Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước, ứng dụng trong công trình giao thông

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:193

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước trên cơ sở nguyên vật liệu sẵn có tại Việt Nam; nghiên cứu các quy luật khoa học về sự ảnh hưởng của chất kết dính, độ rỗng, phân bố lỗ rỗng tới một số tính chất của bê tông rỗng thoát nước; nghiên cứu ứng dụng bê tông rỗng thoát nước làm một số kết cấu trong công trình giao thông, làm lớp áo mặt đường giao thông cấp IV, bãi đỗ xe, đường đi bộ. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước, ứng dụng trong công trình giao thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Văn Đồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã ngành: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Nguyễn Văn Đồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC, ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã ngành: 9520309 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Phạm Hữu Hanh 2. PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn Hà Nội – Năm 2021
LỜI NÓI ĐẦU Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Phạm Hữu Hanh và PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Ðại học Xây dựng Hà Nội, Khoa Vật liệu xây dựng, Khoa Sau đại học, Phòng Khoa học và Công nghệ, Phòng thí nghiệm và nghiên cứu vật liệu xây dựng, Bộ môn Vật liệu xây dựng, Bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng, Bộ môn Hóa học đã hỗ trợ, giúp đỡ trong thời gian qua. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ Tài nguyên và môi trường, Công ty Cổ Phần Bê tông Sông đà Việt Đức đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thử nghiệm các kết quả nghiên cứu của luận án. Xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, khích lệ tôi hoàn thành luận án này. Ðặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tôi đã luôn sát cánh, giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Tác giả luận án
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác trước đây. Tác giả luận án
i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT .............................................v DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................ ix MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................1 2. Mục đích nội dung nghiên cứu........................................................................3 3. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu...................................................3 4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................4 5. Cơ sở khoa học ................................................................................................4 6. Đóng góp mới của luận án ..............................................................................5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC .................7 1.1. Khái niệm về BTRTN ......................................................................................7 1.2. Nguyên vật liệu sử dụng ..................................................................................8 1.3. Tính chất kỹ thuật của HHBT và BTRTN .....................................................10 1.3.1. Tính công tác của hỗn hợp BTRTN ........................................................10 1.3.2. Co ngót của BTRTN ...............................................................................11 1.3.3. Khối lượng thể tích của BTRTN .............................................................12 1.3.4. Độ rỗng của BTRTN ...............................................................................12 1.3.5. Cường độ nén của BTRTN .....................................................................13 1.3.6. Cường độ kéo uốn của BTRTN ..............................................................14 1.3.7. Tính thoát nước của BTRTN ..................................................................14 1.3.8. Khả năng chống mài mòn của BTRTN ...................................................14 1.3.9. Độ bền băng giá của BTRTN .................................................................15 1.3.10. Khả năng chống ăn mòn của BTRTN ...................................................16 1.4. Ưu nhược điểm của BTRTN ..........................................................................17 1.4.1. Ưu điểm của BTRTN ..............................................................................17 1.4.2. Nhược điểm của BTRTN ........................................................................20 1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTRTN ..................................................22
