Đề tài nghiên cứu bê tông hạt mịn chất lượng cao

Đề tài nghiên cứu
Bê tông hạt mịn chất
lượng cao


1

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan...……………………………………………………………………...... 1
Lơì cảm ơn ……………………………..…...……………...………………………...5
Mục lục……………………………………………………………………………...... 3
Danh mục các ký hiệu và cụm từ viết tắt…...……………...………………………...5
Danh mục các bảng biểu…...………………………………………………….….....6
Danh mục các hình vẽ và đồ thị…………...……………….………………….….....7
Phần mở đầu………………………………………………...….…………………..….8
Chương 1. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cho sân bay ... 13
1.1. Mở đầu...................................................................................................... 13
1.2. Tổng quan về bê tông chất lượng cao ...................................................... 13
1.3. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao ......................................... 16
1.4. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cho sân bay ............ 20
1.4.1. Giới thiệu sân bay và đường băng sân bay..................................... 20
1.4.2. Ưu điểm khi sử dụng bê tông hạt mịn làm lớp phủ mỏng.............. 21
1.4.3. Nhược điểm của lớp phủ mỏng bê tông hạt mịn ............................ 22
1.4.4. Các đặc điểm của mặt đường sân bay và mặt đường ô tô .............. 23
1.4.5. Yêu cầu khi sử dụng bê tông làm lớp mặt đường sân bay ............. 23
1.4.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới ............................ 26
1.4.7. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam ............................. 29
Chương 2. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn cho đường sân bay ......... 32
2.1. Tương tác giữa cốt sợi và vật liệu bê tơng ............................................... 32
2.2. Tính chất của bê tông hạt mịn cốt sợi ...................................................... 34

2.2.1. Tính chất của hỗn hợp bê tơng ....................................................... 34
2.2.2. Tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao cốt sợi ................... 34
2.3. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn cho đường sân bay .................. 37
2.3.1. Cấu trúc bê tông hạt mịn chất lượng cao........................................ 37
2.3.2. Lựa chọn vật liệu chế tạo bê tông hạt mịn ..................................... 44
2.4. Thiết kế thành phần bê tông hạt mịn chất lượng cao ............................... 56
2.4.1. Lý thuyết về thiết kế thành phần hạt .............................................. 56
2.4.2. Thiết kế thành phần bê tông hạt mịn cường độ cao ....................... 59
Chương 3. Nghiên cứu tính chất của vật liệu sử dụng........................................ 63
3.1. Cốt liệu ..................................................................................................... 63


2

3.2. Xi măng .................................................................................................... 64
3.3. Phụ gia khoáng mịn .................................................................................. 65
3.3.1. Silicafume ....................................................................................... 65
3.3.2. Tro bay nhiệt điện........................................................................... 66
3.4. Phụ gia siêu dẻo ........................................................................................ 66
3.5. Cốt sợi....................................................................................................... 68
Chương 4. Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu đến tính chất bê tơng hạt mịn ...... 70
4.1. Thiết kế sơ bộ thành phần bê tông hạt mịn .............................................. 70
4.2. Lập quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ................................................. 71
4.2.1. Chọn hàm mục tiêu......................................................................... 71
4.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng ................................................................... 71
4.2.3. Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu ............................. 71
4.2.4. Thí nghiệm tìm miền dừng ............................................................. 74
4.2.5. Kế hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay ....................................... 75
4.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của lượng sợi đến tính chẩt bê tơng .............. 83
Chương 5. Nghiên cứu các tính chất và cơng nghệ chế tạo bê tông hạt mịn .... 83

5.1. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tơng ...................... 83
5.1.1. Nghiên cứu tính cơng tác hỗn hợp bê tơng hạt mịn ...................... 84
5.1.2. Nghiên cứu các tính chất cơ học của bê tông hạt mịn ................... 85
5.2. Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn ....................................... 90
5.2.1. Q trình nhào trộn hỗn hợp bê tơng ............................................. 91
5.2.2. Q trình thi cơng hỗn hợp bê tơng ................................................ 92
5.2.3. Q trình dưỡng hộ bê tơng............................................................ 93
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 95
Phụ lục .................................................................................................................. 959


3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
BT

:

Bê tông

BTCT :

Bê tông cốt thép

BTCLC :

Bê tông chất lượng cao

BTCS :

Bê tông cốt sợi

BTHM :

Bê tông hạt mịn

BTXM :

Bê tông xi măng

C

:

Cát

CH

:

Hyđrơxít canxi

CKD

:

Chất kết dính (xi măng + silicafume + tro bay)

C-S-H :

Hyđrô silicát canxi

HHBT :

Hỗn hợp bê tông

HMA

Hot mix Asphalt

:

ICAO :

Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế
(International Civil Aviation Organization)

N

:

Nước

N
X

:

Tỷ lệ nước trên xi măng

PCB

:

Xi măng Pooclăng hỗn hợp – Blended Porland Cements

PC

:

Xi măng Pooclăng – Porland Cements

PCC

:

Bê tông xi măng – Porland Cement Concrete

PG

:

Phụ gia siêu dẻo

PP

:

Sợi polypropylene

RPC

:

Bê tông bột mịn

SF

:

Silicafume

TB

:

Tro bay nhiệt điện

TWT

:

Thin Whitetopping

UTW

:

Ultra thin Whitetopping

X

:

Xi măng


4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tơng Ductal.

Trang
28

Bảng 1.2. Các tính chất cơ học của Ductal.

28

Bảng 1.3. Các cơng trình xây dựng sử dụng sản phẩm Ductal.

29

Bảng 2.1. Các đặc tính điển hình của một số sợi dùng trong bê tơng.

48

Bảng 2.2. Quan hệ giữa kiểu sắp xếp và độ rỗng giữa các hạt.

58

Bảng 3.1. Tính chất vật lý của cát vàng.

65

Bảng 3.2. Bảng thành phần hạt của cát.

65

Bảng 3.3. Tính chất cơ lý của xi măng Bút Sơn PC40.

66

Bảng 3.4. Nguồn gốc các loại phụ gia khống mịn.

67

Bảng 3.5. Tính chất và thành phần hạt của silicafume Elkem.

68

Bảng 3.6. Tính chất và thành phần hạt của tro bay nhiệt điện Phả Lại.

68

Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật của sợi PP.

71

Bảng 4.1. Các tỷ lệ vật liệu sử dụng.

72

Bảng 4.2. Cấp phối sơ bộ của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao.

72

Bảng 4.3. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm.

74

Bảng 4.4. Cấp phối bê tông hạt mịn theo quy hoạch thực nghiệm bậc nhất.

74

Bảng 4.5. Kết quả cường độ nén của bê tông ở tuổi 14 ngày quy hoạch bậc nhất. 74
Bảng 4.6. Quan hệ giữa cường độ bê tông tỷ lệ

N
C
và .
CKD
X

76

Bảng 4.7. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm.

77

Bảng 4.8. Cấp phối thực nghiệm bậc hai.

78

Bảng 4.9. Kết quả thí nghiệm độ chảy và cường độ nén theo quy hoạch bậc hai. 78
Bảng 4.10. Kết quả kiểm tra hệ số phương trình hồi quy cường độ bê tơng.

79

Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm thành phần cấp phối hợp lý của bê tông hạt mịn. 83
Bảng 4.12. Kết quả khảo sát lượng dùng cốt sợi polypropylene

83

Bảng 5.1. Cấp phối của các mẫu bê tơng thí nghiệm.

