Tài liệu Nghiên cứu một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường bê tông xi măng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ VẾT NỨT TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ VẾT NỨT TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật XDCT giao thông : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH PHƯƠNG NAM Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Văn Thiện ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ...................................................................................... 1 3. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................... 2 4. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 2 6. Cấu trúc của luận văn .................................................................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG, CÁC DẠNG NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY NỨT TRÊN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG ............................... 3 1.1. Đặc điểm của mặt đường bê tông xi măng ................................................................. 3 1.1.1. Khái niệm BTXM .................................................................................................... 3 1.1.2. Các đặc tính của mặt đường BTXM: [1] ................................................................. 3 1.1.3. Ưu, nhược điểm chung của mặt đường BTXM ....................................................... 6 1.2. Sự nứt của mặt đường bêtông xi măng:...................................................................... 7 1.3. Các yếu tố gây nứt trong giai đoạn thi công ............................................................... 9 1.3.1. Trước khi ninh kết - co ngót dẻo ............................................................................. 9 1.3.2. Trong khi ninh kết và rắn chắc - các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại ............. 10 1.3.3. Hình thức bảo dưỡng ............................................................................................. 10 1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................................... 11 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT, CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG NỨT TRÊN MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ QUY HOẠCH MẪU THÍ NGHIỆM ....... 12 2.1 Tính chất cơ bản của BTXM làm mặt đường ............................................................ 12 2.1.1. Tính chất cơ bản của hỗn hợp bê tông ................................................................... 12 2.1.2. Một số tính chất của BTXM sau khi cứng rắn ...................................................... 13 2.2. Các giải pháp chống nứt trong thi công mặt đường bê tông xi măng ...................... 15 2.2.1. Thiết kế thành phần bê tông .................................................................................. 15 2.2.2. Bảo vệ hỗn hợp bê tông ......................................................................................... 15 2.2.3. Đổ và đầm bê tông ................................................................................................. 16 2.2.4. Phòng chống nứt trong những giờ đầu đông kết ................................................... 16 2.2.5. Phòng nứt mặt đường BTXM do co ngót mềm tùy thuộc tốc độ gió khi thi công[17]. .......................................................................................................................... 17 2.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm: ..................................................................................... 18 2.3.1. Lựa chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông:................................................................... 