ii 1.5.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTRTN trên thế giới.......................22 1.5.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTRTN tại Việt Nam .....................28 1.6. Những vấn đề cần nghiên cứu ........................................................................29 1.6.1. Lựa chọn phụ gia khoáng cho BTRTN ...................................................29 1.6.2. Ảnh hưởng của hồ chất kết dính đến các tính chất của BTRTN ............36 1.6.3. Ảnh hưởng của cốt liệu ...........................................................................37 1.6.4. Thiết kế thành phần BTRTN ...................................................................38 1.6.5. Phân tích cấu trúc rỗng của BTRTN .......................................................40 1.7. Định hướng của luận án .................................................................................41 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CHẾ TẠO BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC .......................................................................................................................42 2.1. Cơ sở hình thành lỗ rỗng trong BTRTN ...................................................42 2.2. Cơ sở hình thành cường độ trong BTRTN................................................48 2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của BTRTN ................................49 2.2.2. Cơ sở nâng cao cường độ BTRTN ........................................................55 2.3. Cơ sở ứng dụng BTRTN trong công trình giao thông ..............................60 2.3.1. Sự làm việc của mặt đường bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng và các yếu tố tự nhiên ........................................................................................60 2.3.2. Yêu cầu của BTRTN ứng dụng trong công trình giao thông ..................62 CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....63 3.1. Vật liệu sử dụng ........................................................................................63 3.1.1. Xi măng .................................................................................................63 3.1.2. Cốt liệu lớn ............................................................................................63 3.1.3. Cốt liệu nhỏ ...........................................................................................64 3.1.4. Tro bay ..................................................................................................64 3.1.5. Silica fume ............................................................................................67 3.1.6. Phụ gia hóa học .....................................................................................68 3.1.7. Nước ......................................................................................................68 3.2. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................69
iii 3.2.1. Phương pháp tiêu chuẩn ........................................................................69 3.2.2. Phương pháp phi tiêu chuẩn ....................................................................75 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..............................................................81 4.1. Nghiên cứu và lựa chọn chất kết dính dùng cho BTRTN ..............................81 4.1.1. Cấp phối CKD .........................................................................................81 4.1.2. Ảnh hưởng của phụ gia đến độ nhớt của hồ CKD ..................................82 4.1.3. Ảnh hưởng của phụ gia đến cường độ nén của đá CKD.........................86 4.2. Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước .................................................88 4.2.1. Thiết kế thành phần cấp phối BTRTN điển hình (D5C0/20)..................88 4.2.2. Ảnh hưởng của độ nhớt hồ CKD đến chiều dày tối đa của hồ CKD trong BTRTN ..............................................................................................................90 4.2.3. Ảnh hưởng của độ nhớt hồ CKD tới sự phân bố độ rỗng theo hướng tạo hình của BTRTN ...............................................................................................93 4.2.4. Ảnh hưởng của cường độ nén đá CKD đến cường độ nén BTRTN .......99 4.2.5. Ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ tới các tính chất của BTRTN ...................103 CHƯƠNG 5. THỬ NGHIỆM BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC TRONG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ...........................................................................130 5.1. Lựa chọn kết cấu đường sử dụng BTRTN ...................................................132 5.1.1. Kết cấu đường sử dụng BTRTN làm lớp áo mặt đường .......................132 5.1.2. Kết cấu đường sử dụng gạch block BTRTN .........................................132 5.2. Cấp phối thử nghiệm ....................................................................................133 5.3. Quy trình thi công BTRTN ..........................................................................134 5.3.1. Quy trình trộn BTRTN tại nhà máy ......................................................134 5.3.2. Quy trình chế tạo gạch block BTRTN ..................................................134 5.3.3. Quy trình thi công BTRTN đổ tại chỗ làm lớp áo mặt đường .............135 5.4. Kiểm tra một số tính chất của BTRTN tại hiện trường................................137 5.4.1. Xác định tính công tác của hỗn hợp bê tông bằng kinh nghiệm ...........137 5.4.3. Xác định hệ số thoát nước ngoài hiện trường .......................................139 KẾT LUẬN ............................................................................................................143
iv DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................................145 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................146 PHỤ LỤC ............................................................................................................. PL1 Phụ lục 1. Tính toán cấp phối điển hình D5C0/20 ............................................. PL1 Phụ lục 2. Kết cấu đường sử dụng bê tông rỗng thoát nước .............................. PL3 Phụ lục 3. Tính toán khả năng chịu tải của lớp áo mặt đường từ BTRTN ........ PL9 Phụ lục 4. Kết quả thí nghiệm .......................................................................... PL12 Phụ lục 5. Hình ảnh thí nghiệm thực tế ............................................................ PL18
v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT TT KÝ HIỆU Ý NGHĨA 1 𝛿𝑚𝑎𝑥 Chiều dày tối đa của hồ chất kết dính bọc xung quanh bề mặt hạt cốt liệu lớn 2 𝜌𝐶𝐾𝐷 Khối lượng riêng của hỗn hợp chất kết dính 3 𝜌𝑁 Khối lượng riêng của nước 4 𝜌𝑃𝐺 Khối lượng riêng của phụ gia 5 𝜌𝑋 Khối lượng riêng của xi măng 6 𝜌𝑣𝑐𝑐 Khối lượng thể tích chọc chặt của hỗn hợp cốt liệu 7 C Cát 8 CL/X Tỷ lệ cốt liệu/xi măng theo khối lượng 9 đ Độ đặc 10 Kt Hệ số thoát nước 11 MCL Khối lượng của cốt liệu lớn trong bê tông 12 N Nước 13 N/CKD Tỷ lệ nước trên chất kết dính theo khối lượng 14 N/X Tỷ lệ nước trên xi măng theo khối lượng 15 r Độ rỗng 16 Rku Cường độ kéo khi uốn của bê tông 17 Rn Cường độ nén của bê tông 18 T Cường độ ép chẻ của bê tông 19 VBT Thể tích hỗn hợp bê tông 20 VCL Thể tích đặc của cốt liệu trong bê tông 21 VH Thể tích hồ 22 Vr Thể tích rỗng trong bê tông 23 X Xi măng 24 ACI Viện bê tông Hoa kỳ (American Concrete Institute) 25 ASTM Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Hoa kỳ (American Society for Testing and Materials) 26 BTRTN Bê tông rỗng thoát nước
vi TT KÝ HIỆU Ý NGHĨA 27 CCP Sản phẩm đốt than (Coal combustion product) 28 CH Canxi hydroxit 29 CKD Chất kết dính 30 CL Cốt liệu 31 CLL Cốt liệu lớn 32 CLN Cốt liệu nhỏ 33 CSH mCaO.nSiO2.pH2O (Hydrosilicat canxi) 34 EPA Cơ quan bảo vệ môi trường của Hoa Kỳ (United States Environmental Protection Agency) 35 FA Tro bay (Fly ash) 36 GBFS Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn (Ground Blast Furnace Slag) 37 HHBT Hỗn hợp bê tông 38 ITZ Vùng chuyển tiếp/tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu (Interfacial Transition Zone) 39 KLTT Khối lượng thể tích 40 LEED Dẫn đầu trong thiết kế Môi trường và Năng lượng (Leadership in Energy and Environmental Design) 41 MK Mêta cao lanh 42 MKN Mất khi nung 43 PC Xi măng poóc lăng (Portland cement) 44 PCB Xi măng poóc lăng hỗn hợp (Portland cement blended) 45 PGK Phụ gia khoáng 46 PGSD Phụ gia siêu dẻo 47 RHA Tro trấu (Rice Husk Ash) 48 SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) 49 SF Silica fume 50 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 51 XRD Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng dùng vật liệu thông dụng với BTRTN [11, 104] .............................8 Bảng 1.2 Tổng hợp các phương pháp thiết kế ..........................................................38 Bảng 2.1 Độ rỗng của hỗn hợp hạt phụ thuộc vào số điểm tiếp xúc ........................43 Bảng 2.2 Số điểm tiếp xúc và độ rỗng các cụm hình cầu sắp xếp............................44 Bảng 2.3 So sánh độ rỗng của sự sắp xếp liên tục và gián đoạn ..............................47 Bảng 2.4 Độ rỗng của hỗn hợp hạt phụ thuộc vào số cấp phối hạt ..........................48 Bảng 2.5 Một số quy định của lớp áo mặt đường bằng bê tông xi măng [7] ...........62 Bảng 3.1 Tính chất cơ lý xi măng PC40 Bút Sơn.....................................................63 Bảng 3.2 