Mặt đường cấp phối đá dăm gia cố xi măng tro bay phủ vữa nhựa dùng cho đường ít xe

TS. Trần Ngọc Huy Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải. Người phản biện: PSG. TS. Nguyễn Hữu Trí TS. Nguyễn Minh Khoa

TÓM TẮT: Những năm gần đây, những nghiên cứu ứng dụng vật liệu, kết cấu mới trong nước thường được tập trung cho các tuyến đường ô tô cấp cao mà chưa quan tâm nhiều đến các tuyến đường cấp thấp (đường ít xe), đường giao thông nông thôn (GTNT). Đối với những loại đường này, đòi hỏi kết cấu mặt đường có những ưu thế về chi phí đầu tư, tận dụng đường nguồn vật liệu địa phương và công nghệ thi công đơn giản, đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao. Với mục tiêu nghiên cứu, ứng dụng các loại hình kết cấu phù hợp hơn, đưa khoa học kỹ thuật vào nhằm nâng cao chất lượng, giảm thiểu tính khó trong thi công, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã và đang nghiên cứu thử nghiệm kết cấu mặt đường sử dụng cấp phối đá dăm gia cố xi măng (CPĐDGCXM) tro bay kết hợp láng vữa nhựa - slurry seal (hay còn gọi là bê tông nhựa nguội) cho các tuyến đường có lưu lượng giao thông thấp. Nội dung bài báo tập trung giới thiệu một số kết quả nghiên cứu thử nghiệm trong phòng và hiện trường đối với loại hình kết cấu này.

TỪ KHÓA: Đường giao thông nông thôn, kết cấu mặt đường, xi măng tro bay, cấp phối đá dăm.

ABSTRACT:  In recent years, the research and application of new materials are often focused for the highway systems without much attention to the low-level roads (low-volume roads), rural roads in Vietnam. For this type of road, requires pavement has the advantages of the investment costs and make full use of local materials and simple construction technology With the aim of research and application pavment structures more suitable, bringing science and technology in order to improve quality, reducing the difficulty of construction, Institute of Transport Science and Technology (ITST) has been studying  and testing the pavement structure use flying ash cement treated aggregate crushed stone base combined with slurry seal used for low-volume roads. The content of this article focuses on introducing some test results for this type of structure.

KEYWORDS: Rural roads, pavement, fly ash cement, macadam.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Những năm gần đây, các nhà khoa học đã tích cực nghiên cứu, áp dụng thử nghiệm các vật liệu mới tận dụng tối đa nguồn vật liệu tại chỗ gia cố các chất kết dính như: Chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi, tro bay…), hữu cơ (nhũ tương nhựa đường, con - aid…), các hóa chất (Stein, HRB, LSF, ISS...), gia cố chất kết dính tổng hợp (vôi+xi măng…) dùng cho móng đường ô tô và mặt đường ít xe chạy, đường GTNT.

CPĐDGCXM dùng cho đường ô tô với ưu điểm là cường độ và độ ổn định cao do bản thân cấp phối đá dăm nghiền chèn móc tốt, có độ rỗng nhỏ, liên kết của xi măng sau khi thủy hóa làm cho hỗn hợp đá trở thành một khối tương đối thống nhất, nhược điểm là dễ bị mài mòn và không chịu được tác dụng phá hoại bề mặt trực tiếp của xe chạy, thường được sử dụng làm lớp móng trên trong kết cấu đường ô tô cấp cao hay lớp mặt cho đường ô tô cấp thấp và đường GTNT. Tuy nhiên, nếu sử dụng CPĐDGCXM thường hay xuất hiện nứt do co ngót phản ảnh trực tiếp lên lớp phủ phía trên. Tro bay là một loại puzolan nhân tạo, phế thải mịn thu được từ việc đốt cháy than nghiền ở các nhà máy nhiệt điện. Phụ gia tro bay có tác dụng làm giảm nhiệt thủy hóa, giảm phân tầng, giảm tính thấm nước, giảm nứt co ngót, làm chậm sự đông kết và tăng độ bền của kết cấu sau khi xi măng đông cứng. Ngoài ra, với tính chất của tro bay, nếu chúng chiếm một tỷ lệ hợp lý trong chất dính kết của cấp phối đá dăm sẽ làm tăng độ dính kết, giảm độ phân tầng cho cấp phối đá dăm, tăng cường độ cho vật liệu.