18 2.3.2. Lựa chọn hình thức bảo dưỡng .............................................................................. 19 2.3.3. Quy hoạch số lượng mẫu ....................................................................................... 20 iii CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ VẾT NỨT TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM.................................................................... 23 3.1. Vật liệu chế tạo ......................................................................................................... 23 3.1.1. Xi măng ................................................................................................................. 23 3.1.2. Cát .......................................................................................................................... 24 3.1.3. Đá dăm................................................................................................................... 27 3.1.4. Nước ...................................................................................................................... 31 3.2. Chế tạo bê tông theo độ sụt và bảo dưỡng bê tông: ................................................. 31 3.2.1. Bê tông M300, đá 1x2, độ sụt SN = (2 - 4)cm ...................................................... 31 3.2.2. Bê tông M300, đá 1x2, độ sụt SN = (6 - 8)cm ...................................................... 31 3.2.3. Bê tông M300, đá 1x2, độ sụt SN = (12 - 14)cm .................................................. 32 3.2.4. Bảo dưỡng bê tông................................................................................................. 32 3.3. Kết quả thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của BTXM làm mặt đường theo các hình thức dưỡng hộ khác nhau .................................................................................. 33 3.3.1. Cường độ chịu nén................................................................................................. 33 3.3.2. Cường độ chịu uốn khi nén ................................................................................... 35 3.3.3. Co ngót .................................................................................................................. 36 3.4. Nhận xét và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ lý, khả năng gây nứt của bê tông xi măng ......................................................................................................... 40 3.4.1. Cường độ chịu nén................................................................................................. 40 3.4.2. Cường độ chịu uốn ................................................................................................ 41 3.4.3. Co ngót: ................................................................................................................. 42 3.5. Đề xuất một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường BTXM .............................................................................................................................. 48 3.6. Kết luận Chương 3.................................................................................................... 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 53 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao) iv TÓM TẮT NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ VẾT NỨT TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG Học viện: Nguyễn Văn Thiện Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Khóa K32 Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Hiện nay, mặt đường bê tông xi măng có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ hệ thống Quốc lộ, Tỉnh lộ đến đường địa phương. Từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường giao thông miền núi, khu vực có thời tiết khắc nghiệt. Mặt đường bê tông xi măng vẫn luôn được các nhà nghiên cứu, nhà quản lý rất quan tâm. Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ hiện đại. Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thi công mặt đường bê tông xi măng tại các đường liên xã, liên huyện, Quốc lộ xuất hiện nhiều vết nứt ngang và rạn chân chim trên mặt đường trong giai đoạn chưa có tải trọng tác dụng. Do đó trên cơ sở đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ N/X và điều kiện bảo dưỡng đến cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn và co ngót của bê tông để đề xuất một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường bê tông xi măng nhằm nâng cao chất lượng các công trình đường. Từ khóa: Nứt, mặt đường BTXM, tỷ lệ N/X, điều kiện bảo dưỡng, co ngót. RESEARCH OF SOME CONCENTRATION SOLUTIONS IN THE CONSTRUCTION PERIOD OF CONCRETE CEMENT STREAM Summary: At present, concrete pavement surface is present on all levels of roads, from National Highway, Provincial Highway to local roads. From roads with low traffic to the streets, backbone roads, mountain roads, areas with extreme weather. Cement concrete road is always the attention of researchers and managers. The standard system is more and more perfect and modern construction technology is developing in a synchronized manner. However, the actual implementation of cement road surface in the intercommune, inter-district roads, National Highway appear many horizontal cracks and reefs on the road surface. in the absence of load. Therefore, on the basis of assessing the effect of N / X ratio and curing conditions on the compressive strength, bending strength and shrinkage of concrete, to propose some solutions to limit cracks in the period Construction of concrete pavement road to improve the quality of road works. Keywords: Cracking, concrete pavement, N / X ratio, curing condition, shrinkage. v TỪ NGỮ VIẾT TẮT BTXM Bê tông xi măng BTN Bê tông nhựa TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ML Mô đun độ lớn của cát vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1: Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông M300 theo 03 loại độ sụt 19 Bảng 2.2: Số lượng mẫu thí nghiệm 20 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm cơ lý của Ximăng PCB40 Sông Gianh 24 Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm cơ lý của Cát Kim Phú 26 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm cơ lý của đá dăm 29 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm cơ lý của đá dăm 1x2(90%) và đá 30 0,5x1(10%) Bảng 3.5: Kết quả nén mẫu ở hình thức ngâm mẫu hoàn toàn trong nước 34 Bảng 3.6: Kết quả nén mẫu ở hình thức bọc kín mẫu 34 Bảng 3.7: Kết quả nén mẫu ở hình thức đậy mẫu bằng bao bố 34 Bảng 3.8: Kết quả nén mẫu ở hình thức phơi nắng mẫu 34 Bảng 3.9: Bảng tổng hợp kết quả nén ở tuổi 28 ngày 35 Bảng 3.10: Kết quả uốn mẫu 36 Bảng 3.11: Kết quả co ngót của hình thức bảo dưỡng Ngâm nước theo 03 37 độ sụt Bảng 3.12: Kết quả co ngót của hình thức bảo dưỡng Bọc kín theo 03 độ sụt 37 Bảng 3.13: Kết quả co ngót của hình thức bảo dưỡng Đậy bao bố theo 03 độ sụt 38 Bảng 3.14: Kết quả co ngót của hình thức bảo dưỡng Phơi nắng theo 03 độ sụt 38 Bảng 3.15: Kết quả co ngót độ sụt 2-4cm theo 04 hình thức bảo dưỡng 39 Bảng 3.16: Kết quả co ngót độ sụt 6-8cm theo 04 hình thức bảo dưỡng 39 Bảng 3.17: Kết quả co ngót độ sụt 12-14cm theo 04 hình thức bảo dưỡng 40 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1. Các vết nứt trên mặt đường BTXM trên thực tế thi công 1 Hình 1.1. Đường BTXM tốn ít nhiên liệu hơn 5 Hình 1.2. Vết nứt nẻ 7 Hình 1.3. Vết rạn nứt (chân chim) 8 Hình 1.4: Vết nứt ngang 8 Hình 1.5: Vết nứt góc 9 Hình 1.6: Vết nứt vỡ 9 Hình 1.7: Sơ đồ quá trình mất nước của mặt đường BTXM 10 Hình 2.1: Khuôn nón cụt 12 Hình 2.2: Dụng cụ xác định độ cứng của hỗn hợp bê tông 13 Hình 3.1: Thí nghiệm đo khối lượng riêng của xi măng 23 Hình 3.2. Uốn và nén mẫu vữa xi măng 24 Hình 3.3: Mỏ cát Kim Phú huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam 25 Hình 3.4: Thí nghiệm đo khối lượng thể tích xốp 25 Hình 3.5: Thí nghiệm thành phần hạt của cát 26 Hình 3.6: Biểu đồ thành phần hạt của cát thí nghiệm 27 Hình 3.7: Công trường khai thác đá 27 Hình 3.8: Thí nghiệm đo thể tích xốp của đá 28 Hình 3.9: Thí nghiệm đo độ nén dập đá dăm trong xi lanh 28 Hình 3.10: Biểu đồ thành phần hạt của đá 1x2 29 Hình 3.11: Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm 1x2 (90%) + đá 0,5x1 (10%) 30 Hình: 3.12: Thí nghiệm đo độ sụt 2 – 4 cm. 31 Hình 3.13: Thí nghiệm đo độ sụt 6 – 8cm 32 Hình 3.14: Thí nghiệm đo độ sụt 12 -14cm 32 Hình 3.15: Bảo dưỡng: Ngâm nước, đậy bao bố, bọc kín mẫu, phơi mẫu ngoài trời 33 Hình 3.16: Thí nghiệm nén mẫu 33 Hình 3.17: Thí nghiệm uốn mẫu 35 Hình 3.18: Thí nghiệm đo co ngót 36 Hình 3.19: Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén 40 viii Hình 3.20: Biểu đồ so sánh cường độ chịu uốn 42 Hình 3.21: Biểu đồ co ngót của bê tông với hình thức Ngâm nước theo các loại độ sụt 2-4cm, 6-8cm và 12-14cm 43 Hình 3.22: Biểu đồ co ngót của bê tông với hình thức Bọc kín theo các 43 loại độ sụt 2-4cm, 6-8cm và 12-14cm Hình 3.23: Biểu đồ co ngót của bê tông với hình thức Đậy Bao bố theo 44 các loại độ sụt 2-4cm, 6-8cm và 12-14cm Hình 3.24: Biểu đồ co ngót của bê tông với hình thức Phơi nắng theo các 44 loại độ sụt 2-4cm, 6-8cm và 12-14cm Hình 3.25: Biểu đồ co ngót của bê tông với độ sụt 2-4cm theo các hình 46 thức bảo dưỡng Ngâm nước, Bọc kín, Đậy Bao bố, Phơi nắng Hình 3.26: Biểu đồ co ngót của bê tông với độ sụt 6-8cm theo các hình thức bảo dưỡng Ngâm nước, Bọc kín, Đậy Bao bố, Phơi nắng 46 Hình 3.27: Biểu đồ co ngót của bê tông với độ sụt 12-14cm theo các hình thức bảo dưỡng Ngâm nước, Bọc kín, Đậy Bao bố, Phơi nắng 47 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ hệ thống Quốc lộ, Tỉnh lộ đến đường địa phương. Từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường giao thông miền núi, khu vực có thời tiết khắc nghiệt. Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu, nhà quản lý rất quan tâm. Hệ thống Tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ hiện đại. Do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được sử dụng nhiều. Vì vậy tỉ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với các loại mặt đường khác ngày càng tăng theo thời gian và là chiến lược phát triển giao thông theo Chương trình Mục tiêu Quốc gia về xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010-2020. Qua thực tế triển khai thi công mặt đường BTXM tại các đường liên xã, liên huyện, Quốc lộ trên địa bàn huyện Sơn Tịnh, tỉnh Quảng Ngãi xuất hiện nhiều vết nứt ngang và rạn chân chim (hình 1) trên mặt đường trong giai đoạn chưa có tải trọng tác dụng. Hình 1.1. Các vết nứt trên mặt đường BTXM trên thực tế thi công Đề tài “ Nghiên cứu một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường BTXM” nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến độ co ngót, cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn của mặt đường bê tông xi măng, đồng thời nghiên cứu khả năng gây ra nứt cũng như ảnh hưởng của phương pháp dưỡng hộ đến sự nứt của mặt đường BTXM. Do đó đề tài là cần thiết và có tính thực tế. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu hạn chế sự nứt của mặt đường BTXM trong giai đoạn thi công do co ngót. - Mục tiêu cụ thể: + Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ N/X, điều kiện bảo dưỡng đến độ co ngót, cường độ chịu uốn, cường độ chịu nén của mặt đường BTXM. 2 Đề xuất một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường BTXM. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu hiện tượng nứt trong mặt đường BTXM. 4. Phạm vi nghiên cứu Cấp phối bê tông với các tỷ lệ N/X khác nhau, công tác dưỡng hộ ảnh hưởng đến sự co ngót của BTXM làm mặt đường. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luận nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm: * Nghiên cứu lý thuyết: - Thu thập, tìm hiểu các tài liệu hiện có về yêu cầu thiết kế, thi công, đảm bảo chất lượng cũng như duy tu bảo dưỡng BTXM. * Nghiên cứu thực nghiệm: - Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát, đá, xi măng. - Thiết kế hỗn hợp BTXM thông thường. - Thiết kế chọn số lượng mẫu thí nghiệm cho từng tổ hợp. - Kiểm tra số lượng mẫu bê tông dùng để thí nghiệm. - Đo cường độ chịu nén 7, 14, 28 ngày tuổi đối với các mẫu bê tông tương ứng với 4 hình thức dưỡng hộ và 3 mức độ sụt là 2-4; 6-8; 12-14. - Đo cường độ chịu kéo khi uốn 28 ngày tuổi đối với các mẫu bê tông tương ứng với 4 hình thức dưỡng hộ và 3 mức độ sụt là 2-4; 6-8; 12-14. - Đo độ co ngót theo thời gian đối với các mẫu bê tông tương ứng với 4 hình thức dưỡng hộ và 3 mức độ sụt là 2-4; 6-8; 12-14. Từ các mối quan hệ trên lý thuyết cộng với kết quả thực nghiệm phân tích, đánh giá để đưa ra kết luận. 6. Cấu trúc của luận văn - Chương 1: Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng và các dạng nứt và giải pháp chống nứt trên mặt đường bê tông xi măng . - Chương 2: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự nứt của mặt đường BTXM trong giai đoạn thi công và quy hoạch mẫu thí nghiệm thực nghiệm. - Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm để xác định nguyên nhân và đề xuất một số giải pháp hạn chế vết nứt trong giai đoạn thi công của mặt đường BTXM. - Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG, CÁC DẠNG NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY NỨT TRÊN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 1.1. Đặc điểm của mặt đường bê tông xi măng 1.1.1. Khái niệm BTXM Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia[9]. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm. Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi. Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá được gọi là bê tông Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Bê tông là loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu kéo thấp (chỉ bằng 1/10 đến 1/15 cường độ chịu nén) người ta thường đặt cốt thép vào để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo. Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 20% khối lượng. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm: Nặng (  v=2200-2400kg/m3), cách âm, cách nhiệt kém (  =1,05- 1,5kCal /m.0C.h), khả năng chống ăn mòn yếu. 1.1.2. Các đặc tính của mặt đường BTXM: [1] a) Độ bền - Đường bê tông có độ bền cao, Với thời gian sử dụng trung bình 30 năm, tuổi thọ dài có thể là giải pháp mạnh để hợp lý hóa việc bảo trì đường, giảm ứng xuất do môi trường kết hợp với sự làm việc của kết cấu, và đáp ứng các vấn đề phát sinh hiện nay. - Đường sử dụng lâu hơn: Bê tông có thể chịu được tải trọng nặng nhất. Không cần lo lắng về các hiệu ứng võng lún, gợn sóng hay gờ như đối với đường asphalt. - Tính cứng theo thời gian: Bê tông đông cứng với thời gian. Sau 1 tháng đổ, bê 4 tông tiếp tục phát triển cường độ từ từ đến 10% trong vòng đời sử dụng. - Vượt quá tuổi thọ dự tính : Đường bê tông thường tồn tại lâu hơn thiết kế mong muốn . b) An toàn - Tầm nhìn tốt: Bê tông phản xạ ánh sáng, giúp cải thiện tầm nhìn tốt vào buổi tối. - Giảm văng nước: Bê tông không lún. Không có rủi ro đọng nước và xe chạy trên vùng nước đọng. - Độ bám