Tính chất cơ lý của cốt liệu lớn .................................................................64 Bảng 3.3 Tính chất cơ lý của cốt liệu nhỏ ................................................................64 Bảng 3.4 Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ ...............................................................64 Bảng 3.5 Thành phần hóa học của Tro bay Phả Lại .................................................65 Bảng 3.6 Tính chất của tro bay Phả Lại ...................................................................65 Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của phụ gia SF .............................67 Bảng 3.8 Các giá trị b/b0 [107] ...............................................................................72 Bảng 4.1 Cấp phối hỗn hợp CKD .............................................................................82 Bảng 4.2 Kết quả xác định chiều dày tối đa của hồ CKD trong BTRTN khi sử dụng CLL cỡ hạt (5-10) mm ..............................................................................................90 Bảng 4.3 Kết quả xác định chiều dày tối đa của hồ CKD trong BTRTN khi sử dụng CLL cỡ hạt (10-20) mm ............................................................................................91 Bảng 4.4 Đặc điểm của hồ CKD ..............................................................................94 Bảng 4.5 Cấp phối ứng với các độ nhớt của hồ CKD ..............................................95 Bảng 4.6 Kết quả xác định cường độ nén của BTRTN ..........................................100 Bảng 4.7 Quy ước ký hiệu cấp phối .......................................................................104 Bảng 4.8 Cấp phối BTRTN sử dụng CLN .............................................................104 Bảng 4.9 Mức giảm độ rỗng khi CLN ....................................................................109 Bảng 4.10 Phương sai trung bình của phân bố độ rỗng theo chiều cao .................110 Bảng 4.11 Kích thước trung bình của lỗ rỗng với độ rỗng thiết kế 20% ...............115
viii Bảng 4.12 Ảnh hưởng của CLN đến cường độ nén và hệ số thoát nước ...............126 Bảng 5.1 Một số quy định của lớp áo mặt đường bằng bê tông xi măng [7] ........130 Bảng 5.2 Cấp phối sử dụng thử nghiệm .................................................................133 Bảng 5.3 Kết quả kiểm tra tính chất bề mặt ...........................................................139 Bảng 5.4 Kết quả kiểm tra hệ số thoát nước tại hiện trường ..................................141 Bảng 5.5 Kết quả kiểm tra cường độ nén tại hiện trường ......................................142
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mẫu BTRTN ................................................................................................7 Hình 1.2 Kiểm tra tính công tác hỗn hợp BTRTN bằng trực quan [8, 104] ...........10 Hình 1.3 Độ co của BTRTN [42] .............................................................................11 Hình 1.4 Các loại lỗ rỗng trong BTRTN [8] ............................................................13 Hình 1.5 Quan hệ giữa độ rỗng với hệ số thoát nước của BTRTN [103] ................14 Hình 1.6 Xác định độ mài mòn bề mặt theo ASTM C944 .......................................15 Hình 1.7 Thử độ bền băng giá của BTRTN [76]......................................................16 Hình 1.8 Block BTRTN ở hồ Eacham (Northern Queensland) [30]........................16 Hình 1.9 Hiện tượng tự giải nhiệt [2] .......................................................................18 Hình 1.10 Hiện tượng thấm nước mưa ứng với các bề mặt .....................................19 Hình 1.11 Bề mặt bê tông bị tắc nghẽn ....................................................................21 Hình 1.12 Mô hình BTRTN có độ rỗng 20% [77] ...................................................21 Hình 1.13 Thiết lập thử nghiệm kiểm tra tắc nghẽn [77] ........................................22 Hình 1.14 Một số ứng dụng của bê tông rỗng thoát nước [8, 104] ..........................24 Hình 1.15 Kết cấu bê tông thoát nước theo mô hình bang Georgia [74] .................26 Hình 1.16 Kết cấu bê tông thoát nước theo mô hình bang Florida [74] ..................27 Hình 1.17 Một số dạng kết cấu bê tông thoát nước trong thực tế [74] ....................27 Hình 1.18 Bãi đỗ xe BigC Bình Dương ứng dụng BTRTN .....................................28 Hình 2.1 Các kiểu sắp xếp của hỗn hợp đơn hạt ......................................................42 Hình 2.2 Các kiểu sắp xếp của hạt và góc hình thành giữa các đoạn nối tâm .........43 Hình 2.3 Sự phụ thuộc đỗ rỗng của hỗn hợp hạt vào số điểm tiếp xúc....................44 Hình 2.4 Minh họa