85

Bảng 5.2. Kết quả thí nghiệm tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng hạt mịn.

86

Bảng 5.3. Các tính chất của bê tơng hạt mịn chất lượng cao.

87

Bảng 5.4. Kết quả cường độ kháng trượt của mẫu bê tông.

90

Bảng 5.5. Kết quả cường độ bám dính nền của mẫu bê tơng.

91


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1. Đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ võng của bê tơng cốt sợi

Trang
13

Hình 1.1. Lớp phủ bê tơng dùng trong sân bay hàng khơng tại Ford Terminal.

29

Hình 1.2. Lớp UTW và TWT được ứng dụng ở Williamsburg – Mỹ.

31

Hình 1.3. Máy bay Boeing 777ER trên sân bay Nội Bài

32

Hình 1.4. Sân bay Đà Nẵng

32

Hình 2.1. Mơ hình sự kéo tuột cốt sợi tại bề mặt liên kết của sợi và đá xi măng

35

Hình 2.2. Thí nghiệm xác định cường độ kéo khi uốn của bê tơng

39

Hình 2.3. Quan hệ giữa ứng suất uốn và độ võng của bê tông dùng cốt sợi

39

Hình 2.4. Sơ đồ ứng suất và biến dạng của bê tơng cốt sợi

45

Hình 2.5. Sợi PP sử dụng để chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao

49

Hình 2.6. Sự hình thành của vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu khi.

54

Hình 2.7. Cơ chế hố dẻo của phụ gia hố học.

56

Hình 2.8. Cơ chế hố dẻo do cuốn khí.

58

Hình 2.9. Các kiểu sắp xếp của hạt.

59

Hình 2.10. Lỗ rỗng giữa các hạt vật liệu.

60

Hình 3.1. Biểu đồ thành phần hạt của cát.

66

Hình 4.1. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của tỷ lệ
Hình 4.2. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của

C
N
và
đến độ chảy.
CKD
X

C
N
và
đến cường độ nén.
CKD
X

81
81

Hình 4.3. Ảnh hưởng của biến mã đến tính chất của bê tơng.

82

Hình 5.1. Biểu đồ sự phát triển cường độ nén của bê tơng vào thời gian.

88

Hình 5.2. Mơ hình thí nghiệm xác định cường độ kháng trượt của bê tơng.

89

Hình 5.3. Cấu tạo của mẫu thí nghiệm kháng trượt.

89

Hình 5.4. Quy trình chế tạo mẫu thử.

90

Hình 5.5. Đúc mẫu thí nghiệm.

90

Hình 5.6. Mẫu bê tơng thí nghiệm.

91

Hình 5.7.Thí nghiệm xác định cường độ bám dính nền.

91

Hình 5.8. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông hạt mịn chất lượng cao. 92


6

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Bê tông và bê tông cốt thép (BTCT) đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trong
xây dựng cơ bản, phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân cũng như trong xây dựng
dân dụng, cơng nghiệp, thủy lợi, cầu đường,… Trong đó bê tông là một trong những
loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất, chúng chiếm đến trên 80%
khối lượng của các cơng trình xây dựng. Và theo thống kê của Hiệp hội bê tơng thì hàng
năm trên toàn thế giới sử dụng khoảng 2,5 tỷ m3 bê tông các loại.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và kỹ thuật trên tất cả
các mặt của đời sống xã hội thì ngành cơng nghiệp xây dựng nói chung và cơng nghiệp
bê tơng nói riêng đã và đang tạo nên những bước phát triển to lớn cho phép chúng ta tạo
ra được nhiều hơn nữa những cơng trình kiến trúc mang tính đột phá, những cơng trình
mang tính thế kỉ và những cơng trình đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong các hoạt động
kinh tế, chính trị, xã hội, quốc phịng và an ninh,… Chất lượng các cơng trình phụ thuộc
rất nhiều vào độ bền các kết cấu bê tơng hay chính là chất lượng bê tông sử dụng. Với
việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong công nghệ chế tạo bê tông, cho
phép chúng ta tạo ra những kết cấu bê tông, bê tông cốt thép và bê tơng cốt sợi phân tán
có chất lượng cao, bê tơng màu trang trí cường độ lớn [1] tăng tuổi thọ cho cơng trình.
Tuy nhiên trong điều kiện cơng nghệ và mơi trường ở Việt Nam hiện nay, nhiều
cơng trình hoặc các bộ phận kết cấu của cơng trình đã phát sinh vết nứt ngay trong giai

đoạn thi công hoặc chỉ sau một thời gian sử dụng rất ngắn. Do đó, nhu cầu phòng tránh
và xử lý các dạng vết nứt phát sinh trong q trình thi cơng và khai thác sử dụng các
cơng trình bê tơng là rất quan trọng. Theo [8], có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện
tượng nứt nẻ, phá hoại kết cấu bê tông như: Do bê tơng là vật liệu giịn, khả năng chịu
kéo rất kém; do co khô; do từ biến hoặc tại các lớp phủ mỏng, các vị trí đặc biệt trong
kết cấu chịu các ứng suất phức tạp làm cho vật liệu bê tông thường không đủ khả năng
chịu lực.
Để giải quyết vấn đền này, người ta đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau
như: Căng kéo cốt thép dự ứng lực, dùng phụ gia chống co ngót hay bố trí các loại cốt


7

thép đặc biệt tại các vị trí cần thiết,… Tuy nhiên, các giải pháp này không phù hợp với
các lớp bê tông phủ mỏng và siêu mỏng trên bề mặt của các kết cấu. Một giải pháp được
nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm đó là tăng cường tính chất của bê tơng bằng
các loại vật liệu phân tán dạng sợi.
Sợi được sử dụng để gia cường bê tơng có rất nhiều loại như: Sợi thép, sợi các
bon, sợi thủy tinh, sợi polyme, sợi thực vật,… Trong đó, sợi polyme tổng hợp là một lựa
chọn có nhiều ưu điểm hơn cả vì giá thành rẻ hơn so với sợi các bon, sợi thủy tinh; khả
năng phân tán của chúng lớn hơn so với sợi thép, sợi thực vật và chúng khơng làm giảm
tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng. Chính vì những ưu điểm đó mà chủng loại bê tông
cốt sợi polyme đã được ứng dụng rất rộng rãi trên thế giới.
Khi trộn vào bê tông một lượng cốt sợi phân tán sẽ thu được một loại bê tông cốt
sợi đồng đều và đa hướng. Kết quả đã nghiên cứu [8] cho thấy, cường độ kháng kéo,
kháng uốn, cường độ chống va đập, mài mòn,… của bê tông đều tăng lên rõ rệt so với
bê tông thường.
Sử dụng bê tông cốt sợi làm lớp phủ mặt đường, vỉa hè, lớp phủ trên bề mặt kết
cấu đã mang lại nhiều hiệu quả to lớn, có thể giảm được chiều dày kết cấu; tạo ra các kết
cấu mỏng hơn, ít khe nối, ít bị nứt hơn mà niên hạn sử dụng dài, chi phí bảo dưỡng ít,

rất thích hợp để làm lớp tăng cường trên mặt đường bê tông hiện hữu hoặc làm các lớp
phủ bề mặt của kết cấu cơng trình xây dựng và cơng trình giao thơng.
Bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cốt sợi nhân tạo khi dùng làm mặt đường
sân bay có nhiều đặc điểm vượt trội là:
− Có khả năng tạo cấu trúc hạt nhỏ đặc chắc, đồng nhất cao.
− Cường độ nén cao, cường độ kéo khi uốn khá cao, tính mềm dẻo, khả năng
kháng nứt khi chịu tải trọng và bền trong môi trường.
− Tỷ lệ

N
thấp nhưng vẫn đảm bảo tính cơng tác tốt, khả năng dễ tạo hình
CKD

của hỗn hợp bê tơng cũng như q trình vận chuyển hỗn hợp bê tông dễ dàng,
không bị phân tầng tách lớp nhờ việc sử dụng phụ gia siêu dẻo có độ hoạt tính dẻo
cao, giảm lượng dùng nước lớn.


