay,
bê tông đầm lăn đƣợc sử dụng rất nhiều cho các đƣờng có tốc độ thấp, các bãi
đỗ xe, các nút giao thông trong đô thị, đƣờng trong các khu công nghiệp, kho
bãi, bến cảng hàng nặng … Tuy nhiên, vẫn chƣa tìm thấy cơng trình đƣờng ơ tơ
cấp cao nào sử dụng cơng nghệ xây dựng mặt đƣờng bằng bê tơng đầm lăn. Có
lẽ vì chúng đƣợc đầm chặt bằng phƣơng pháp lu lèn nên độ bằng phẳng của mặt
đƣờng chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu cho các phƣơng tiện xe chạy với tốc độ cao.
Cũng vì lý do về độ bằng phẳng của mặt đƣờng bê tông đầm lăn không đƣợc
phẳng nhƣ mặt đƣờng bê tông nhựa hay bê tông xi măng thông thƣờng nên các
nhà chuyên môn đã khuyến cáo rằng chỉ nên dùng mặt đƣờng bê tông đầm lăn
cho các đƣờng có tốc độ thiết kế khơng q 60 km/h.


8

Hình. 1.3. Xây dựng đường ơ tơ băng bê tơng đầm lăn ở thành phố Atlanta
(Hoa Kỳ), 2004

Thành phần cơ bản của hỗn hợp bê tông đầm lăn: bê tông đầm lăn có
thành phần cơ bản nhƣ bê tơng truyền thống bao gồm xi măng, nƣớc và cốt liệu
(mịn và thơ) … nhƣng nó khác bê tơng truyền thống ở chỗ hỗn hợp bê tông khô
hơn, đủ độ dẻo cứng để đầm bằng lu rung. Đặc biệt, lớp mặt đƣờng sử dụng bê
tông đầm lăn đƣợc xây dựng không cần các khe nối, khơng cần phải có ván
khn, máy rải chuyên dụng và các loại thanh truyền lực. Do có các tính năng
ƣu việt nhƣ vậy nên việc xây dựng mặt đƣờng bằng bê tông đầm lăn rất đơn

giản, nhanh và kinh tế.
Ƣu điểm của bê tông đầm lăn: Việc thi công mặt đƣờng bằng bê tông đầm
lăn rất nhanh và đơn giản. Bê tông đầm lăn đƣợc trộn ở trạm trộn trung tâm rồi
dùng xe ô tô tự đổ vận chuyển tới các máy rải thông thƣờng (máy rải bê tơng
nhựa thơng thƣờng), sau đó dùng lu rung để đầm chặt hỗn hợp và bảo dƣỡng
nhƣ mặt đƣờng bê tơng xi măng thơng thƣờng. Nhiệt độ khơng khí khi rải bê
tông đầm lăn không nên quá 90 độ F (32 độ C). Khi nhiệt độ mơi trƣờng khơng
khí vƣợt quá 90 độ F (32 độ C), thời gian cho phép từ thời điểm trộn đến khi


9
hồn thành q trình đầm nén nên giảm cho phù hợp (ví dụ, từ 60 phút giảm đến
30 - 45 phút). Để bù đắp cho sự mất độ ẩm trong thời gian trộn, vận chuyển và
rải, nƣớc trộn có thể đƣợc cân nhắc tăng thêm tại trạm trộn.

Hình 1.4. Thi công mặt đường bê tông đầm lăn được rải bằng máy rải thông
thường

Mặt đƣờng bê tông đầm lăn không cần các khe nối, các loại thanh truyền
lực nhƣng yêu cầu về các lớp móng bên dƣới hồn tồn giống nhƣ các kết cấu
mặt đƣờng bê tông xi măng truyền thống. Mặt đƣờng bê tơng đầm lăn có tất cả
các chỉ tiêu độ bền vững nhƣ mặt đƣờng bê tông xi măng tiêu chuẩn kể cả khả
năng chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn, chịu đựng sự ăn mòn do chất lỏng và
hóa chất độc hại khác. Với những ƣu điểm của mặt đƣờng cứng, mặt đƣờng bê
tông đầm lăn dễ dàng chịu đựng các tải trọng lớn thƣờng thấy trong các cơng
trình đƣờng giao thơng, bãi container, bãi đỗ xe, bến cảng, và nút giao thông.
Mặt đƣờng bê tông đầm lăn cũng không bị nứt do trục xe tải hạng nặng, và cũng
không bị hiện tƣợng xô hoặc rách khi các phƣơng tiện quay đầu hoặc hãm phanh
Kinh nghiệm xây dựng và khai thác CPĐD.GCXM ở nƣớc ngoài cho thấy
dùng chúng để làm lớp móng và lớp mặt (có thảm nhựa bên trên) vừa đảm bảo

10
độ bền và độ ổn đinh, đồng thời lại rất kinh tế vì tận dụng đƣợc các vật liệu tại
chổ, các phụ phẩm và phế liệu công nghiệp và rất thích hợp để thi cơng theo
phƣơng pháp cơng nghiệp.