các hệ có số cấp hạt khác nhau .................................................45 Hình 2.5 Mô hình phối hợp đơn cấp hạt và hai cấp hạt ...........................................45 Hình 2.6 Sự sắp xếp cốt liệu và CKD trong BTRTN ...............................................49 Hình 2.7 Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của BTRTN [11] ..............................................................................................................50 Hình 2.8 Quan hệ giữa cường độ nén của BTRTN và độ rỗng [75] ........................51 Hình 2.9 Quan hệ giữa cường độ nén của BTRTN và KLTT [75] ..........................51 Hình 2.10 Ảnh hưởng của lượng hồ CKD đến cấu trúc BTRTN .............................52
x Hình 2.11 Ảnh hưởng của X/N và phương pháp đầm đến độ rỗng của BTRTN [75] ...................................................................................................................................53 Hình 2.12 Bề mặt BTRTN khi sử dụng kích thước cốt liệu khác nhau ...................55 Hình 2.13 Lỗ rỗng xuất hiện trong lớp hồ xi măng ..................................................56 Hình 2.14 Hình ảnh SEM cấu trúc điển hình của vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng với cốt liệu ở tuổi 28 ngày [102] .....................................................................58 Hình 2.15 Sơ đồ cấu tạo mặt đường BTXM thông thường có khe nối ....................60 Hình 3.1 Kết quả chụp SEM tro bay ........................................................................65 Hình 3.2 Thành phần hạt của tro bay Phả Lại ..........................................................66 Hình 3.3 Biểu đồ phân tích rơnghen của tro bay Phả Lại ........................................66 Hình 3.4 Kết quả chụp SEM của Silica fume...........................................................67 Hình 3.5 Biểu đồ phân tích rơnghen của Silica fume...............................................68 Hình 3.6 Thành phần hạt của Silica fume ................................................................68 Hình 3.7 Sơ đồ và thiết bị thí nghiệm côn Marsh đo độ nhớt ..................................69 Hình 3.8 Độ rỗng tối thiểu để đạt Hệ số thoát nước dựa trên phương pháp thử của Hiệp hội Cốt liệu Hoa Kỳ và Hiệp hội Bê tông thương phẩm Hoa kỳ [107] ...........71 Hình 3.9 Liên hệ giữa thể tích hồ xi măng và độ rỗng của cốt liệu có cấp phối hạt theo đường số 8 [107] ...............................................................................................71 Hình 3.10 Liên hệ giữa độ rỗng và cường độ nén tuổi 28 ngày của bê tông [107].73 Hình 3.11 Thí nghiệm xác định độ rỗng của BTRTN ..............................................73 Hình 3.12 Mô hình thiết bị đo độ nhớt của hồ xi măng với nhớt kế kiểu rung V-10 (Vibro viscometer) ....................................................................................................76 Hình 3.13 Quá trình xác định lượng hồ CKD dư .....................................................77 Hình 3.14 Quy trình trộn hỗn hợp BTRTN ..............................................................77 Hình 3.15 Khuôn trụ và dụng cụ đầm khi tạo hình ..................................................78 Hình 3.16 Sơ đồ và dụng cụ xác định hệ số thoát nước ...........................................79 Hình 3.17 Quy trình xác định cấu trúc rỗng bằng phân tích hình ảnh .....................80 Hình 4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng SF đến độ nhớt của hồ CKD .........................82 Hình 4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến độ nhớt của hồ CKD .........................83 Hình 4.3 Hồ chất kết dính có độ nhớt khác nhau .....................................................84 Hình 4.4 Ảnh hưởng của hỗn hợp PGK FA và SF đến độ nhớt của hồ CKD .........85
xi Hình 4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng SF đến cường độ nén của đá CKD ...............86 Hình 4.6 Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến cường độ nén của đá CKD ...............87 Hình 4.7 Ảnh huởng của hỗn hợp PGK đến cường độ nén của đá CKD .................87 Hình 4.8 Ảnh hưởng của độ nhớt tới chiều dày lớn nhất của màng hồ CKD ..........91 Hình 4.9 HHBT sau khi trộn ....................................................................................92 Hình 4.10 Quan hệ giữa số lượng mặt cắt và độ rỗng của mẫu bằng phương pháp phân tích hình ảnh .....................................................................................................94 Hình 4.11 Mặt cắt mẫu theo chiều cao, khi sử dụng hỗn hợp CKD V69, độ rỗng thiết kế 20%, cốt liệu sử dụng (5-10) mm .................................................................96 Hình 4.12 Mặt cắt mẫu theo chiều cao, khi