đường tốt: Đường bê tông dễ tạo “độ nhám" khi xây dựng làm cho bề mặt có độ bám bánh xe tốt . - Đường BTXM có ít nguy cơ gây tai nạn, ngay cả trong trường hợp mặt đường trơn và đọng nước. - Ít nguy cơ gây lún. - Không có nguy cơ “chảy nhựa” của đường bê tông nhựa (BTN). - Vỏ xe có thể dính bám với mặt đường tốt hơn. c) Tính trơn láng: - Bê tông giữ sự trơn láng lâu hơn: Độ cứng đường bê tông giúp giữ được mặt đường trơn láng lâu dài sau khi xây dựng. - Sự trơn láng là yếu tố quan trọng cho người sử dụng: Đường trơn láng giúp an toàn, tiện nghi hơn cho mặt đường vận tải. d) Tính linh hoạt - Có thể linh động thời hạn sử dụng: Đường bê tông có thể được thiết kế với thời hạn sử dụng từ 10 đến 50 năm, tùy thuộc vào yêu cầu của hê thống đường. - Ý tưởng cho đường asphalt hỏng: tráng lớp mặt, tráng 1 lớp mỏng bê tông cốt sợi trên lớp nhựa asphalt đã sửa chữa, là phương pháp hữu ích để phục hồi đường cũ. e) Duy tu bảo dưỡng - Giá trị dài hạn: Đường bê tông có giá trị sử dụng lâu nhất vì tuổi thọ cao và yêu cầu bảo dưỡng thấp nhất. f) Kinh tế - Đường bê tông sử dụng xi măng có sẵn trong nước là một lợi thế do hiện nay có sự quan ngại về giá dầu thô luôn biến động và dễ dàng tăng cao, cũng như xu hướng tăng giá và xu hướng sản xuất dầu. - Đường tiết kiệm xăng : Mặt đường bê tông cứng giúp bánh xe dễ lăn hơn. Các nghiên cứu cho thấy điều này giúp tăng hiệu quả sử dụng xăng của xe. g) Giảm tiêu thụ xăng dầu của xe cộ - So sánh với đường asphalt, lượng tiêu thụ nhiên liệu của xe tải trên đường bê tông giảm hơn. Lý do sự tiết kiệm nhiên liệu là với kết cấu áo đường mềm mặt đường sẽ bị 5 dồn lún cản trở chuyển động của bánh xe, mặt đường cứng không có sự cản trở này (Hình 1.1). Hình 1.1. Đường BTXM tốn ít nhiên liệu hơn h) Ảnh hưởng tốt tới môi trường - Đường bê tông hiệu quả trong việc sử dụng dầu do lượng xe cộ ngày càng tăng, giúp giảm lượng khí thải CO2 từ xe cộ. - Đường bê tông ưu việt do giảm tiêu thụ xăng của xe cộ đã được tính toán về lý thuyết sẽ dẫn đến giảm lượng khí Carbon phát sinh. i) Áo đường cứng BTXM ít gây ảnh hưởng đến môi trường hơn là áo đường BTN. Nguyên nhân ít gây ảnh hưởng đến môi trường hơn là do: - Tiêu hao nhiên liệu thấp hơn. - Ít sinh ra khí thải độc hại (CO2, NOx & SO2). j) Hiệu ứng giảm nhiệt - Mặc dù còn nhiều điểm chưa rõ về nguyên nhân và tác động, hiện tượng tỏa nhiệt một phần đóng góp cho sự gia tăng lớp bê mặt đường từ đó nhiệt độ bề mặt có thể đạt đến trong mùa hè nóng nực. - Đường giữ nước, đường phản xạ nhiệt và nhiều kỹ thuật lát khác đang phát triển thành phương tiện giảm nhiệt độ bề mặt đường. - Khi so sánh với đường aslphalt, nhiệt độ bề mặt đường bê tông có thể giảm được 100 . - Hiệu ứng giảm nhiệt của đường bê tông có được do màu sáng. Không giống như các loại đường thân thiện môi trường khác, nó không yêu cầu xử lý đặt biệt trong quá trình xây dựng, và hiệu ứng này kéo dài rất lâu. Như vậy: Đường bê tông với bề mặt mát hơn sẽ đóng góp hiệu quả nhất định trong việc giảm nhiệt độ đường đô thị. k) Vật liệu có thể tái chế và tái sử dụng - Bê tông là loại vật liệu khoáng trơ và không gây ra bất kỳ ảnh hưởng nào tới môi trường. 6 - Khi phá hủy tại thời điểm cuối cùng của thời kỳ khai thác, bê tông có thể tái chế bằng cách nghiền ra thành đá dăm chất lượng cao. - Bê tông cũ có thể dùng làm lớp móng cho tuyến đường mới. 1.1.3. Ưu, nhược điểm chung của mặt đường BTXM a) Ưu điểm: - Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN). Tuỳ theo cấp hạng đường và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 - 50 năm. Tuổi thọ thực tế của mặt đường BTXM nhiều khi lớn hơn dự kiến khi thiết kế. - 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 ẩm và nhiệt, cường độ không những không bị giảm mà có giai đoạn còn tăng theo thời gian (không có