8

− Sau khi đóng rắn, bê tơng có độ ổn định thể tích, độ co ngót thấp và có khả
năng làm việc kết hợp, liên kết tốt với các vật liệu khác.
− Phương pháp thi công, chế tạo và sử dụng đa dạng: Có thể thi cơng bằng
phun bắn, bơm đổ trực tiếp hoặc sử dụng hỗn hợp khô trộn sẵn đảm bảo chất lượng
cao và kiểm soát chất lượng dễ dàng.
− Có khả năng sử dụng để thi cơng kết cấu vỏ mỏng có mật độ cốt thép dày,
các lớp mỏng và siêu mỏng khơng có cốt thép và những giải pháp mặt bằng kiến
trúc đa dạng.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn Dmax = 5mm, cường

độ nén lớn hơn 60MPa, cường độ uốn lớn, độ chảy cao sử dụng cho mặt đường sân bay
trên cơ sở nguồn nguyên vật liệu, thiết bị sẵn có và phù hợp với khí hậu của Việt Nam.
3. Cơ sở khoa học và thực tiễn
Theo [10], [16], [19] bê tông là loại vật liệu composite không đồng nhất gồm ba
thành phần pha:
− Cốt liệu (cát vàng và cốt sợi phân tán).
− Đá xi măng được tạo thành khi hồ xi măng rắn chắc.
− Vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu, cốt sợi và đá xi măng.
Sự phá huỷ bê tông dưới tác động của tải trọng sẽ bắt đầu ở bộ phận yếu nhất của
một trong ba pha trên. Do đó, cơ sở khoa học để chế tạo bê tông chất lượng cao là phải
tìm giải pháp để nâng cao chất lượng của ba thành phần pha này.
a) Cơ sở khoa học
Quá trình nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao dựa trên một số cơ sở
khoa học sau:
− Nâng cao chất lượng của bộ khung cốt liệu
Một trong những yếu tố quyết định đến các tính chất cơ lý của bê tông phải đề
cập đến là chất lượng và độ đồng nhất của bộ khung cốt liệu.
Cốt liệu phải được lựa chọn từ các loại đá có độ đặc chắc lớn, cường độ cao và
quan trọng là có độ ổn định và đồng nhất cao. Theo nhiều nghiên cứu [9], [13] để


9

nâng cao chất lượng và độ đồng nhất của bộ khung cốt liệu cần phải giảm đường
kính của cốt liệu, bê tông hạt mịn đảm bảo được yêu cầu này.
Thành phần hạt cốt liệu phải đảm bảo độ rỗng nhỏ nhất, độ đặc cao nhất, cấu
trúc hỗn hợp ổn định và có cường độ cao. Khi bộ khung cốt liệu có hình dạng hạt
cốt liệu đồng đều, hàm lượng hạt dẹt cường độ yếu ít, sẽ tạo thành cấu trúc bộ
khung cốt liệu ổn định, tạo điều kiện thuận lợi khi thi công kết cấu.
Thành phần hạt cốt liệu nhỏ sẽ cho phép thi cơng tạo hình các kết cấu có chiều

dày mỏng, các lớp mặt bao phủ mỏng trên bề mặt cơng trình.
− Nâng cao chất lượng của đá xi măng
Theo [10], cường độ của đá xi măng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Độ rỗng: Các lỗ rỗng trong đá xi măng có kích thước lớn hơn 50 μm, nhất là khi
chúng tập trung tại một khu vực sẽ có ảnh hưởng xấu đến cường độ.
+ Kích thước hạt: Nói chung, cường độ của pha tinh thể tăng lên khi giảm kích
thước hạt tinh thể. Ở đây đá xi măng được coi là vật liệu có cấu trúc tinh thể.
+ Độ đồng nhất: Trong vật liệu nhiều pha sự không đồng nhất về mặt cấu trúc là
nguyên nhân làm giảm cường độ.
Như vậy, để nâng cao cường độ của đá xi măng thì cần phải cải thiện cấu trúc của
đá xi măng bằng cách tác động vào ba yếu tố nói trên.
Việc sử dụng các loại xi măng cường độ cao, cùng với các loại phụ gia khống
hoạt tính, phụ gia siêu mịn đã góp phần làm tăng độ đặc của đá chất kết dính do các sản
phẩm thủy hóa của xi măng lấp đầy lỗ rỗng. Hàm lượng lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản
trong cấu trúc đá xi măng nhỏ, đây là cơ sở để tạo ra bê tông cường độ cao.
Cấu trúc hồ xi măng đã thủy hóa được xem như là pha đơn tinh thể tạo nên các
thuộc tính đặc, cứng và giịn của bê tông. Với cấu trúc bê tông cốt liệu hạt mịn làm giảm
khoảng cách giữa các thành phần, làm tăng cường độ của đá xi măng.
− Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu.
Trong hỗn hợp bê tơng sau khi tạo hình thường xuất hiện một lớp nước trên bề
mặt bê tơng. Đó là do các hạt cốt liệu nặng hơn có xu hướng chìm xuống đáy, cịn nước
nhẹ hơn nổi lên trên bề mặt. Hiện tượng này gọi là sự tách nước. Nước cũng có thể tụ


10

tập ở dưới các hạt cốt liệu lớn hoặc các thanh cốt thép, gây ra hiện tượng tách nước bên
trong. Kết quả là tỷ lệ

N

của hồ xi măng ở vùng chuyển tiếp cao hơn nhiều so với tỷ lệ
X

N
của hồ xi măng ở những vùng khác cách xa bề mặt cốt liệu.
X

Theo [10] trong bê tông thông dụng, vùng chuyển tiếp thường có chiều dày trong
khoảng 50 ÷ 100μm, chứa các lỗ rỗng tương đối lớn và các tinh thể lớn của sản phẩm
thuỷ hố nên có cường độ thấp hơn so với đá xi măng ở khu vực cách xa cốt liệu. Do đó
khi bê tơng chịu các tải trọng, ứng suất sinh ra sẽ làm xuất hiện những vết nứt trước tiên
ở vùng chuyển tiếp.
Khi trong vùng chuyển tiếp còn hiện diện các lỗ rỗng lớn và các vết nứt tế vi, thì
cường độ của cốt liệu sẽ khơng có tác dụng hữu ích gì đến cường độ của bê tơng, vì lúc
đó hiệu ứng truyền ứng suất giữa đá xi măng và cốt liệu rất nhỏ.
Trong cấu trúc của bê tơng chất lượng cao có tỷ lệ