sử dụng hỗn hợp CKD V69, độ rỗng thiết kế 20%, cốt liệu sử dụng (10-20) mm ...............................................................97 Hình 4.13 Mặt cắt dọc mẫu, khi sử dụng hỗn hợp CKD V69 với độ rỗng 20% .....97 Hình 4.14 Ảnh hưởng của độ nhớt đến phân bố độ rỗng theo chiều cao của BTRTN khi sử dụng cỡ hạt (5-10) mm .....................................................................98 Hình 4.15 Ảnh hưởng của độ nhớt đến phân bố độ rỗng theo chiều cao của BTRTN khi sử dụng cỡ hạt (10-20) mm ...................................................................98 Hình 4.16 Hiện tượng tách hồ CKD trong BTRTN ................................................99 Hình 4.17 Quan hệ cường độ nén đá CKD với cường độ nén BTRTN khi sử dụng cỡ hạt (5-10) mm .....................................................................................................100 Hình 4.18 Quan hệ cường độ nén đá CKD với cường độ nén BTRTN khi sử dụng cỡ hạt (10-20) mm ...................................................................................................100 Hình 4.19 Mẫu BTRTN sau khi thí nghiệm nén ....................................................102 Hình 4.20 Quan hệ giữa chiều dầy CKD bọc xung quang bề mặt hạt với cường độ nén, khi sử dụng cốt liệu (5-10)mm ........................................................................103 Hình 4.21 Quan hệ giữa chiều dầy CKD bọc xung quang bề mặt hạt với cường độ nén, khi sử dụng cốt liệu (10-20)mm ......................................................................103 Hình 4.22 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 0% CLN .................................................................................................................................106 Hình 4.23 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 4% CLN .................................................................................................................................106
xii Hình 4.24 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 7% CLN .................................................................................................................................107 Hình 4.25 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 10% CLN .................................................................................................................................107 Hình 4.26 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 0% CLN .................................................................................................................................107 Hình 4.27 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 4% CLN .................................................................................................................................108 Hình 4.28 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 7% CLN .................................................................................................................................108 Hình 4.29 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 10% CLN .........................................................................................................................108 Hình 4.30 Cấu trúc rỗng của cấp phối D5C(0;10)/20 ............................................111 Hình 4.31 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 0% CLN .................................................................................................................................111 Hình 4.32 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 4% CLN .................................................................................................................................112 Hình 4.33 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 7% CLN .................................................................................................................................112 Hình 4.34 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 10% CLN .........................................................................................................................112 Hình 4.35 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 0% CLN .................................................................................................................................113 Hình 4.36 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 4% CLN .................................................................................................................................113 Hình 4.37 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 7% CLN .................................................................................................................................113 Hình 4.38 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20)mm và 10% CLN .........................................................................................................................114 Hình 4.39 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10)mm với độ rỗng thiết kế 20%.............................................................................................................115