hiện tượng bị lão hoá như mặt đường BTN). - Có khả năng chống bào mòn, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, an toàn cho xe chạy, mặt đường BTXM có mầu sáng nên thuận lợi cho việc chạy xe ban đêm. - Chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp. - Do thời gian phục vụ tương đối dài, chi phí duy tu bảo dưỡng thấp, nên tổng giá thành xây dựng và khai thác của mặt đương bê tông xi măng có cao nhưng không cao hơn nhiều so với mặt đường BTN. b) Nhược điểm: - Mặt đường BTXM 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 doanh, khai thác (xe chạy không êm thuận). Khe nối lại là chỗ yếu nhất của mặt đường BTXM khiến cho chúng dễ bị phá hoại ở cạnh và góc tấm. - Sau khi xây dựng xong, phải bảo dưỡng một thời gian mới cho phép thông xe, do vậy ít thích hợp đối với trường hợp nâng cấp mặt đường cũ, cần đảm bảo giao thông. - Xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao cho các tuyến đường cấp cao và đường cao tốc đòi hỏi phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại và quy trình công nghệ thi công chặt chẽ. Việc trộn BTXM và bảo dưỡng mặt đường đòi hỏi nhiều nước. - Khi mặt đường BTXM bị hư hỏng thì rất khó sửa chữa, trong quá trình sửa chữa rất ảnh hưởng đến việc đảm bảo giao thông. Nâng cấp cải tạo mặt đường BTXM đòi hỏi chi phí cao hoặc phải cào bóc để tăng cường mới bằng BTXM hoặc bê tông nhựa, hoặc phải tăng cường lớp bê tông nhựa khá dày để tránh nứt phản ánh. - Chi phí xây dựng ban đầu đối với mặt đường BTXM cao hơn so với mặt đường bê tông nhựa và các loại mặt đường khác. - Hao mòn lốp xe khi vận hành hơn so với mặt đường bê tông nhựa. 7 1.2. Sự nứt của mặt đường bêtông xi măng: Các dạng nứt của mặt đường bê tông a) Nứt nẻ Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong xây dựng. Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là khả năng chịu uốn kém của bê tông. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông. Vết nứt thường xuất hiện khoảng vài giờ sau khi đổ bê tông, trong khi bê tông còn ở trạng thái dẻo và cường độ của bê tông do thủy hóa xi măng gần như không đáng kể. Theo thời điểm hình thành, vết nứt trong bê tông có thể phân thành 2 loại chính sau: - Vết nứt hình thành trong quá trình cố kết của bê tông do tốc độ cố kết khác nhau của các thành phần bê tông và do sự ngăn cản cục bộ bởi cốt thép hay các cốt liệu lớn. Các vết nứt dạng này thường xuất hiện khoảng nửa giờ đến 3 giờ sau khi đổ bê tông. - Vết nứt hình thành trong quá trình co ngót của bê tông khi sự co ngót này bị ngăn cản bởi sự co ngót không đều gây mất ổn định thể tích. Các vết nứt dạng này có thể xuất hiện song song và cách nhau từ 100-600mm, nhưng thông thường không theo khuôn mẫu nào cố định. Chiều dài vết nứt có thể từ 0,25-2m, và thông thường khoảng 300600mm. Bề rộng vết nứt tại bề mặt có thể đến 3mm (hình 1.2). Tuy nhiên, dưới tác động của hiện tượng co ngót sau này của kết cấu bê tông, chúng có thể phát triển xuyên suốt chiều dày mặt đường. [2] Hình 1.2. Vết nứt nẻ b) Rạn nứt Xuất hiện dưới dạng 1 mạng lưới các vết nứt trên bề mặt bê tông có kích thước tương đối nhỏ với chiều dài mỗi vết nứt dưới 50mm, khó quan sát được khi bê tông khô. (hình 1.4) Ngay trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cường độ, khi hình thức thời tiết không thuận lợi cho quá trình co ngót và dưỡng ẩm bê tông như độ ẩm thấp, nhiệt độ 8 không khí cao, gió hanh khô hoặc tổng hợp của các yếu tố trên là nguyên nhân thúc đẩy quá trình thoát nước bề mặt, trong khi đó bê tông vẫn cần hàm lượng nước nhất định để quá trình thủy hóa xảy ra. Đây là nguyên nhân chính thúc đẩy sự hình thành của các vết rạn nứt. Hiện tượng này thường không ảnh hưởng nghiêm trọng tới khả năng làm việc của kết cấu bê tông vì các vết rạn nứt thường không sâu và chưa vào tới cốt thép. Thuật ngữ “nứt chân chim’’ thường được sử dụng để mô tả khuyết tật này.