N
nhỏ do sử dụng các loại phụ
X

gia giảm nước tầm cao và sử dụng phụ gia khống hoạt tính siêu mịn sẽ cải thiện cấu
trúc vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày, tăng độ đặc chắc, giảm các lỗ rỗng có hại và từ
đó làm tăng cường độ của bê tơng.
− Sử dụng sợi polypropylene nhằm mục đích nâng cao khả năng chống nứt,
tăng tính dẻo và cải thiện độ bền của bê tông
So với cốt thép liên tục, cốt sợi polypropylene có khả năng chịu kéo cịn hạn chế,
nhưng chúng lại thể hiện được nhiều ưu điểm trong một số trường hợp sau:
+ Trong các vật liệu dạng tấm mỏng vì không gian hạn chế, không thể dùng các
thanh cốt thép thơng thường. Do đó, sợi polypropylene phân tán ngẫu nhiên được sử

dụng dưới dạng vật liệu gia cường cho bê tơng là thích hợp hơn cả. Trong trường hợp
này, sợi có tác dụng tăng cường độ và tăng độ bền (độ dẻo dai) của bê tơng.
+ Vai trị của cốt sợi trong kết cấu là khống chế đường nứt, cải thiện tình hình làm
việc của kết cấu sau khi nứt gãy, tăng năng lực hấp thu năng lượng. Trong trường hợp


11

này sợi không thay thế được cốt thép thông thường, do đó khơng có tác dụng cải thiện
được cường độ.
Theo [8], quan hệ giữa tải trọng và độ võng của vật liệu bê tông cốt sợi được thể
hiện trên đồ th hỡnh 1.

P

P

Tải trọng

Tải trọng

Bê tông có hm lựơng cốt sợi cao
Bê tông có hm lợng cốt sợi thấp

Bê tông thờng

Bê tông thờng

Độ võng

Độ võng


Bờ tụng cú hm lng ct sợi cao
Bê tơng có hàm lượng cốt sợi thấp
Hình 1. Đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ võng của bê tông cốt sợi
Do cốt sợi polypropylene phân tán có rất nhiều ưu điểm nên bê tơng hạt mịn chất
lượng cao sử dụng cốt sợi polypropylene có thể chế tạo các tấm mỏng, ít khe nối, có độ
bền cao hơn mà thời gian sử dụng dài, chi phí bảo dưỡng thấp, rất thích hợp để làm các
lớp phủ tăng cường trên mặt đường bê tông hiện hữu.
b) Cơ sở thực tiễn của tác giả
Hiện nay đã có một số cơng trình khoa học nghiên cứu về chủng loại bê tông chất
lượng cao sử dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng mịn,… Tuy nhiên, các tác giả chưa
nghiên cứu tổng quát về loại bê tông hạt mịn chất lượng cao, dùng cốt sợi
polypropylene để chế tạo các kết cấu có chiều dày nhỏ, làm các lớp phủ mỏng tăng
cường trong các cơng trình mặt cầu, mặt đường ơ tơ, mặt đường sân bay.
Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo loại bê tơng hạt mịn chất lượng cao với tính công
tác tốt, cường độ nén và cường độ uốn lớn từ các loại vật liệu có sẵn ở Việt Nam dùng
trong các cơng trình mặt đường sân bay có ý nghĩa thực tiễn to lớn:
− Chế tạo kế cấu bê tơng có chiều dày mỏng dùng trong những cơng trình hạ
tầng sân - đường của Cảng hàng không như:
+ Phần kết cấu ở hai đầu của đường băng.


12

+ Vị trí giao nhau giữa đường băng và đường lăn.
+ Sân đỗ máy bay.
+ Hangar của sân bay.
+ Bề mặt kết cấu của các khu vực chịu tác dụng phụt của động cơ phản lực và tác

dụng của nhiên liệu.
− Sử dụng để chế tạo các lớp phủ tăng cường trên mặt đường băng sân bay.
− Sử dụng để duy tu, sửa chữa các hư hỏng của cơng trình.
− Sử dụng để thi công các kết cấu vỏ mỏng khơng có cốt thép thay thế cho bê
tơng lưới thép.
5. Phương pháp nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả dựa trên cơ
sở của phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam và các phương pháp phi tiêu chuẩn bao gồm:
− Xác định tính chất của cốt liệu theo TCVN 7570 : 2006 và TCVN 7572 : 2006.
− Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử HHBT và bê tông hạt mịn chất
lượng cao theo TCVN 3105: 1993.
− Xác định độ sụt của HHBT theo TCVN 3106 : 1993.
− Xác định khối lượng thể tích HHBT theo TCVN 3108 : 1993.
− Xác định độ mài mịn của bê tơng theo TCVN 3114 : 1993.
− Xác định cường độ nén của bê tông theo TCVN 3118 : 1993.
− Xác định cường độ kéo khi uốn của bê tông theo TCVN 3119 : 1993.
− Xác định mô đun đàn hồi theo TCVN 3121 : 1993.
− Xác định cường bám dính nền theo TCXD 236 : 1999.
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ các vật liệu thành phần đến tính chất của
hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả đã sử dụng phương pháp
tốn quy hoạch thực nghiệm.
Ngồi ra, tác giả cịn xây dựng mơ hình thực nghiệm phi tiêu chuẩn để đánh giá
cường độ kháng trượt của bê tơng hạt mịn chất lượng cao.
6. Những đóng góp mới
− Về lý thuyết:


13

+ Hoàn thiện thêm lý thuyết về cấu trúc loại vật liệu mới, bê tơng hạt mịn chất

lượng cao có dùng cốt sợi polypropylene, khác so với cấu trúc bê tông thường.
+ Làm phong phú thêm các kết quả về đặc điểm, tính chất của hỗn hợp bê tơng và
bê tông hạt mịn chất lượng cao đặc biệt là các tính chất của loại bê tơng này có cốt sợi
phân tán sử dụng trong các kết cấu mỏng.
− Về ứng dụng:
+ Bằng thực nghiệm, tác giả đã cho thấy có thể sử dụng lên đến 60% lượng tro
bay nhiệt điện thay cho xi măng để chế tạo bê tông chất lượng cao có cường độ nén đạt
trong khoảng 60MPa ÷ 90MPa.
+ Bằng thử nghiệm, tác giả đã xác định được cường độ kháng trượt và lực dính kết
giữa lớp bê tông cũ với lớp bê tông mới.
7. Kết cấu của tài liệu
Tài liệu được trình bày trên 98 trang giấy A4, gồm phần mở đầu và 05 chương:
Chương 1. Tổng quan về bê tông hạt mịn chất lượng cao cho mặt đường sân bay.
Chương 2. Cơ sở khoa học sử dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao cho sân bay.
Chương 3. Nghiên cứu các tính chất của vật liệu sử dụng.
Chương 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu đến tính chất bê tơng hạt mịn chất
lượng cao.
Chương 5. Nghiên cứu các tính chất và cơng nghệ chế tạo bê tông hạt mịn chất
lượng cao.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG
CAO DÙNG CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1.1. MỞ ĐẦU
Vận tải hàng không là một ngành vận tải mới và phát triển rất nhanh. Nếu tính từ
khi mở tuyến đường bay đầu tiên từ Paris ÷ London vào năm 1919 đến nay thì ngành
vận tải hàng khơng mới hơn 80 tuổi [9]. Nếu tính từ chuyến bay thương mại đầu tiên