xiii Hình 4.40 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20)mm với độ rỗng thiết kế 20%.............................................................................................................115 Hình 4.41 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi độ rỗng thiết kế 20% ..................115 Hình 4.42 Cường độ nén của BTRTN khi sử dụng đá dăm, cỡ hạt (5-10) mm ....116 Hình 4.43 Cường độ nén của BTRTN khi sử dụng đá dăm, cỡ hạt (10-20) mm ..116 Hình 4.44 Sơ đồ thí nghiệm kéo khi uốn...............................................................118 Hình 4.45 Quá trình thí nghiệm kéo khi uốn .........................................................119 Hình 4.46 Cường độ kéo khi uốn của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm ...........119 Hình 4.47 Cường độ kéo khi uốn của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm .........119 Hình 4.48 Thí nghiệm ép chẻ của BTRTN ...........................................................120 Hình 4.49 Cường độ ép chẻ của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm ...................121 Hình 4.50 Cường độ ép chẻ của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm .................121 Hình 4.51 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm và 0% CLN.................122 Hình 4.52 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm và 4% CLN.................122 Hình 4.53 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm và 7% CLN ..................122 Hình 4.54 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (5-10) mm và 10% CLN...............122 Hình 4.55 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm và 0% CLN................123 Hình 4.56 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm và 4% CLN...............123 Hình 4.57 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm và 7% CLN...............123 Hình 4.58 Độ co của BTRTN khi sử dụng đá (10-20) mm và 10% CLN..............123 Hình 4.59 Biểu đồ hệ số thoát nước, khi sử dụng đá (5-10) mm ..........................125 Hình 4.60 Biểu đồ hệ số thoát nước, khi sử dụng đá (10-20) mm ........................125 Hình 4.61 Đồ thị so sánh hệ số thoát nước của cấp phối D5C0 và D10C0 ...........126 Hình 4.62 Đồ thị so sánh hệ số thoát nước của cấp phối D5C4 và D10C4 ..........126 Hình 4.63 Đồ thị so sánh hệ số thoát nước của cấp phối D5C7 và D10C7 ..........126 Hình 4.64 Đồ thị so sánh hệ số thoát nước của cấp phối D5C10 và D10C10 ......126 Hình 4.65 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D5C0 .......................................................................................................................127 Hình 4.66 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D5C4 .......................................................................................................................127
xiv Hình 4.67 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D5C7 .......................................................................................................................128 Hình 4.68 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D5C10 .....................................................................................................................128 Hình 4.69 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D10C0 .....................................................................................................................128 Hình 4.70 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D10C4 .....................................................................................................................128 Hình 4.71 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D10C7 .....................................................................................................................128 Hình 4.72 Quan hệ giữa cường độ nén, hệ số thoát nước với độ rỗng của cấp phối D10C10 ...................................................................................................................128 Hình 5.1 Mặt bằng mô hình thử nghiệm bê tông rỗng thoát nước .........................131 Hình 5.2 Kết cấu đường sử dụng BTRTN đổ tại chỗ .............................................132 Hình 5.3 Kết cấu sử dụng gạch block.....................................................................133 Hình 5.4 Mẫu thiết kế viên gạch lát hè