Luận án Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước, ứng dụng trong công trình giao thông
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 nước2
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
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án 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. T ... nước mưa, thì việc chứa nước mưa có thể tiến hành ngay trên bề mặt áo đường với kết cấu bao. Một dạng thiết kế áo đường BTRTN phổ biến được sử dụng bao gồm việc sử dụng nhiều lớp đất lọc. Sơ đồ được nêu trong cuốn sổ tay xử lý nước mưa của bang Georgia [74], bao gồm việc sử dụng một lớp lọc trên lớp trữ nước, và lớp trữ nước này lại ở trên một lớp lọc khác; cuối cùng là lớp vải địa kỹ thuật và lớp nền đất. Một giải pháp nữa thiết kế áo đường BTRTN xử lý nước mưa bao gồm cả việc lắp đặt hệ thống ống thoát nước ngầm. Trong phương pháp này, nước ngầm tích trữ vẫn bị hạn chế bởi các điều kiện nền đất. Lớp áo đường BTRTN được đặt trên các ống thoát nước trên đó có đục các lỗ; các ống thoát nước rỗng này được đặt ở đáy của lớp đá base. Nước mưa thoát xuống qua lớp áo đường, qua lớp đá base và sẽ vào các ống thoát nước rỗng. Từ đó, nước mưa được thoát vào các khu vực sử lý nước. Hiệu suất xử lý nước của hệ thống này có thể lên đến 66%. Các sơ đồ trữ nước ngầm khác gồm có việc sử dụng các giếng khoan được đắp bởi cấp phối hạt gián đoạn, chảy qua lớp đất sét tới các địa tầng rỗng khác. Thiết kế tiêu biểu của hệ thống này bao gồm một lớp đá base cấp phối hạt gián đoạn nằm trên lớp đất mịn. Các giếng được đặt tuần tự để đạt được khả năng trữ nước hợp lý. Nền đất nên được làm dốc để dẫn nước đến các giếng. hiệu suất xử lý của hệ thống này tương đương với thiết kế có ống thoát nước ngầm. hệ số trữ có thể cao hơn. PL4 Nhiều phương pháp thiết kế sử dụng đều có mục đích thoát lượng nước thừa, tăng khả năng chứa, và tăng thể tích thoát nước gồm có: - Đặt các ống thoát nước rỗng ở phái trên của lớp đã trữ nước để thoát lượng nước sau khi lớp trữ nước đầy; - Trữ nước ngay trên lớp mặt của bãi đỗ xe, hồ điều hòa, hồ chứa - Thêm các lớp cát, và ống thoát nước rỗng dưới lớp trữ nước để lọc nước - Đặt các bể chứa nước hoặc hầm chứa dưới các lớp để chứa nước mưa, tái sử dụng. Hình 1. Kết cấu bê tông thoát nước theo mô hình bang Georgia [74] PL5 Hình 2. Một số dạng kết cấu bê tông thoát nước trong thực tế 2. Tính toán thiết kế các lớp kết cấu để đảm bảo khả năng thoát nước và giữ nước Thông số đầu vào: Kết cấu đường phải trữ dòng nước có chiều cao tương đương 13 mm và xử lý được lượng nước này trong vòng 72 tiếng sau cơn bão. Thể tích trữ nước yêu cầu Vr của kết cấu đường được tính theo công thức : Vr = Lượng mưa (mm) × A × 1 (m)/1000 (mm) (m3) Vr = 13 (mm) × A × 1 (m)/1000 (mm) = 0.013 A (m3) Với Vr = thể tích bê tông thoát nước, m3; và