14

xuyên Đại Tây Dương và Thái Bình Dương tiến hành năm 1945 đến nay thì các chuyến
bay hành khách quy mơ tồn cầu mới hơn nửa thế kỷ.
Tuy nhiên, do những lợi thế của vận tải hàng khơng (nhanh chóng, thuận tiện và
tương đối an toàn) nên số hành khách đi máy bay tăng rất nhanh: Theo [9] vào năm
1950 số hành khách đi máy bay là 31 triệu người trên tồn thế giới, đến năm 1998 chỉ
tính riêng số hành khách đi qua sân bay Atlanta (bang Georgia Mỹ) đã tăng lên đến 73,5
triệu người. Cùng với việc tăng số lượng hành khách, khối lượng hàng hóa vận chuyển
bằng đường không cũng tăng lên tương ứng. Khả năng vận chuyển và tốc độ của máy
bay thương mại cũng phát triển rất nhanh.
Cùng với sự phát triển của vận tải hàng không, việc xây dựng các cảng hàng
không mà trước hết là công tác xây dựng sân - đường bay cũng khơng ngừng phát triển.
Vận tải hàng khơng khơng có biên giới. Vì vậy, những yêu cầu cơ bản đối với mặt
đường của các cấp sân bay giống nhau được xây dựng để phục vụ khai thác các máy
bay hiện đại một cách an toàn đều phải theo đúng những quy định của Tổ chức Hàng
không dân dụng quốc tế (ICAO).
Trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta hiện nay, ngành vận
tải hàng không đang được chú trọng xây dựng và phát triển. Mặc dù còn nhiều khó khăn
nhưng ngành Hàng khơng dân dụng Việt Nam đã và đang khai thác nhiều loại máy bay
hiện đại như B747, B767, A320, A321,… Thị trường hàng không của nước ta đã không
ngừng mở rộng và kết nối với nhiều quốc gia trên toàn thế giới. Các cảng hàng không
Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng và một số sân bay khác đã và đang được nâng cấp, cải
tạo theo công nghệ hiện đại, đáp ứng các yêu cầu của ICAO. Xu hướng và nhu cầu phát
triển vận tải hàng không trên thế giới ngày một tăng, trong khi nhà nước ta hiện nay mới
chỉ có khỏang 10% các sân bay đã có là sử dụng được. Vì vậy, để phục vụ cho cuộc
phát triển kinh tế và củng cố quốc phịng, nhiệm vụ xây dựng các cơng trình hàng không
của chúng ta trong thế kỷ XXI là rất to lớn.

15

1.2. TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CHẤT LƯỢNG CAO
Bê tơng chất lượng cao là loại bê tơng khơng những có cường độ cao mà còn được
đặc trưng bởi sự vượt trội so với bê tơng thơng dụng về các tính năng khác như: Độ lưu
động cao hơn, mô đun đàn hồi lớn hơn, cường độ chịu uốn cao hơn, độ thấm nước thấp
hơn, khả năng chịu mài mòn lớn hơn và độ bền cao hơn. Có thể chế tạo bê tơng chất
lượng cao từ chính các ngun vật liệu dùng để chế tạo bê tông thông dụng, tức là từ xi
măng pooclăng, cát, đá dăm và nước. Sự khác nhau là ở chỗ bê tông chất lượng cao
được chế tạo với tỷ lệ nước trên xi măng (

N
) thấp hơn so với bê tông thường.
X

So với bê tông thông dụng, trong thành phần của bê tơng chất lượng cao cịn có
một cấu tử khơng thể thiếu là phụ gia siêu dẻo [12], [13], [14] được dùng để cải thiện
tính cơng tác của hỗn hợp bê tông mà không cần tăng lượng nước nhào trộn. Hơn nữa,
tỷ lệ

N
N
này rất gần với giá trị tỷ lệ
lý thuyết, cần thiết để xi măng pooclăng thuỷ
X
X

hố hồn tồn. Một thành phần khác thường sử dụng trong bê tơng chất lượng cao là
phụ gia khống hoạt tính cao, có tác dụng giảm lượng dùng xi măng, cải thiện tính cơng
tác của hỗn hợp bê tơng, tăng độ đặc chắc và độ bền của bê tông.

Ngày nay, bê tông chất lượng cao là hướng nghiên cứu chủ đạo của nhiều nước
trên thế giới. Nếu như mối quan tâm của bê tông cường độ cao là giá trị cường độ có thể
đạt được thì bê tơng chất lượng cao cần phải quan tâm đến nhiều chỉ tiêu khác như [12]:
- Dễ tạo hình và đầm chặt mà khơng bị phân tầng.
- Có các tính chất cơ học lâu dài.
- Có cường độ sớm.
- Có độ dai.
- Ổn định thể tích.
- Bền vững trong mơi trường sử dụng.
* Theo quan điểm của trường Đại học Tokyo (Nhật Bản) thì bê tơng chất lượng
cao cần thỏa mãn các u cầu:
- Dễ tạo hình .
- Hỗn hợp dẻo cao với mức độ phân tầng thấp.


16

- Khơng bị phá huỷ sớm do co ngót và do ứng suất nhiệt thấp.
- Có cường độ lâu dài và ít bị thấm.
* Theo tài liệu [10], [15] có một số nguyên tắc chế tạo bê tông chất lượng cao:
- Tăng cường độ của đá xi măng, đá chất kết dính: Bằng cách sử dụng các loại xi
măng cường độ cao, xi măng siêu mịn hoặc có thể kết hợp sử dụng các loại phụ gia
khoáng mịn để tăng cường độ của đá chất kết dính.
- Tăng cường độ của khung cốt liệu bằng cách lựa chọn các loại cốt liệu có chất
lượng tốt, thành phần hạt tối ưu và đồng thời kết hợp với việc giảm kích thước của hạt
cốt liệu nhằm mục đích đồng nhất vi cấu trúc.
- Tăng cường độ của vùng tiếp xúc nhờ việc giảm tỷ lệ

N
bằng cách dùng phụ

X

gia giảm nước tầm cao, sử dụng phụ gia siêu mịn silicafume và tro bay nhiệt điện để
tăng cường độ của vùng chuyển tiếp.
- Lựa chọn biện pháp thi công tốt.
* Theo [12], [13], [14] việc sử dụng bê tơng cường độ cao có những ưu điểm sau:
- Cường độ cao.
- Mô đun đàn hồi lớn .
- Cường độ ban đầu cao.
- Giảm được tải trọng chết của cơng trình.
- Nhanh chóng đạt được mức độ từ biến cuối cùng.
- Hiệu quả kinh tế khi sử dụng.
Từ những hiệu quả mang lại, bê tông chất lượng cao đã được ứng dụng rất rộng rãi
ở Việt Nam và các nước trên thế giới. Chúng được ưu tiên sử dụng trong các cơng trình:
Nhà cao tầng và chọc trời, cầu nhịp lớn, mặt đường cao tốc, mặt đường sân bay,…
1.3. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO
Bê tông sử dụng cốt liệu mịn (bê tông hạt mịn - BTHM) đã được nghiên cứu rất
lâu trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau.


