Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng tro bay làm mặt đường ô tô ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> <br /> Trần Trung Hiếu<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRO BAY<br /> LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM<br /> Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố<br /> Mã ngành:<br /> <br /> 62.58.02.05<br /> <br /> LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC<br /> 1. GS.TS PHẠM DUY HỮU<br /> 2. PGS.TS LÃ VĂN CHĂM<br /> <br /> HÀ NỘI – 2017<br /> <br /> i<br /> <br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số<br /> liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong<br /> bất kỳ công trình nào khác.<br /> Tác giả luận án<br /> <br /> Trần Trung Hiếu<br /> <br /> ii<br /> <br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả luận án xin chân thành cảm<br /> ơn tới GS.TS Phạm Duy Hữu và PGS.TS Lã Văn Chăm - những người Thầy đã tận<br /> tình hướng dẫn và định hướng khoa học; tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả<br /> trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án.<br /> Tác giả xin chân thành cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sỹ, các chuyên<br /> gia, các nhà khoa học trong ngành GTVT và Xây dựng đã chỉ dẫn và đóng góp ý<br /> kiến quý báu để luận án được hoàn thiện.<br /> Trong quá trình làm luận án, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt<br /> tình của các thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc Bộ môn Đường bộ, Bộ môn Vật<br /> liệu Xây dựng, Bộ môn Đường ô tô sân bay - Trường Đại học Giao thông vận tải và<br /> GS.TS Bùi Xuân Cậy, PGS.TS Nguyễn Thanh Sang và PGS.TS Nguyễn Quang<br /> Phúc. Tác giả xin chân thành cảm ơn.<br /> Tác giả chân thành cảm ơn đến cán bộ Trung tâm thí nghiệm Đường bộ cao<br /> tốc - Trường Đại học công nghệ GTVT; các phòng thí nghiệm LAS-XD72, LASXD160; Công ty Vật tư thiết bị giao thông TRANSMECO; Công ty phụ gia bê tông<br /> Phả Lại – PHALAMI và các bạn đồng nghiệp, các TS-NCS nước ngoài đã tận tình<br /> giúp đỡ, cung cấp tài liệu, số liệu, vật tư vật liệu và tạo điều kiện cho quá trình thí<br /> nghiệm, thử nghiệm.<br /> Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông vận<br /> tải, tác giả đã nhận được sự tạo điều kiện thuận lợi tối đa của lãnh đạo Trường,<br /> phòng Đào tạo Sau đại học và Khoa Công trình. Tác giả xin trân trọng cảm ơn.<br /> Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Công nghệ<br /> Giao thông vận tải và lãnh đạo, cán bộ phòng KHCN-HTQT đã quan tâm tạo điều<br /> kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.<br /> Cuối cùng tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia<br /> đình đã động viên và chia sẻ trong suốt thời gian thực hiện luận án.<br /> Tác giả luận án<br /> <br /> Trần Trung Hiếu<br /> <br /> iii<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1<br /> 1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu.............................................................................1<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2<br /> 3. Phạm vi nghiên cứu của luận án .............................................................................2<br /> 4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2<br /> 5. Bố cục của luận án ..................................................................................................3<br /> 6. Những đóng góp mới của luận án ...........................................................................3<br /> 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................................4<br /> Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG TRO BAY .........................5<br /> 1.1. Khái quát về mặt đường bê tông xi măng ............................................................5<br /> 1.1.1. Quy định về tính năng của BTXM ..............................................................5<br /> 1.1.2. Quy định về vật liệu chế tạo BTXM............................................................6<br /> 1.2. Khái quát về bê tông xi măng tro bay ..................................................................7<br /> 1.2.1. Khái niệm bê tông xi măng tro bay ............................................................7<br /> 1.2.2. Tính chất tro bay nhiệt điện.......................................................................8<br /> 1.2.3. Công nghệ tuyển tro bay nhiệt điện............................................................9<br /> 1.2.4. Sản lượng tro bay ở Việt Nam ....................................................................9<br /> 1.3. Cơ chế phản ứng trong bê tông xi măng tro bay................................................10<br /> 1.3.1. Quá trình phản ứng trong BTXM tro bay.................................................10<br /> 1.3.2. Mức độ phản ứng puzơlan tro bay ...........................................................12<br /> 1.3.3. Mức độ phản ứng thủy hóa xi măng .........................................................14<br /> 1.4. Ảnh hưởng của tro bay đến các tính năng của bê tông xi măng ........................14<br /> 1.4.1. Lịch sử nghiên cứu tro bay trong BTXM..................................................14<br /> 1.4.2. Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất hỗn hợp BTXM..............................15<br /> 1.4.3. Ảnh hưởng của tro bay đến tính năng BTXM...........................................17<br /> 1.4.4. Ảnh hưởng của tro bay đến độ bền BTXM ...............................................18<br /> 1.5. Hệ số hiệu quả tro bay và phương pháp thiết kế thành phần BTXM tro bay ....19<br /> 1.5.1. Khái niệm hệ số hiệu quả tro bay.............................................................19<br /> 1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tro bay.............................................19<br /> 1.5.3. Khái quát về các phương pháp thiết kế thành phần BTXM tro bay .........21<br /> 1.6. Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng tro bay trong xây dựng đường ô tô......24<br /> 1.6.1. Nghiên cứu ứng dụng BTXM tro bay trên thế giới...................................24<br /> 1.6.2. Nghiên cứu ứng dụng BTXM tro bay ở Việt Nam ....................................27<br /> 1.7. Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu luận án ......................................31<br /> Chương 2. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HIỆU QUẢ TRO BAY VÀ THIẾT KẾ<br /> THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG TRO BAY ..............................................33<br /> <br /> iv<br /> <br /> 2.1. Phương pháp xác định hệ số hiệu quả tro bay ...................................................33<br /> 2.2. Thí nghiệm xác định hệ số hiệu quả tro bay ......................................................35<br /> 2.2.1. Vật liệu và nội dung thí nghiệm................................................................36<br /> 2.2.2. Kết quả thí nghiệm....................................................................................39<br /> 2.2.3. Thiết lập tương quan giữa hệ số cường độ với tỷ lệ tro bay / CKD và tỷ lệ<br /> nước / CKD..............................................................................................40<br /> 2.2.4. Xác định hệ số k theo tỷ lệ tro bay / CKD và tỷ lệ nước / CKD ...............43<br /> 2.2.5. Xác định hệ số hiệu quả tro bay trong bê tông ........................................44<br /> 2.3. Trình tự thiết kế thành phần bê tông theo hệ số hiệu quả tro bay......................45<br /> 2.3.1. Xác định cường độ yêu cầu và độ sụt (Bước 1)........................................46<br /> 2.3.2. Lựa chọn cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Bước 2) .....................47<br /> 2.3.3. Lựa chọn thành phần cốt liệu thô tối ưu (Bước 3) ...................................46<br /> 2.3.4. Xác định lượng nước và hàm lượng khí (Bước 4) ....................................48<br /> 2.3.5. Xác định tỷ lệ nước / xi măng (Bước 5)....................................................48<br /> 2.3.6. Xác định khối lượng xi măng ban đầu (Bước 6) ......................................49<br /> 2.3.7. Xác định khối lượng xi măng và tro bay trong BTXM tro bay (Bước 7)..49<br /> 2.3.8. Thành phần hỗn hợp BTXM tro bay theo hệ số k (Bước 8)......................51<br /> 2.4. Thí nghiệm và thiết lập công thức thành phần vật liệu BTXM tro bay làm mặt<br /> đường ô tô ........................................................................................................51<br /> 2.4.1. Kết quả thí nghiệm vật liệu.......................................................................51<br /> 2.4.2. Tính thành phần vật liệu BTXM tro bay...................................................54<br /> 2.4.3. Chế tạo và thí nghiệm cường độ nén .......................................................58<br /> 2.4.4. Tính và phân tích kết quả thí nghiệm .......................................................59<br /> 2.4.5. Công thức thành phần vật liệu BTXM tro bay làm mặt đường ô tô.........63<br /> 2.5. Kết luận Chương 2 .............................................................................................66<br /> Chương 3. THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG<br /> TRO BAY LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ.................................................................68<br /> 3.1. Vật liệu và kế hoạch thí nghiệm.........................................................................68<br /> 3.2. Thí nghiệm tính công tác hỗn hợp BTXM tro bay.............................................69<br /> 3.2.1. Độ sụt........................................................................................................69<br /> 3.2.2. Thời gian đông kết ....................................................................................71<br /> 3.3. Thí nghiệm đo nhiệt độ thủy hóa tỏa ra trong bê tông.......................................73<br /> 3.4. Thí nghiệm sự phát triển cường độ nén bê tông ................................................76<br /> 3.4.1. Cường độ nén ở 7 ngày ............................................................................76<br /> 3.4.2. Cường độ nén ở 14 ngày ..........................................................................78<br /> 3.4.3. Cường độ nén ở 28 ngày ..........................................................................79<br /> 3.4.4. Cường độ nén ở 56 ngày ..........................................................................79<br /> 3.4.5. Phân tích sự phát triển cường nén theo thời gian ....................................80<br /> <br />