dạng lục giác đều .....................................133 Hình 5.5 Sơ đồ công nghệ quá trình trộn BTRTN .................................................134 Hình 5.6 Khuôn và mẫu gạch block sau tạo hình ...................................................135 Hình 5.7 Rải hỗn hợp bê tông bằng thủ công và máy xúc .....................................137 Hình 5.8 Hoàn thiện bề mặt và phủ nilong mặt đường BTRTN ............................137 Hình 5.9 Phương pháp kinh nghiệm xác định tính công tác của hỗn hợp BTRTN138 Hình 5.10 Kiểm tra HHBT trước khi thi công .......................................................138 Hình 5.11 Dụng cụ thí nghiệm xác định hệ số thoát nước tại hiện trường ............140 Hình 5.12 Quá trình xác định hệ số thoát nước tại hiện trường .............................140
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Theo phân tích được thể hiện trong Hình 1, với bề mặt đất nền tự nhiên khi mưa xuống có tới 50% lượng nước được thấm xuống dưới nền đất, chỉ có 10% chảy tràn, trong khi đó nếu bề mặt bị đô thị hóa (75-100% diện tích không thoát nước) thì chỉ khoảng 15% lượng nước được thấm xuống nền đất và đến 55% lượng nước chảy tràn. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây cùng với sự đô thị hóa nhanh thì vỉa hè, lòng đường đã được thi công phổ biến bằng bê tông xi măng truyền thống, bê tông nhựa (asphalt), gạch terrazzo, đá thiên nhiên, đá nhân tạo, ..., đặc biệt tại những đô thị lớn như thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Min, theo nhiều chuyên gia thì việc bê tông hóa đó ảnh hưởng xấu đến môi trường, cụ thể là: Một là: Ảnh hưởng đến tầng nước ngầm, đặc biệt là khoảng 40 m trở lên ngày càng tụt giảm. Theo Cục quản lý tài nguyên nước, Bộ Tài nguyên và Môi trường [1], những năm gần đây mực nước ngầm giảm nhanh chóng, trung bình 0,3 m/năm. Điều này dẫn đến hiện tượng sụt lún, đặc biệt có nơi sụt lún tới 2 cm/năm, gây ảnh hưởng lớn tới các công trình xây dựng. Hai là: Bê tông hoá diện tích vỉa hè, lòng đường, nhà cửa, khu dân cư khiến nước mưa bốc hơi, thoát nhanh giảm lượng nước ngầm vào lòng đất, là nguyên nhân gây ra sự khác biệt về tính chất môi trường giữa khu vực đô thị và nông thôn ngoại thành. Ba là: Khi xảy ra mưa toàn bộ nước thoát theo cống thoát, gây quá tải cho hệ thống thoát nước, dẫn đến ngập lụt cục bộ. Ngoài ra, khi vỉa hè bị bê tông hoá tràn lan sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Lớp đất dưới lớp bê tông thiếu nước, nên khi trời nóng sẽ không thể bay hơi để “giải nhiệt” cho không khí. Một giải pháp hiệu quả để giảm ảnh hưởng của các hiện tượng trên đó là hạn chế việc sử dụng các loại vật liệu truyền thống như bê tông thường, gạch lát, … , đây là các loại có bề mặt đặc chắc để làm lớp vật liệu bao phủ bề mặt ngăn cản nước thấm vào lớp đất bên dưới, thay vào đó tại các vị trí nhất định nên thay bằng bê tông rỗng có khả năng cho nước xuyên qua gọi là: bê tông rỗng thoát nước (BTRTN). Khi sử dụng BTRTN đem lại hiệu quả trong việc kiểm soát dòng chảy (làm giảm lượng nước
2 chảy tràn tập trung, được thể hiện trong Hình 2), ngoài ra đây là một loại vật liệu phục vụ cho sự phát triển bền vững góp phần vào việc xử lý, thu hồi và bảo vệ nguồn nước tại chỗ. Hình 1. Sự phân bố lượng nước khi mưa Hình 2. Biều đồ dòng chảy Hiện nay bê tông rỗng thoát nước (pervious concrete) đang được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới, BTRTN là một trong các loại vật liệu đáp ứng được mục tiêu xây dựng bền vững. Ưu điểm chính của loại bê tông này là có khả năng cho nước xuyên qua, làm giảm hoặc loại bỏ các vấn đề liên quan đến dòng chảy nước mưa, giảm nguy cơ ngập lụt, đồng thời bổ sung một lượng lớn nước ngầm. Cơ quan bảo vệ môi trường của Hoa Kỳ (EPA) đã công nhận việc sử dụng BTRTN là một trong những biện pháp quản lý tốt nhất lượng nước khi mưa. Khi ứng dụng BTRTN trong các công trình giao thông mang lại một số lợi ích như sau: - Xét về mặt kinh tế - môi trường: khi sử dụng BTRTN so với đường dùng bê tông asphalt hoặc bê tông xi măng thường thì BTRTN có một số ưu điểm như: không sử dụng hoặc sử dụng rất ít cốt liệu nhỏ (cát vàng), không cần xây dựng thêm hệ thống ống cống để thoát nước, tận dụng được các phế thải công nghiệp, ... từ các đặc điểm trên ta thấy sử dụng BTRTN giảm được đáng kể chi phí xây dựng. - Xét về mặt kỹ thuật: BTRTN có cấu trúc rỗng hở nên có khả năng hấp thụ được âm thanh (tiếng ồn phát ra từ xe cộ), giảm ô nhiễm tiếng ồn đặc biệt trong các khu đô thị. Mặt khác hệ thống lỗ rỗng hở cũng cho phép hơi nước thoát ra từ đất nền làm giảm hiện tượng oi nóng trong các ngày hè. - Xét về mặt xã hội: BTRTN giúp giảm hiện tượng ngập úng đường, từ đó giảm ùn tắc giao thông. BTRTN có độ nhám cao cũng làm giảm nguy cơ trơn trượt tránh đọng