17

Bê tơng hạt mịn (đường kính hạt Dmax ≤ 5mm) hay có thể gọi là bê tơng hạt cát đã
có lịch sử phát triển từ rất sớm. Năm 1853, kỹ sư Francois Coignet đã đưa ra loại “bê
tông đặc” cho kết cấu cột đổ tại chỗ chính là tiền thân của bê tông hạt mịn. BTHM là
một hỗn hợp không có đá bao gồm cát, tro bay, xỉ than, đất sét nung, vôi thuỷ tự nhiên
và hàm lượng nước thấp; một dãy nhà vẫn còn ở số 72 phố Charles – Michels, Sanit –
Denis phía Bắc Paris cũng được xây dựng bằng loại bê tơng này. Sau đó, hỗn hợp này
sử dụng trong nhiều cơng trình xây dựng và hệ thống thoát nước, tường chắn ở quảng
trường Trocadero ở Paris và hệ thống kênh thoát nước Vanne trong con đường qua rừng

Fontainebleau.
Theo [12], năm 1918 một thí nghiệm độc đáo đã được Nicolas De Rochefort làm
tại Saint – Peterburg (Nga). Thí nghiệm đã nghiền lẫn cát và clanhke theo tỷ lệ bằng
nhau, sau đó trộn sản phẩm này với cát theo tỷ lệ 1 (sản phẩm nghiền) và 3 (cát). Cường
độ nhận được bằng cường độ của hỗn hợp cát – xi măng rất giàu xi măng (1 xi măng và
2 cát). Thí nghiệm này cũng được giáo sư viện sĩ Rehbinder thực hiện lại như là một cơ
sở của những nghiên cứu riêng của ông về bê tông cát và cơ cấu bí ẩn của quá trính
nghiền hỗn hợp cát – clanhke.
Theo [12], ở nước Nga có lượng cát lớn nhưng hàm lượng sỏi cuội và đá tảng
khan hiếm trên diện rộng. Từ năm 1941 đã không ngừng chế tạo bê tơng có thành phần
cát và một hay hai loại chất kết dính (xi măng, vơi) như: Đường sân bay quân sự Pevec
và Arkangelsk, nút giếng dầu cạn, đường ô tô và đường cao tốc Serpukov - Toula, nhà
mái xếp, kết cấu lắp ghép ở thành phố Nadym (Siberia) hầm và tàu điện ngầm vòm
mảnh. Gần đây (2007) những nghiên cứu của trường Đại học Xây dựng Matxcơva đã đề
xuất công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn trên cơ sở cát thạch anh không dùng cốt liệu lớn
làm các blốc móng, tấm ốp lịng kênh, viên vỉa hè, bậc thềm và các chế phẩm kích
thước nhỏ khác.
Một dạng của bê tông hạt mịn là xi măng lưới thép, cịn gọi là bê tơng lưới thép có
cường độ chịu nén và chịu kéo đều cao (nhờ độ cứng tiết diện lớn nên khả năng chịu lực
cao) được dùng phổ biến trong những kết cấu không gian đan thành lưới mắt cáo có độ


18

lớn 10mm và có thể bố trí nhiều lớp lưới cốt thép trong một cấu kiện. Cỡ hạt lớn nhất
của cốt liệu không lớn hơn 3mm và hỗn hợp cần có tính cơng tác tốt.
Vữa bơm (có thể coi là bê tông hạt mịn) và việc bơm vữa dùng trong các công
nghệ chế tạo dầm cầu bê tông cốt thép dự ứng lực. Trong dầm cầu bê tông cốt thép dự
ứng lực thi cơng theo phương pháp căng sau: Bó cốt thép dự ứng lực được luồn vào các
ống gel hoặc rãnh chừa sẵn. Sau khi đã căng kéo các bó cốt thép, sẽ tiến hành bơm vữa

vào các ống gel, rãnh. Vữa bơm vào rãnh nhằm bảo vệ cốt thép khỏi bị rỉ và tạo sự kết
dính tốt của cốt thép và bê tông khi làm việc.
Bê tông cốt thép dự ứng lực là một loại kết cấu xây dựng được làm bằng 2 loại vật
liệu: Bê tông và cốt thép cường độ cao, rất khác nhau, rất xa về chỉ tiêu cơ lý. Yêu cầu
chịu lực của kết cấu đòi hỏi hai loại vật liệu này phải liên kết chặt chẽ với nhau. Các bó
thép sau khi căng kéo có bơm vữa sẽ được dính kết chặt chẽ với bê tơng. Nó khơng
những tăng thêm tính chống nứt của bê tơng mà cịn làm tăng khả năng chịu tải trọng
của kết cấu. Do đó, bơm vữa là một bước thi cơng quan trọng có liên quan mật thiết đến
tuổi thọ và năng lực chịu tải trọng của công trình.
Theo [12], bê tơng hạt mịn có nhiều đặc điểm khác với bê tơng thường như:
+ Có tổng tỷ diện tích cốt liệu cao nên thể tích rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn. Do
đó, cần tăng hàm lượng hồ xi măng trong hỗn hợp so với bê tông thường.
+ Có độ rỗng cấu tạo nhỏ và có sự phân bố đều đặn của các hạt cốt liệu do đó
giảm được ứng suất tập trung tại chỗ tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu.
Tuy nhiên, việc chế tạo bê tông hạt mịn chỉ sử dụng cát làm cốt liệu trước đây gặp
nhiều khó khăn do độ rỗng của hỗn hợp chỉ thuần tuý cát sẽ lớn, bề mặt riêng của cốt
liệu (cát) cũng sẽ tăng lên cần phải tăng lượng dùng xi măng để lấp đầy các lỗ rỗng, bao
bọc các hạt cốt liệu để tăng cường độ và độ lưu động của hỗn hợp bê tơng. Ngồi ra,
loại bê tông này cũng cần lượng nước nhiều hơn để đạt độ lưu động cần thiết - việc này
sẽ làm tăng độ rỗng của bê tông. Việc tăng nước và xi măng cũng dẫn tới việc tăng độ
co ngót của bê tông.
Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật nhiều loại vật liệu, phụ gia, công
nghệ mới được áp dụng rất hiệu quả cho bê tông. Việc thêm vào bê tông cốt liệu nhỏ
chất độn mịn và phụ gia siêu dẻo đã cho phép giảm đến mức tối thiểu lượng nước và xi


19

măng đồng thời làm hạn chế đến mức tối đa sự co ngót. Với sự khắc phục hiệu quả này
đã xuất hiện nhiều loại bê tông hạt mịn chất lượng cao có những ưu điểm sau đây:

+ Có khả năng tạo ra cấu trúc hạt nhỏ đồng nhất chất lượng cao.
+ Nâng cao hiệu quả biến đổi vật liệu bằng các phụ gia hố học và phụ gia
khống.
+ Tính xúc biến cao có khả năng biến đổi hỗn hợp bê tơng.
+ Tính cơng nghệ cao, có khả năng tạo hình các kết cấu bằng phương pháp rót,
dập khn, ép đùn, phun vẩy,…
+ Hỗn hợp không bị phân tầng, tách nước trong quá trình vận chuyển và sử dụng.
+ Sau khi đóng rắn, bê tơng có độ co ngót thấp, ổn định thể tích.
+ Bê tơng có cường độ cao, liên kết tốt với bê tông cũ hay cốt thép.
+ Dễ vận chuyển, trong đó kể cả vận chuyển trong đường ống.
+ Có khả năng sử dụng rộng rãi hỗn hợp khơ đảm bảo chất lượng cao.
+ Có khả năng thu được những vật liệu có những tổ hợp tính chất đa dạng.
+ Có khả năng thu được những giải pháp mặt bằng - kiến trúc mới: kết cấu vách
và lớp mỏng, các kết cấu hỗn hợp từ nhiều vật liệu khác nhau,…
Bê tông bột mịn (Reactive powder concrete - RPC) là một dạng mới của bê tông
hạt mịn chất lượng cao (Ultra high performance concrete). Thành phần phổ biến của bê
tông bột mịn gồm: Bột cát thạch anh rất mịn, xi măng, silicafume, nước, phụ gia siêu
dẻo, cốt sợi phân tán được nhào trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định trong đó tỷ lệ