Với đường GTNT trước đây thường không có lớp phủ mặt nên không bền dưới tác động của tải trọng xe cộ và xâm thực của nước mưa. Trong những năm gần đây, lớp phủ mặt trong đường GTNT sử dụng các lớp láng nhựa, carbonco asphalt, vữa nhựa…, trong đó vữa nhựa là hỗn hợp được thiết kế gồm đá mi 70 - 80% (có đường kính hạt đến 1cm), cát vàng 20 - 30% trộn với nhũ tương phân tách chậm tỷ lệ 7 - 9 % theo tổng khối lượng của đá + cát. Chiều dày sử dụng từ 2 - 3cm. Lớp vữa nhựa có ưu điểm chất lượng đồng đều, dính bám tốt, bằng phẳng và kín nước, không bị bong bật, rất thích hợp làm vật liệu lớp mặt (chất lượng bề mặt như BTN rải nóng).

Trong phạm vi đề tài cấp Nhà nước (Mã số: ĐTĐL.2012-T/15), nghiên cứu sử dụng kết cấu gồm “CPĐDGCXM tro bay phủ lớp vữa nhựa” làm mặt đường GTNT nhằm phát huy ưu điểm, khắc phục nhược điểm của các loại vật liệu thông thường tạo nên kết cấu áo đường GTNT có độ bền và hiệu quả kinh tế cao, đồng thời giải quyết được vấn đề môi trường do sử dụng tro bay là một loại phế thải của nhà máy nhiệt điện. Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với kết cấu trên.

2. NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG CPĐDGCXM TRO BAY

Trong phạm vi đề tài, nhóm nghiên tiến hành những nghiên cứu trong phòng đối với vật liệu CPĐDGCXM tro bay như sau:

Bước 1:Xác định các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng các vật liệu thành phần của CPĐDGCXM tro bay (CPĐD, xi măng, tro bay).

Bước 2: Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng hợp lý trong CPĐDGCXM: Đúc mẫu thí nghiệm CPĐDGCXM chưa có tro bay với các tỷ lệ xi măng 4, 5, 6, 7% so với khối lượng CPĐD; lựa chọn hàm lượng xi măng tối ưu là 5%.

Bước 3: Thí nghiệm xác định hàm lượng tro bay hợp lý trong CPĐDGCXM tro bay, đúc mẫu thí nghiệm CPĐDGCXM có tro bay (5% xi măng và tro bay so với khối lượng của cốt liệu) với hàm lượng tro bay là 15, 20, 25, 30% so với khối lượng xi măng; lựa chọn kết cấu CPĐD gia cố xi măng tro bay 25% để tiến hành áp dụng thử nghiệm.

Chi tiết các công tác nghiên cứu trong phòng CPĐDGCXM tro bay thể hiện ở Bảng 2.1:

Bảng 2.1.Công tácnghiêncứu trong phòng CPĐDGCXMtro bay

TT	Hạng mục	TT	Hạng mục
1	Thí nghiệm các đặc trưng cơ lý của các vật liệu thành phần
a	Cấp phối đá dăm	b	Xi măng (TCVN 6260:2009)
	- TN thành phần hạt (AASHTO T27)		- Xác định thành phần hóa học
	- TN giới hạn chảy, giới hạn dẻo (AASHTO T89&T90)	c	Tro bay(TCVN6882;6260/1997, ASTM: C618 - C311)
			- Xác định thành phần hóa học
2	Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng hợp lý trong cấp phối đá dăm gia cố xi măng TCVN 8858:20	3	Thí nghiệm xác định hàm lượng tro bay hợp lý trong cấp phối đá dăm gia cố xi măng tro bay TCVN 8858:2011
	- Thiết kế hỗn hợp,đúc mẫu CPĐD GCXMtheo hàm lượng xi măng 4, 5, 6, 7%.		- Thiết kế hỗn hợp, đúc mẫu CPĐD GCXM tro bay (5% xi măng+tro bay), hàm lượng tro bay: 10, 20, 25, 30% so với khối lượng xi măng.
	+ TN đầm chặt tiêu chuẩn (ASHTO T180D);		+ TN đầm chặt tiêu chuẩn (ASHTO T180D);
	+ TN cường độ chịu nén (Rd) sau 7 ngày (22TCN 59 - 84)		+ TN cường độ chịu nén (Rd) sau 7, 14 ngày (22TCN 59 - 84)
	+ TN cường độ ép chẻ (Rc) sau 7 ngày (TCVN 8862 - 11)		+ TN cường độ ép chẻ (Rc) sau 7, 14 ngày(TCVN 8862 - 11)

2.1. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng các vật liệu thành phần của CPĐDGCXM tro bay

2.1.1. Cấp phối đá dăm

Lấy mẫu cấp phối đá dăm tại mỏ sản xuất Dmax = 37,5mm, được nghiền sàng từ đá gốc có cường độ nén tốt (tối thiểu 40 - 60MPa) trữ lượng đảm bảo khai thác phục vụ thi công công trình. Mẫu được lấy tại 4 vị trí khác nhau, đem trộn lại thành mẻ đá đem về phòng thí nghiệm. Mẫu đá được lấy đại diện, khách quan đảm bảo các yêu cầu TCVN 8858:2011.

Bảng 2.2.Các chỉ tiêu thí nghiệm cấp phối đá dăm

Thí nghiệm phân tích thành phần hạt
Cỡ sàng - Sieve size	mm	37,5	19,0	2,36	0,075
Phần trăm lọt sàng - Percent passing	%	100	78,5	22,7	5,6
TCVN 8858 : 2011	Min	95-100	58-78	15-30	12-Feb
Thí nghiệm xác định giới hạn chảy, giới hạn dẻo
Độ ẩm giới hạn chảy - Liquid limit (LL)	%	17,5	-
Độ ẩm giới hạn dẻo -  Plastic limit (PL)	%	13,5	-
Chỉ số dẻo - Plastic index (PI)		4,0	≤ 6.0

 

Hình 2.1: Thí nghiệm trong phòng cấp phối đá dăm

2.1.2. Xi măng

Xi măng Nghi Sơn PCB30 có khối lượng riêng là 3,1g/cm³. Tỷ diện bề mặt đạt 2.755cm²/g, thời gian bắt đầu ninh kết là 123 phút, thời gian kết thúc ninh kết là 210 phút, độ nghiền mịn là 4,0%, độ dẻo tiêu chuẩn N/X là 27%. Các yêu cầu tuân theo TCVN 6260:2009.

Bảng 2.3. Thành phần hóa học của xi măng

Thành phần hóa học, %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O
18,67	4,56	2,94	62,72	1,76	2,32	0,54

2.1.3. Tro bay

Tro bay là chất thải của các nhà máy nhiệt điện, hiện nay tại Việt Nam đã có các đơn vị thực hiện tái chế lượng chất thải này thành các vật liệu xây dựng sử dụng trong xây dựng công trình giao thông… Việc đưa tro bay vào thành phần chất gia cố của CPĐDGCXM nhằm nghiên cứu mức độ cải thiện độ dính kết, giảm độ phân tầng, tăng cường độ của vật liệu. Trong việc thực hiện thử nghiệm, nhóm nghiên cứu lựa chọn sử dụng tro bay nhiệt điện Phả Lại đã được xử lý có các tiêu chuẩn đạt theo Tiêu chuẩn TCVN 6882; 6260/1997, ASTM: C618 - C311, độ ẩm (W) ≤ 3%, mất khi nung (MKN) ≤ 6%, Si2O + Al2 + Fe2O3 ≥ 75%; SO3 ≤ 5%, chỉ số hoạt tính: 7 ngày và 28 ngày ≥ 75%.