Vì vậy việc xây dựng loại mặt đƣờng này ngày càng phát triển
mạnh mẽ và có ý nghĩa rất quan trọng.
1.1.2. Tình hình sử dụng CPDD.GCXM tại Việt Nam.
Ở nƣớc ta, trong những năm gần đây do sự tăng đột biến về lƣu lƣợng
phƣơng tiện giao thông cả về quy mô lẫn tải trọng nên trên nhiều tuyến đƣờng
Quốc lộ xuất hiện nhiều vệt lún bánh xe làm mặt đƣờng bị hƣ hỏng dẫn đến việc
khai thác và đảm bảo an toàn giao thơng gặp khó khăn. Mặt đƣờng bê tơng xi
măng theo quy trình 22TCN 223-95 khi thiết kế cho phép đặt trên lớp móng cấp
phối đá dăm thơng thƣờng đã đƣợc thiết kế và thi công đại trà, tuy nhiên các
đoạn đƣờng thi công đƣa vào khai thác xuất hiện nhiều hƣ hỏng không đảm bảo
tuổi thọ theo thiết kế của cơng trình. Để khắc phục các hiện tƣợng hƣ hỏng của
mặt đƣờng bê tông xi măng, Bộ Giao thông vận tải ban hành Quyết định số
3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 về thiết kế mặt đƣờng bê tơng xi măng
thơng thƣờng có khe nối trong xây dựng cơng trình giao thơng. Quy định này
thay thế cho 22TCN 223-95 và yêu cầu cụ thể đối với móng áo đƣờng cứng
phải dùng lớp móng gia cố là lớp móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng.
Gần đây vật liệu cấp phối đá gia cố xi măng đã đƣợc sử dụng để làm lớp
móng dƣới lớp mặt bê tông nhựa dày từ 13 – 15 cm trên đƣờng Bắc Thăng Long
- Nội Bài và trên quốc lộ 5 (đoạn từ km47- km62) rất tốt. Trên dự án cải tạo
quốc lộ 1A và các dự án quan trọng hiện nay nhƣ cao tốc Đà Nẵng – Quảng
Ngãi CPĐD.GCXM đã đƣợc sử dụng rất nhiều.
Với sự phát triển nhanh chóng của đất nƣớc, cƣờng độ xe chạy ngày càng
tăng, tải trọng xe lƣu thông trên đƣờng ngày càng lớn và bức xạ mặt trời ngày

càng mạnh, nhiệt độ ngày càng cao, mƣa lũ thất thƣờng làm cho mặt đƣờng trên
cả nƣớc càng phát sinh nhiều hƣ hỏng nghiêm trọng ảnh hƣởng đến quá trình
phát triển kinh tế, nhu cầu giao thông vận tải. Việc cải tạo đƣờng ngày càng tốn
nhân lực và kinh tế vì thế việc áp dụng loại kết cấu áo đƣờng chịu lực và chịu hƣ
hỏng tốt trong quá trình thiết kế xây dựng mới có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.


11
Loại kết cấu áo đƣờng này cần phải đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng trƣớc khi
đƣa vào sử dụng để đảm bảo chóng chịu các hƣ hỏng xảy ra nhƣ trên và tránh
đƣợc các tác động phụ do kết cấu mang lại.

Hình 1.5. Cấp phối đá dăm gia cố xi măng cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi

Nhận xét: Tuyến cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi sử dựng CPĐD.GCXM
(4%) dày 15 cm làm lớp móng đƣờng, bên trên thảm các lớp bê tông nhựa hạt
trung (AC19) dày 8cm, lớp bê tông nhựa hạt mịn (AC12,5) dày 5cm; lớp chống
trƣợt dày 3cm. Qúa trình triển khai thi cơng ln tn thủ theo Tiêu chuẩn
TCVN 8858:2011 và Quyết định 858/QĐ-BGTVT của Bộ Giao thơng vận tải,
trong đó chú trọng các quy định: Thành phần cấp phối đá dăm dùng để gia cố xi
măng nên chọn tỉ lệ lƣợng hạt mịn <0,075mm càng nhỏ càng tốt, tối đa chỉ nên
từ 5~7%. Hàm lƣợng xi măng càng thấp thì càng ít phát sinh nứt, do vậy phải
thử nghiệm lƣợng xi măng chi vừa đủ để đạt yêu cầu cƣờng độ (bảng 3 TCVN
8858:2011) mà không cần đạt yêu cầu cao hơn. Dự án sử dụng hàm lƣợng xi
măng bằng 4% khối lƣợng hỗn hợp cốt liệu khơ. Trong q trình triển khai thi
cơng, khống chế chặt độ ẩm khi lu lèn, không đƣợc lớn hơn độ ẩm tốt nhất và
phải dùng lu nặng để giảm độ ẩm khi lu lèn (nhỏ hơn độ ẩm tốt nhất). Để tránh
độ ẩm thay đổi bất thƣờng tại trạm trộn, vật liệu hạt các cỡ nên đƣợc bảo quản