N
rất
X

thấp (khoảng 0,2). Sản phẩm bê tơng bột mịn có thể được chưng hấp ở nhiệt độ cao và
độ ẩm lớn hoặc dưỡng hộ tự nhiên thường có cường độ nén cực cao (> 150 MPa),
cường độ uốn khá cao (20 ÷ 50MPa), đặc tính mềm dẻo cao. Việc nghiên cứu RPC ban
đầu ở phịng thí nghiệm Bouygues của Pháp trong những năm 1990. Nhưng việc ứng
dụng RPC đầu tiên được công nhận là sản phẩm của Richard và Cheyrezy (Canada).
Sản phẩm của nhóm nghiên cứu là ứng dụng RPC chế tạo cầu bê tông hạt mịn dự ứng
lực đúc sẵn cho người đi bộ ở Sherbrooke, Quebec – Canada năm 1997.

20

Một ứng dụng rất to lớn của bê tông hạt mịn chất lượng cao có dùng cốt sợi đó là
chế tạo các lớp phủ tăng cường có chiều dày rất nhỏ (Thin and Ultra thin Whitetopping)
trên mặt đường cao tốc, trên cầu hoặt trên mặt đường sân bay.
1.4. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO DÙNG
CHO MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY
1.4.1. Giới thiệu sân bay và đường băng sân bay
Theo tài liệu [9] có thể chia thành ba loại sân bay khác nhau đó là:
− Sân bay dân dụng được sử dụng cho các hoạt động vận tải, dịch vụ hàng
không hoặc du lịch. Các sân bay dân dụng phục vụ cho vận tải hàng không được gọi
là cảng hàng khơng.
− Sân bay qn sự là vị trí cất – hạ cánh của các phi đội máy bay chiến đấu
hoặc khi cần để tập hợp lại các phi đội máy bay chiến đấu. Vì vậy, chúng khơng
được sử dụng thường xuyên.
− Sân bay kỹ thuật thường ở ngay tại các nhà máy chế tạo hoặc sửa chữa máy
bay và là sân bay thí nghiệm cho các máy bay bay thử.
Sự phân biệt giữa ba loại sân bay này khơng phải ln rõ ràng, bởi vì trong thực tế
một sân bay thường đảm nhiệm nhiều chức năng.
Bộ phận chính của cảng hàng khơng đó là sân – đường, nơi dành cho máy bay cất
cánh, hạ cánh, lăn bánh và có cả chỗ đỗ máy bay, phục vụ máy bay. Các bộ phận chính
của sân – đường bay bao gồm: đường băng, đường lăn, sân đỗ và các dải bảo hiểm.
Theo [9], đường băng là bộ phận sử dụng để cất – hạ cánh trong sân bay. Trên các
sân bay có số lần cất – hạ cánh máy bay lớn thì u cầu phải làm đường băng có bề mặt
cứng chắc, có khả năng tiếp nhận tốt tải trọng của bánh máy bay.
Mặt đường băng phải có độ dốc ngang bảo đảm thoát nước tốt. Hai bên đường
băng phải bố trí hệ thống thốt nước để nước thốt ra khỏi khu vực bay. Mặt cắt dọc của
đường băng phải đảm bảo tầm nhìn và độ bằng phẳng theo yêu cầu của chun mơn,

những chỗ đổi dốc phải bố trí đường cong đứng.


21

Theo thống kê, ở các nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam thường có hai loại
vật liệu chính thường để dùng làm mặt đường sân bay đó là: Bê tông xi măng được
dùng làm mặt đường cứng và vật liệu bê tơng át phan rải nóng làm mặt đường mềm.
Lớp bê tông xi măng (Portland cement Concret - PCC) được đổ lên trên kết cấu
mặt đường bê tông át phan rải nóng (hot mix asphalt - HMA) được gọi là bê tông lớp
phủ mặt đường (whitetopping). Theo [25], lớp phủ này có độ bền trên 80 năm và được
chia thành 3 loại chính:
− Lớp phủ thơng thường: Đây là một lớp bê tơng rải mỏng có chiều dày
khoảng 200 mm hoặc lớn hơn tùy thuộc vào thiết kế và lực liên kết giữa lớp PCC và
lớp HMA bên dưới.
− Lớp phủ mỏng (Thin whitetopping - TWT) có chiều dày từ 100 ÷ 200 mm.
− Lớp phủ siêu mỏng (Ultra thin whitetopping - UTW) có chiều dày nhỏ hơn
100 mm. Lớp phủ này có yêu cầu phải liên kết tốt với lớp bê tông át phan bên dưới.
Lớp bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng để chế tạo các lớp phủ mỏng, được sử
dụng trong nhiều cơng trình như:
+ Chế tạo các bộ phận hạ tầng của sân – đường bay, bao gồm: Đường băng,
đường lăn, sân đỗ máy bay và các dải bảo hiểm.
+ Làm lớp mặt đối với các loại mặt đường ô tô, bãi đỗ và sân bay.
+ Lớp mặt tăng cường cho các loại mặt đường đã hết tuổi thọ như: Mặt đường bê
tông át phan, mặt đường bê tông xi măng.
1.4.2. Các ưu điểm khi sử dụng bê tông hạt mịn làm lớp phủ mỏng
Theo [25], [29] khi sử dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao làm lớp phủ mỏng có
các ưu điểm chính sau:
− Tuổi thọ tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông át phan. Tuỳ theo cấp
hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt

đường bê tông xi măng (BTXM) được lấy vào khoảng 20 ÷ 50 năm, Trung Quốc
lấy 45 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự kiến khi
thiết kế có thể đạt đến 80 năm [25]