[3] Hình 1.3. Vết rạn nứt (chân chim) c) Nứt ngang mặt đường: Nứt ngang ở mặt đường BTXM hình thành ở thời kỳ tuổi non ngay sau khi thi công, hoặc hình thành trong nhiều năm sau đó do dự mỏi (hình 1.4). Nứt ngang hình thành do sự thay đổi có giới hạn của thể tích. Khi các chuyển vị bên trong bị cản trở bởi sức cản lớp móng và tải trọng bản thân tấm bê tông. Nứt ngang ở tuổi non hình thành vì cường độ bê tông tuổi non không đủ cường độ như ở tuổi trưởng thành nên nó nhạy cảm hơn đối với sự phá hoại của ứng suất kéo.[2] Hình 1.4: Vết nứt ngang d) Nứt góc ở mặt đường: Trong suốt thời kỳ tuổi non, vồng sớm từ trên xuống và co ngót do mất nước là các hình thức chủ yếu cho việc hình thành nứt vỡ góc (hình 1.5). Trong quá trình làm việc dài hạn của mặt đường do tác động của tải trọng và sự thay đổi hình thức thời tiết, từ các 9 vết nứt nhỏ ban đầu và yếu tố vồng sớm của mặt đường sẽ là hình thức thuận lợi để nứt góc hình thành[16]. Hình 1.5: Vết nứt góc e) Nứt vỡ theo lớp: Sự hình thành các mặt phẳng tách lớp là hệ quả của tác động do thời tiết cùng với tải trọng giao thông (hình 1.6). Ở tuổi non sẽ gây ra ứng suất kéo ở vùng bê tông phân lớp và cuối cùng gây ra sự nứt vỡ tiếp diễn ở mặt đường. Chiều sâu của sự phân lớp phụ thuộc vào tốc độ bay hơi ở tuổi non. Tốc độ bay hơi cao ở tuổi non dẫn đến chiều sâu phân lớp lớn hơn.[4] Hình 1.6: Vết nứt vỡ 1.3. Các yếu tố gây nứt trong giai đoạn thi công 1.3.1. Trước khi ninh kết - co ngót dẻo Vết nứt trong bê tông ở trạng thái dẻo thường xuất hiện khoảng vài giờ sau khi đổ bê tông, khi bê tông còn ở trạng thái dẻo và cường độ bê tông do thủy hóa xi măng rất nhỏ gần như không đáng kể. Chúng thường là vết nứt ngắn và không có quy luật dài từ vài centimet đến dưới 1 mét. Khẩu độ vết nứt đa dạng. Các vết nứt xuất hiện khi tốc độ bay hơi lớn hơn tốc độ cung cấp nước, thể tích bê tông bị co lại. Sự co này gây ra ứng 10 suất kéo trong bê tông tươi dẫn đến hình thành vết nứt.[3] 1.3.2. Trong khi ninh kết và rắn chắc - các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại Nứt do sốc nhiệt xảy ra khi thi công trong hình thức nắng nóng, nhiệt độ không khí trên 320C[16]. Khi thời tiết nắng nóng làm tăng tốc độ thủy hóa của ximăng bởi nhiệt độ không khí và nhiệt độ cao ban đầu của hỗn hợp bê tông dẫn đến lượng nhiệt đáng kể hình thành trong những giờ đầu sau khi đổ. Thời gian đông kết phù hợp của BTXM không được bảo đảm. Sự hình thành lượng nhiệt cao hơn trong hỗn hợp bê tông làm tăng mất mát trong độ ẩm bê tông, tăng co ngót do mất nước khi đó các vết nứt hình thành.[19] 1.3.3. Hình thức bảo dưỡng Mặt đường bê tông xi măng sau khi hoàn thiện sẽ chịu tác động của bức xạ mặt trời, độ ẩm, gió, nhiệt độ không khí làm cho nước trong bê tông bị bốc hơi làm suy giảm cường độ, gây ra nứt do co ngót, nở và nứt tuổi sớm (hình 1.7). Hình 1.7: Sơ đồ quá trình mất nước của mặt đường BTXM Độ ẩm trong vật liệu bê tông bao gồm 2 phần: Một phần là nước cấu tạo hoặc nước liên kết hoá học trong sản phẩm thủy hóa vữa xi măng và phần khác là nước chứa trong cấu trúc lỗ rỗng của sản phẩm thủy hóa hydrat canxi silic(C-S-H).[20] Tổng các phần này tương đương với hàm lượng nước tổng cộng trong vữa. Ảnh hưởng của độ ẩm trong mặt đường bê tông được thể hiện qua trạng thái co ngót khô và từ biến. Các đặc điểm trạng thái này làm tấm bê tông uốn vồng, hình thành nứt tuổi sớm, nứt vỡ lớp mặt. Bê tông đông cứng trong giai đoạn đầu không đủ cường độ chịu kéo uốn để chống lại ứng suất uốn gây ra bởi sự co thể tích bề mặt bê tông do bay hơi. Vì vậy, nứt có thể phát triển trên bề mặt mặt đường vì mất nước do bay hơi. Do đó công tác bảo dưỡng là một vấn đề quan trọng đối với mặt đường bê tông xi măng.