Bảng 2.4. Thành phần hóa học của tro bay

Độ mịn trên sàng 45μm (%)	MKN(LOJ)	Ẩm	SiO2	FeO2	Al2O3	SO2
	(%)	(%)
22,70	3,98	0,08	57,36	6,70	23,58	0,11

2.2. Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng hợp lý trong hỗn hợp CPĐDGCXM

Tiến hành thiết kế hỗn hợp CPĐDGCXM với thành phần xi măng lần lượt là 4, 5, 6, 7% so với tổng khối lượng cốt liệu.

Tiến hành thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp CPĐDGCXM theo tỷ lệ thiết kế. Căn cứ trên kết quả thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn, tiến hành chế bị mẫu để xác định chỉ tiêu cường độ chịu nén Rtheo phương pháp 22TCN 59 - 84, chỉ tiêu ép chẻ R_ec phương pháp TCVN 8862 - 1.

Việc chế bị mẫu nén hình trụ, mẫu ép chẻ theo TCVN 8858:2011. Mẫu nén hình trụ có đường kính 152mm, cao 117mm và được tạo mẫu sau khi trộn cấp phối với xi măng để 2 giờ ở độ ẩm tốt nhất với khối lượng thể tích khô lớn nhất (cối proctor cải tiến) quy định tại 22TCN 333-06). Mẫu ép chẻ cũng được chế tạo sau khi trộn cấp phối với xi măng được 2 giờ với độ ẩm, độ chặt giống như mẫu nén và bảo dưỡng như mẫu nén. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở Bảng 2.5:

Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm CPĐDGCXM 4, 5, 6, 7%

Tỷ lệ gia cố xi măng	%	4,0	5,0	6,0	7,0
KLTT khô lớn nhất	g/cm3	2,44	2,46	2,48	2,50
Độ ẩm tối ưu	%	4,78	4,93	4,98	5,02
Cường độ kháng nén trung bình sau 7 ngày	Mpa	4,03	5,26	6,89	8,30
Cường độ ép chẻ trung bình sau 7 ngày	Mpa	0,37	0,54	0,62	0,71

Từ kết quả thí nghiệm, căn cứ trên mối quan hệ giữa dung trọng khô lớn nhất - độ ẩm tốt nhất, cường độ kháng nén - hàm lượng xi măng, cường độ ép chẻ - hàm lượng xi măng của các mẫu có hàm lượng xi măng khác nhau, lựa chọn hàm lượng xi măng thiết kế là 5%.

2.3. Thí nghiệm xác định hàm lượng tro bay hợp lý trong CPĐDGCXM tro bay

Hình 2.2: Biểu đồ quan hệ dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất

Từ kết quả thiết kế lựa chọn hàm lượng xi măng tối ưu trong CPĐDGCXM là 5%, tiến hành thiết kế hỗn hợp CPĐDGCXM tro bay bằng cách thay thế một phần xi măng bằng tro bay, với hàm lượng tro bay là 15, 20, 25, 30% so với khối lượng xi măng.

Đúc các mẫu thí nghiệm CPĐD GCXM tro bay 5% (gồm xi măng và tro bay) theo các hàm lượng tro bay khác nhau 15, 20, 25, 30% (so với khối lượng xi măng). Việc đúc mẫu tiến hành tương tự như đúc mẫu thí nghiệm CPĐD GCXM. Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước rồi đem nén với tốc độ gia tải khi nén là (6±1) KPa/s.