A = diện tích mặt đường Hiệp hội bê tông và sản phẩm bê tông Florida đưa ra đề nghị rằng khả năng trữ nước của kết cấu mặt đường bê tông thoát nước trên nền đất cát phải gồm cả độ rỗng của lớp nền phía trên mực nước ngầm theo mùa. Thể tích này được tính theo công thức: Vp = A × d1 × p1/100 Vs = A × d2 × p2/100 Trong đó: Vp: thể tích chứa nước của lớp áo đường, m3 Vs : thể tích chứa nước của lớp nền, m3 A : diện tích lớp mặt, m2 d1 :chiều dày áo đường, m d2 : chiều dày của lớp nền, m p1 : độ rỗng của áo đường, % p2 : độ rỗng của lớp nền, % PL6 Sau khi tính toán thể tích bê tông rỗng thoát nước (thể tích trữ nước) Vr rồi so sánh với tổng thể tích chứa nước lớp nền Vs và thể tích chứa nước lớp bê tông Vp, thì kết quả so sánh có thể âm, thì không cần điều chỉnh thêm, hoặc dương, thì cần tính toán lại lớp trữ nước. Lớp đá base có cấp phối hạt theo đường số 57 (ASTM C33) [16] với độ rỗng khoảng 30% thường được tính thêm vào. Cuốn sổ tay hướng dẫn của Hiệp hội bê tông và sản phẩm bê tông Florida [109] còn đưa ra một giải pháp khác tính toán khả năng trữ nước của bãi đỗ xe, lượng nước mưa, và thời gian thoát nước sau bão. Theo phương pháp Hội đồng vùng Atlanta (ARC), (trích Sổ tay Phòng chống bão lũ bang Georgia) [74]. Yêu cầu thiết kế và yêu cầu kỹ thuật Mặt cắt trong tài liệu của ARC thường bao gồm 4 lớp, như được mô tả ở hình trên. Lớp cốt liệu có nhiệm vụ trữ nước có thể không cần thiết trong trường hợp nền cát. Mỗi lớp được mô tả dưới đây: • Lớp bê tông rỗng thoát nước —Lớp bê tông này thường có chiều dày từ 100 đến 300 mm, phụ thuộc vào yêu cầu chịu lực và yêu cầu thiết kế áo đường. BTRTN có độ rỗng từ 12 đến 35%, tùy vào yêu cầu thiết kế. • Lớp lọc trên—Lớp này gồm lớp đá dăm (kích thước hạt 13mm) với bề dày từ 25 đến 50 mm, lớp này có thể gộp chung với lớp trữ nước bằng cách sử dụng loại đá hợp lý; • Lớp trữ nước —Là lớp sỏi thiên nhiên có kích thước từ 38 đến 64 mm với độ rỗng xấp xỉ 40% Chiều dày của lớp này phụ thuộc vào yêu cầu trữ nước, vốn phụ thuộc vào tốc độ thấm và độ rỗng của lớp nền; và thường vào khoảng từ 0,61 đến 1,2 m. Lớp này có chiều dày tối thiểu là 230 mm. Lớp này thường được thiết kế sao cho có thể thoát hoàn toàn nước trong vòng 48 tiếng. Lớp trữ nước được thiết kế để chứa được Thể tích nước mưa (WQv). • Lớp lọc đáy—có thể là lớp cát với chiều dày 150 mm hoặc lớp đá dăm (kích thước 13 mm) với chiều dày 50 mm, nhằm tăng quá trình ngấm nước trên toàn bộ PL7 diện tích. Lớp này giúp ổn định lớp trữ nước, bảo vệ lớp nền khỏi các tác động nén từ trên, và là lớp liên kết giữa lớp trữ nước phía trên với lớp vải địa kỹ thuật phía dưới • Lớp vải địa kỹ thuật—Lớp vải địa kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn cản đất thấm ngược lên phía trên lớp trữ nước, làm giảm khả năng trữ nước. Tổng thể tích rỗng của các lớp