22

− Cường độ mặt đường BTXM cao và không thay đổi theo nhiệt độ như mặt
đường nhựa, thích hợp với tất cả các loại xe, ổn định cường độ đối với điều kiện độ
ẩm cao và nhiệt độ lớn, cường độ khơng những khơng bị giảm mà có giai đoạn cịn
tăng theo thời gian (khơng bị hiện tượng lão hố như mặt đường bê tơng át phan).
− Có khả năng chống bào mòn, ma sát giữa giữa bề mặt bánh xe với mặt
đường bê tông xi măng cao hơn nhiều so với mặt đường bê tông nhựa, đặc biệt là
khi thời tiết mưa ẩm.
− Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp.
Do thời gian sử dụng tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp nên tổng giá
thành xây dựng và khai thác của mặt đường bê tông xi măng thấp hơn so với mặt đường
bê tông át phan.
1.4.3. Nhược điểm của lớp phủ mỏng bê tông hạt mịn chất lượng cao
− Bề mặt lớp phủ thông thường tồn tại các khe nối, vừa làm phức tạp thêm cho
việc thi công và duy tu, bảo dưỡng, vừa tốn kém, lại vừa ảnh hưởng đến chất lượng
vận hành, khai thác. Khe nối lại là chỗ yếu nhất của mặt đường BTXM, khiến cho
chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm.
− Móng đường BTXM yêu cầu có độ bằng phẳng cao, chất lượng đồng đều và
liên tục. Không được xây dựng mặt đường BTXM trên nền đường có cốt cịn tiếp
tục lún như đi qua vùng đất yếu.
− Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và
đường cao tốc địi hỏi phải có thiết bị thi cơng đồng bộ, hiện đại và quy trình cơng
nghệ thi cơng chặt chẽ.
− Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM thường cao hơn so với

các loại mặt đường khác.
1.4.4. Các đặc điểm của mặt đường sân bay và mặt đường ô tô
Mạng lưới đường ô tô của mỗi nước có những quy định riêng về trọng lượng của
trục bánh thiết kế, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, xã hội và điều kiện tự nhên của mỗi
nước. Theo [22] tải trọng trục bánh thiết kế của nước ta là 100kN (hoặc một bánh kép
50kN) với áp lực hơi trong bánh xe là 0,65MPa.


23

Với sân bay, do việc vận tải hàng không không có biên giới, hệ thống sân - đường
của sân bay phải tuân thủ các quy định của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế
(ICAO). Tải trọng trên một càng bánh máy bay có thể lớn hơn 900kN (máy bay Boeing
747) với áp lực hơi trong bánh 1,25MPa (có thể lên đến 1,5 hoặc 1,6 MPa).
Tốc độ lớn nhất của ô tô vận tải trên tất cả các loại mặt đường ôtô của các nước
thường không quá 60km/h. Trên sân bay, tốc độ của máy bay lại phụ thuộc vào kết cấu
của bộ phận sân - đường: Mặt đường băng có chất lượng cao thì cho phép các máy bay
cất – hạ cánh với tốc độ lớn và số lần cất – hạ cánh cũng tăng lên. Vì vậy, phải tiêu
chuẩn hóa việc thiết kế và khai thác mặt đường sân bay theo các quy định của ICAO.
Do tải trọng thẳng đứng của bánh máy bay rất lớn nên chiều dày mặt đường sân
bay thường lớn hơn nhiều so với chiều dày mặt đường ôtô. Tải trọng ngang tác dụng
trên mặt đường sân bay cũng lớn hơn rất nhiều so với trên đường ơtơ. Vì vậy, nếu thi
cơng lớp dính bám trong kết cấu mặt đường mềm sân bay không tốt thì thường xuất
hiện sự trượt của lớp mặt trên lớp móng tại các khu vực chịu các tải trọng lớn và các
đoạn đường hãm phanh.
Từ đó, với kết cấu mặt đường mềm của đường ô tô cấp cao người ta thường làm
thành làn xe riêng cho các loại xe tải vì có nguy cơ hình thành vệt lún bánh xe trên làn
xe này. Trong sân bay, nguy cơ này chỉ xuất hiện trên đường lăn, vì máy bay lăn với tốc
độ thấp và vệt bánh luôn tác dụng qua cùng một chỗ.
Theo [9], [22] để chịu được tác dụng của các tải trọng lớn và các ứng suất tiếp lớn

của bánh máy bay, người ta thường dùng vật liệu bê tông xi măng chất lượng cao để
làm các kết cấu mặt đường cứng của sân bay, hoặc có thể dùng chúng để làm mặt
đường cứng ở hai đầu đường băng tại các sân bay quân sự vì phải chịu tác dụng nhiệt
của các động cơ phản lực.
1.4.5. Các yêu cầu khi sử dụng bê tông làm lớp mặt đường sân bay
Theo các tài liệu [9], [22], khi sử dụng bê tông xi măng làm lớp phủ mặt đường
sân bay cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
− Bảo đảm cho máy bay lăn bánh an toàn và thuận lợi. Chức năng này đòi hỏi
lớp mặt phải bảo đảm được các yêu cầu về cường độ và độ ổn định dưới tác dụng
của tải trọng cũng như phải thoả mãn các yêu cầu về độ nhám và độ bằng phẳng.


24

− Bảo vệ nền móng dưới tác dụng của nước và độ ẩm. Yêu cầu này đòi hỏi lớp
mặt phải khơng thấm nước và phải có một chiều dày tối thiểu bảo đảm không xuất
hiện đường nứt dưới tác dụng của tải trọng hoặc do sự truyền nứt từ lớp móng cứng.
− Yêu cầu về cường độ, chống hiện tượng hình thành các vệt lún bánh xe và
hiện tượng mỏi: Do tần suất tác dụng của máy bay tại một vị trí nhỏ hơn nhiều so
với đường ơ tơ nên yêu cầu chỉ tiêu này không khắt khe như với mặt đường ô tô.
Tuy nhiên, mặt đường sân bay chịu tải trọng lớn hơn nên phải sử dụng hỗn hợp bê
tơng nhựa có độ dãn dài khi phá hoại cao hơn so với bê tông nhựa của đường ô tô.
− Yêu cầu về độ nhám: Do số lần hạ cánh của sân bay không lớn nên yêu cầu
đối với độ nhám không cao như đối với mặt đường ô tô, vì bánh máy bay ít làm hao
mịn và trơn nhẵn cốt liệu. Độ nhám (độ bám giữa bánh máy bay và mặt đường) của
mặt đường khô và sạch thường là phù hợp với yêu cầu. Tuy nhiên, khi mặt đường bị
ướt thì thường khơng đủ độ nhám và mặt đường trở nên trơn trượt.
Vì vậy, khi xây dựng và khai thác mặt đường sân bay cần đặc biệt chú ý đến độ
nhám khi mặt đường ẩm ướt. Để vận hành an toàn, mặt đường sân bay phải đủ độ bám
để hãm phanh khi máy bay hạ cánh (hoặc hãm phanh trong trường hợp việc cất cánh bị

gián đoạn vì lý do kỹ thuật) và để quay bánh khi máy bay tiếp đất lúc hạ cánh.
Do đó, để đạt được độ nhám vĩ mô trên mặt đường bê tông xi măng cần phải xẻ
rãnh tạo nhám. Ở mặt đường sân bay vai trị của độ nhám vi mơ khơng rõ ràng.
− Tính khơng thấm nước: Nước làm giảm sức chịu tải của kết cấu mặt đường.
Do điều kiện thoát nước của mặt đường sân bay khó khăn hơn so với mặt đường ơ
tơ (khoảng cách thốt nước xa, thời gian thốt nước mặt trên đường băng lâu) làm
cho tính khơng thấm nước trở thành một yêu cầu chính đối với mặt đường sân bay
đó là điểm ưu tiên để bảo đảm chất lượng. Muốn vậy, hỗn hợp bê tông nhựa phải có
độ chặt và độ dễ thi cơng cao.
− Độ bằng phẳng: Theo [9] kiến nghị của Tổ chức Hàng không dân dụng quốc
tế (ICAO) thì bề mặt đường băng khơng được gồ ghề làm giảm hiệu quả của việc
hãm phanh hoặc có hại cho việc cất cánh và hạ cánh của máy bay. Trên đường lăn