Hình 2.3: Thí nghiệm trong phòng CPĐDGCXM tro bay

Dựa trên mối quan hệ giữa dung trọng khô lớn nhất - độ ẩm tốt nhất, cường độ kháng nén - hàm lượng tro bay trong xi măng, cường độ ép chẻ - hàm lượng tro bay trong xi măng của các mẫu có hàm lượng tro bay khác nhau, lựa chọn hàm lượng tro bay thiết kế là 25% so với khối lượng của xi măng.

Bảng 2.6. Kết quả thí nghiệm CPĐDGCXM tro bay

Tỷ lệ gia cố xi măng tro bay	%		5
Tỷ lệ gia cố tro bay/xi măng	%	0	15	20	25	30
KLTT khô lớn nhất	g/cm3	2,46	2,52	2,54	2,55	2,56
Độ ẩm tối ưu	%	4,93	5,06	5,14	5,22	5,53
Cường độ kháng nén trung bình sau 7 ngày	Mpa	5,26	5,60	5,75	5,90	5,62
Cường độ ép chẻ trung bình sau 7 ngày	Mpa	0,54	0,47	0,58	0,72	0,61
Cường độ kháng nén trung bình sau 14 ngày	Mpa	6,82	8,86	9,26	11,12	9,75
Cường độ ép chẻ trung bình sau 14 ngày	Mpa	0,80	1,20	1,25	1,30	1,30

Hình 2.4: Biểu đồ quan hệ cường độ kháng nén, cường độ ép chẻ 7, 14 ngày tuổi với hàm lượng tro bay trong xi măng

 

2.4. Tổng hợp kết quả thí nghiệm, nhận xét, đánh giá

- Tiến hành công tác chế bị mẫu, thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý sau 7 ngày tuổi của các mẫu CPĐDGCXM với hàm lượng xi măng lần lượt là 4, 5, 6, 7% (TCVN 8858:2011). Từ yêu cầu đối với đường GTNT, lựa chọn hàm lượng xi măng thiết kế là 5%.

- Tiến hành công tác chế bị mẫu, thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý sau 7 và 14 ngày tuổi của các mẫu CPĐDGCXM + tro bay với hàm lượng xi măng + tro bay là 5 % so với khối lượng cốt liệu, hàm lượng tro bay 15, 20, 25, 30% so với khối lượng xi măng (TCVN 8858:2011).

Theo như kết quả thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ của mẫu CPĐDGCXM tro bay có cải thiện đáng kể so với mẫu CPĐDGCXM, thậm chí các cường độ này ở 7 ngày tuổi đã đạt được yêu cầu cường độ theo TCVN 8858:2011 (yêu cầu cường độ của CPĐDGCXM sau 14 ngày tuổi phải có cường độ giới hạn chịu nén ≥ 4 MPa, cường độ ép chẻ ≥ 0.45MPa). Tuy nhiên, tỷ lệ tro bay/xi măng lớn hơn 25% cho thấy cường độ chịu nén và cường độ ép chẻ có xu hướng giảm. Chính vì vậy, lựa chọn tỷ lệ tro bay thiết kế là 25% (trong 5% xi măng + tro bay).

- Như vậy, CPĐDGCXM tro bay với hàm lượng xi măng và tro bay hợp lý hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của vật liệu làm đường, cường độ hình thành nhanh và cải thiện đáng kể về giá trị, đồng thời sử dụng tro bay vừa mang lại lợi ích kỹ thuật (tạo lớp móng cường độ, độ ổn định cao), lợi ích kinh tế (do giá thành tro bay khá rẻ) và giải quyết được vấn đề môi trường do chất thải của các nhà máy nhiệt điện mang lại.

- Nhóm nghiên cứu kiến nghị CPĐDGCXM tro bay với hàm lượng 5% xi măng + tro bay, 25% tro bay so với khối lượng xi măng là hỗn hợp thiết kế tiến hành áp dụng thử nghiệm tại hiện trường.

3. NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG “VỮA NHỰA”

Vữa nhựa được dùng làm lớp phủ bề mặt, sử dụng nhũ tương nhựa đường ECM60 với 80% cốt liệu bột đá và 20% cát vàng.