tối thiểu phải bằng thể tích nước lũ. Các lớp chứa nước gồm có lớp áo đường, lớp trữ nước và lớp nền. Ví dụ tính toán Một bãi đỗ xe có diện tích là 6070 m2 có yêu cầu thiết kế hệ thống xử lý nước mưa lũ sử dụng BTRTN có các số liệu yêu cầu như sau: • Khoan thăm dò cho biết khoảng cách đến mực nước ngầm là 1,5 m • Lớp đất nền là đất cát pha sét với hệ số thoát nước là k = 25,9 mm/giờ; và • Chiều dày của lớp bê tông rỗng thoát nước tối thiểu là 75 mm Thể tích nước mưa lũ WQv Rv = 0,05 + 0,009I (với I = 100%) Rv = 0,95 với Rv hệ số dòng nước, và I là phần trăm lớp không thấm nước WQv = 30,5 × Rv × A × 1 (m)/1000 (mm)( m3) = 30,5 × 0,95 × 6070 m2 × 1 (m)/1000(mm) = 175,9 m3 Diện tích lớp mặt Lớp BTRTN có độ rỗng 18% và lớp sỏi có độ rỗng 32% Toàn bộ kết cấu được thiết kế để thoát hoàn toàn nước mưa lũ từ 24 đến 48 tiếng sau khi mưa. Thời gian chứa đầy nước T=2 tiếng. Chọn lớp sỏi có bề dày là 0,91 m, diện tích lớp mặt thoát nước được xác định theo công thức: A = WQv/(ngdg + kT/1000 + npdp) = 175,9 m3/(0,32 × 0,91 m + 25,9 mm/h × 2 h/1000 + 0,18× 0,075 m) = 493 m2 PL8 Trong đó: A = diện tích lớp mặt , (m2) WQv = thể tích nước mưa lũ, (m3) n = độ rỗng (g của lớp sỏi, p của lớp bê tông) d = chiều sau của các lớp (g của lớp sỏi, p của lớp bê tông), (m) k = Hệ số thoát nước, mm/h T = thời gian chứa nước, giờ. Kiểm tra thời gian thoát nước Chiều dày = 910 mm + 75 mm = 985 mm Hệ số thoát nước của BTRTN đạt yêu cầu. PL9 Phụ lục 3. Tính toán khả năng chịu tải của lớp áo mặt đường từ BTRTN Hiện nay chưa có phương pháp cụ thể để kiểm tính khả năng chịu tải của BTRTN, tác giả dựa theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT (kiểm tính đối với mặt đường là bê tông xi măng) để tính toán như sau: 1. Số liệu đầu vào a. Đường nội bộ, tương đương cấp IV làm mới hai làn xe; b. Tải trọng trục tiêu chuẩn Ps = 100 kN (để tính mỏi); c. Qua điều tra, dự báo trên đường có trục xe nặng nhất Pmax = 150kN thông qua (Vẫn xét đến trường hợp có xe có tải trọng nặng đi qua nhưng với số lượng nhỏ nên ta vẫn xét Pmax=150kN); d. Số lần tác dụng quy đổi về trục xe tiêu chuẩn Ps=100kN tích lũy là Ne=104 lần/làn trong thời hạn phục vụ thiết kế 15 năm (Quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nhẹ). 2. Kết cấu mặt đường a. Tầng mặt BTXM dầy 0.20m, cường độ kéo uốn thiết kế fr = 40 MPa, tra bảng 11 trong QĐ 3230 có trị số mô đun đàn hồi tính toán Ec=29GPa; hệ số poisson c= 0,15; sử dụng cốt liệu đá vôi nên theo bảng 10 trong QĐ 3230 lấy hệ số dãn nở nhiệt c = 7.10-6/°C. b. Tấm BTXM có kích thước 4mx3m; c. Lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm có mô đun đàn hồi bằng 300MPa dự kiến dày 0,20m đặt trực tiếp trên nền đất; không cần thiết kế lớp móng dưới vì quy mô giao thông thuộc cấp nhẹ. d. Nền đất có mô đun đàn hồi bằng 40MPa. 3. Kiểm toán kết cấu dự kiến theo chỉ dẫn a. Theo công thức (8-8). tính toán Ex với một lớp móng trên h1 = 0,2m; E1=300MPa. MPa h Eh h Eh E n i n ii x 300 .. 