12
riêng rẽ dƣới mái che. Tiến hành bảo dƣỡng kịp thời theo yêu cầu ở 6.2.8 TCVN
8858:2011 nhằm hạn chế tối đa hiện tƣợng hỗn hợp gia cố bị mất nƣớc, bị phơi
nắng. Để hạn chế nứt phản ảnh có thể bố trí lƣới địa kỹ thuật đặt trên mặt móng
CPĐD.GCXM đã tƣới thấm bám. Trong trƣờng hợp này, nên hợp tác với các
hãng cung cấp lƣới địa kỹ thuật tiến hành thiết kế, làm thử nghiệm và đƣa ra chỉ
dẫn kỹ thuật cho mỗi dự án để trình chủ đầu tƣ xem xét phê duyệt.
Hình 1.6, 1.7, 1.8: Hƣ hỏng do lớp móng đƣờng khơng đảm bảo dẫn
đến hằn lún vệt bánh xe tại đƣờng Lê trọng Tấn, Lê Văn Hiến, Đƣờng 2-9.

Hình 1.6. Đƣờng Lê Văn Hiến

Hình 1.7. Đƣờng Lê Trọng Tấn

Hình 1.8: Đường 2-9


13

Hình 1.9. CPĐD.GCXM được sử dụng dự án cải tạo đường 2-9, Đà Nẵng

Hình 1.10. Đường 2-9, TP. Đà Nẵng sau khi đã được cải tạo

Tuyến đƣờng 2-9 đƣợc đầu tƣ xây dựng và đƣa vào khai thác từ năm
1998, trải qua thời gian dài phục vụ cộng với lƣợng phƣơng tiện tham gia giao
thông trên tuyến tăng rất nhanh cả về mặt lƣu lƣợng lẫn tải trọng trục đƣờng nên
đến nay, đoạn đƣờng này đã xuất hiện khá nhiều điểm hƣ hỏng làm giảm chất
lƣợng khai thác, ảnh hƣởng đến an tồn giao thơng.
Giải pháp sửa chữa: Với các đoạn đƣờng bị hƣ hỏng nặng (nhiều vị trí nứt
mai rùa, nứt dọc ngang trên diện rộng): tiến hành xử lý gia cố tại chỗ bằng cách

dùng máy phay chuyên dụng Sakai xáo xới lớp cấp phối đá dăm hiện hữu đến
chiều sâu 20cm, trộn xi măng gia cố với hàm lƣợng 5% lu lèn chặt ở độ ẩm tính
tốn. Sau đó các diện tích này đã đƣợc thảm lại 2 lớp bê-tông nhựa.


14
Ƣu điểm của giải pháp đƣa ra so với các phƣơng pháp sửa chữa truyền
thống:
- Đảm bảo tăng cƣờng đƣợc cƣờng độ chung của nền cũ do sử dụng lớp
đá dăm gia cố xi măng. Với tính chất làm việc toàn khối, lớp vật liệu này phát
huy hiệu quả phân tán tải trọng xe cộ truyền qua kết cấu áo đƣờng lên nền đất
khơng đồng nhất do có xử lý cát cục bộ trƣớc đó.
- Lớp vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng có tác dụng ngăn sự thẩm
thấu của nƣớc ngầm hoạt động lên trên kết cấu áo đƣờng
- Thời gian thi công nhanh do chỉ làm một lớp móng với thiết bị hiện đại.
- Giảm thiểu đƣợc tác động tiêu cực khi thi công lên nền đất hoặc cát xử
lý đã cố kết trong thời gian dài.
- Tránh đƣợc việc phải xử lý nƣớc ngầm khi đào sâu xuống dƣới.
- Kinh phí thấp nhất, phù hợp với chủ trƣơng nâng cấp đƣờng theo thời
gian phục vụ.
Nhận xét: Sau khi đƣợc cải tạo bằng cách thay thế lớp móng dƣới cấp
phối đá dăm bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng sau 3 năm khai thác thì
đƣờng vẫn giữ đƣợc tính ổn định, việc khai thác vẫn rất tốt và hƣ hỏng xảy ra
hầu nhƣ khơng có. Điều này chứng tỏ cấp phối đá dăm gia cố xi măng có ứng
dụng rất lớn trong việc cải tạo và xây dựng đƣờng.

Hình 1.11. Hư hỏng đường trên Quốc lộ 1