2 1 1 2 1 1 2 1 2 PL10 b. Theo (8-10): hx = 11 0,2 . n ih h m c. Theo (8-9): = 0,86+0,26lnhx = 0,86+0,26ln0.2 = 0,44 d. Theo (8-7): 0,44 300 . .40 97.37 . 40 x t o o E E E MPa E =9 , Pa e. Theo (8-6): 3 3 2 2 29000 0,21 22.896 12 1 12 1 0,15 c c c c E h D = 29000×0,23 12(1−0,152) = , 96 MN.m; 1/3 1/3 22.896 1.21 1,21. 0,747 97.37 c t D r E , m; g. Tính ứng suất do tải trọng xe: - Theo (8-6) tính ps với Ps =100 kN ps = 1,47 x 10-3 x r0,70 x hc-2 x Ps0-94 = 1,47x10-3x0,7470,70x0,2-2x1000,94 = 1,94 MPa; - Theo (8-6) tính ứng suất ps với Ps = Pm = 150 kN; thì ps = pm = 1,47 x 10-3 x r0,70 x hc-2 x Ps0,94 = 1,47x10-3x0,7470,70x0,20-2x1500,94 = 2,48 MPa; - Theo (8-5) tính được: pr = kr . kf . kc . ps trong đó kr = 1 (lề đất); kc = 1,0 đường cấp IV); 057,0 ef Nk từ đó có: pr = kr . kf. kc. ps = 1,0x1,69x1,0x1,94= 3,278 MPa; - Theo (8-15) tính được pmax = kr.kc.pm=1,0x1,0x2,48=2,48 MPa; h. Tính ứng suất nhiệt theo điều 8.3.6 [7] 4 1.785; 3. 3.0,747 L t r = , ChtShttt tChttSht CL .sin.cos sin.cos. 1 1.785.cos1.785 1.785.sin1.785 1 0,726; cos1.785.sin1.785 1.785 1.785 sh ch sh ch BL = 1,77.e-4,48.hc. CL – 0,131 (1 - CL)= 1,77. e-4,48.0,21x0,726 -0,131 (1 -0,726) = 0,466; L gccc t B TEh . 2 ... max = 510 .0,2.29000.86 .0,466 1.22 2 , MPa Với Tg = 86°C/m. PL11 - Tính hệ số mỏi nhiệt kt theo (8-19)[6] 1,287 max max 4.5 1.22 0,871 0.071 0,337; 1.22 4.5 tb tr t t t t r f k a c f 0,337 - Theo (8-16) tính được ứng suất nhiệt gây mỏi: tr = kt. max = 0,337x1,22 = 0,41 MPa i. Kiểm toán các điều kiện giới hạn: Tuyến đường thiết kế thuộc cấp IV nên lấy độ tin cậy r = 1,04 từ đó: - Theo điều kiện (8-1) r (pr + tr) ≤ fr hay 1,04x(3,276+0,41) = 3,84MPa ≤ 4,0 MPa; - Theo điều kiện (8-2) r (pmax + tmax) ≤ fr hay 1,04x(2,48+1,22) = 3,85 MPa ≤ 4,0 MPa; Kết luận: Kết cấu mặt đường BTRTN gồm: 20cm tầng mặt BTRTN, lớp móng cấp phối đá dăm dày 20cm đạt được các điều kiện giới hạn cho phép. PL12 Phụ lục 4. Kết quả thí nghiệm PL13 PL14 PL15 PL16 PL17 PL18 Phụ lục 5. Hình ảnh thí nghiệm thực tế Trộn HHBT tại phòng thí nghiệm HHBT sau khi trộn Thí nghiệm xác định lượng hồ CKD dư Mẫu trước khi thử cường độ nén Mẫu trước khi thử tính thấm PL19 Thí nghiệm xác định cường độ Mặt bằng khu vực thử nghiệm Thi công hỗn hợp bê tông PL20 Đúc viên gạch dạng lục giác Công trình sau khi hoàn thành Công tác kiểm tra tại hiện trường
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_che_tao_be_tong_rong_thoat_nuoc_ung_dung.pdf
- 2. Trích yếu LATS, NV Đồng.pdf
- 3. Tóm tắt LA, NV Đồng - Tiếng Việt.pdf
- 4. Tóm tắt LA, NV Đồng - Tiếng Anh.pdf
- 5. Thông tin đóng góp của LA, NV Đồng - Tiếng Việt.pdf
- 6. Thông tin đóng góp của LA, NV Đồng - Tiếng Anh.pdf