3.1. Nhựa đường chế tạo nhũ tương

Bảng 3.1.Các chỉ tiêu thí nghiệm của nhựa chế tạo nhũ tương

Stt	Chỉ tiêu thí nghiệm	Đơn vị	Phương pháp thử	Kết quả	TCVN 7493:2005
1	Kim lún ở 25C	0.1mm	TCVN 7495:2005	67	60-70
2	Độ kéo dài ở 25C	cm	TCVN 7496:2005	>100	≥100
3	Điểm hóa mềm	độ C	TCVN 7497:2005	47,4	≥ 46
4	Độ bám dính với đá	cấp độ	TCVN 7504:2005	4	≥ 3
5	Điểm chớp cháy, cốc mở cleveland	độ C	TCVN 7498:2005	346	≥ 232
6	Độ hòa tan trong tricloetylen	%wt (%)	TCVN 7500:2005	99,98	≥ 99
7	Khối lượng riêng ở 25C	g/cm3	TCVN 7501:2005	1,043	1,0 - 1,05
8	Tổn thất khối lượng gia nhiệt	%wt (%)	TCVN 7499:2005	0,04	≤ 0,5
9	Độ kim lún	%Org	TCVN 7495:2005	70	≥ 75

3.2. Các loại nhũ tương

- Nhũ tương CSS - 1h + 2% Latex

Bảng 3.2.Các chỉ tiêu thí nghiệm của nhựa chế tạo nhũ tương CSS - 1h + 2% Latex 

Chỉ tiêu	Đơn vị	Phương pháp	Kết quả	TCVN 8817-1:2011
Độ kim lún ở 25C		TCVN	67	60-70
	0.1mm	7495:2005
Độ kéo dài ở 25C		TCVN	>100	≥100
	cm	7496:2005
Điểm hóa mềm		TCVN	47.4	Min:46
	DegC (độ C)	7497:2005		(≥ 46)
Độ bám dính với đá	cấp độ	TCVN 7504:2005	4	≥ 3
Điểm chớp cháy, cốc mở cleveland	độ C	TCVN 7498:2005	346	≥ 232
Độ hòa tan trong tricloetylen	%wt (%)	TCVN 7500:2005	99,98	≥ 99
Khối lượng riêng ở 25C	g/cm3	TCVN 7501:2005	1,043	1,0 - 1,05
Tổn thất khối lượng gia nhiệt	%wt (%)	TCVN 7499:2005	0,04	≤ 0,5
Độ kim lún còn lại	%Org	TCVN7495:2005	70	≥ 75

- Nhũ tương CM60:

Bảng 3.3.Các chỉ tiêu thí nghiệm của nhựa chế tạo nhũ tương CM60

Chỉ tiêu	Đơn vị	Phương pháp	Kết quả	TCVN 8817-1:2011
Độ nhớt saybolt furol	s	TCVN 8817-2:2011	22	20-100
Độ ổn định lưu trữ,24h	%	TCVN 8817-3:2011	1,9	max 1(≤ 1)
Lượng hạt quá cỡ thử nhiệm sàng	%	TCVN 8817-4:2011	0,0	max 0.1 (≤ 0.1)
Thử nghiệm trộn với xi măng	%	TCVN 8817-7:2011	1,5	Max 2 (≤ 2)
Hàm lượng dầu	%	TCVN 8817-  9:2011	62,8
Thí nghiệm dư lượng
Độ kim lún	0,1mm	TCVN 7495:2005	79	40-90
Độ kéo dài ở 25oC	cm	TCVN 7496:2005	>40	Min: 40 (≥ 40)
Độ hòa tan trong tricloetylen	%	TCVN 7500:2005	99.8	Min: 97.5(≥  97.5)

3.3. Cốt liệu (bột đá, cát vàng)

- Bột đá, cát vàng có các chỉ tiêu thí nghiệm:

Bảng 3.4.Các chỉ tiêu thí nghiệm của bột đá, cát vàng

Thí nghiệm thành phần hạt của bột đá
Cỡ sàng	mm	3	2	1.5”	1”	¾”	3/8”	No4	No8	No30	No50	No200	<0,075 mm
Phần trăm lọt sàng	%	100	100	100	96,4	71,1	44,7	28,0	18,8	13,3	10,1	8,1	7,9
Thí nghiệm thành phần hạt của cát vàng
Phần trăm lọt sang	%	100	100	100	99,5	92,1	79,5	75.5	47,3	20,1	4,1	2,1	2,0

- Thiết kế hỗn hợp:

Bảng 3.5.Các chỉ tiêu thí nghiệm của hỗn hợp nhũ tương và cốt liệu

Mẫu	Loại nhũ tương	Thiết kế hỗn hợp Cốt liệu/nhũ tương		Nước (%)	Nhũ tương (%)	Kết quả
1	ECM60	80/20		1,5	8	Kém
2	ECM60	80/20		1,5	9	Khá
3	ECM60	80/20		2	9	Tốt - lựa chọn

Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm thiết kế hỗn hợp vữa nhựa

Lớp vữa nhựa là lớp mặt có nhiều ưu điểm: Nhũ tương được trộn đều và bọc kín hết các hạt cốt liệu, do đó chất lượng bề mặt đồng đều. Lớp mặt nhựa Colas dính bám tốt với lớp móng bên dưới, bằng phẳng và kín nước, không bị bong bật rất thích hợp làm vật liệu lớp mặt. Hơn nữa, công nghệ thi công đơn giản, người dân hoàn toàn có thể tự tổ chức thi công được; đồng thời do không phải đun nấu nhựa nóng nên không gây ô nhiễm môi trường và an toàn cho người lao động. Tuy nhiên, lưu ý quá trình thi công lớp vữa nhựa cần thời gian thông xe 3 - 5 ngày và chất lượng nhũ tương do nhà thầu cung cấp cần được kiểm soát chặt chẽ.

4. ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG KẾT CẤU CPĐDGCXM TRO BAY PHỦ LỚP VỮA NHỰA LÀM ĐƯỜNG GTNT

Với những đặc tính của vật liệu lớp móng CPĐDGCXM tro bay và lớp phủ mặt “vữa nhựa”, nhóm nghiên cứu quyết định đề xuất tiến hành áp dụng thử nghiệm kết cấu trên trong xây dựng đường GTNT có lưu lượng xe thấp.

4.1. Lựa chọn đoạn đường thử nghiệm

Nhóm nghiên cứu Đề tài tiến hành khảo sát, lựa chọn đoạn đường L = 200m, bề rộng mặt hiện trạng B = 3 - 3,5m là tuyến đường thôn tại tỉnh Hưng Yên để tiến hành thi công xây dựng thí điểm. Hiện trạng tuyến mặt đường CPĐD lẫn gạch vụn và đất dày 15cm. Mặt đường gồ ghề, bất lợi cho phương tiện tham gia giao thông.

Căn cứ vào chức năng tuyến đường, kiến nghị chọn quy mô tuyến đường là đường nông thôn loại B. Quy mô của tuyến đường đồng thời phù hợp với hiện trạng tuyến đường. Hình thức đầu tư: Thi công xây dựng thí điểm.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu như sau:

- Tốc độ thiết kế: V = 10 - 15 km/h;

- Bề rộng mặt đường: 3,0m (lấy bằng mặt đường hiện trạng);

- Bề rộng lề: 0,5 x 2 = 1,0m;

- Bề rộng nền đường: 4,0m;

- Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn: 2,5 T/trục.

4.2. Kết cấu áo đường áp dụng thử nghiệm

Nhóm nghiên cứu đề tài đã đề xuất lựa chọn, áp dụng thử nghiệm kết cấu CPĐDGCXM tro bay, phủ lớp vữa nhựa cho đường GTNT như sau:

 

Kết cấu áo đường đề xuất thử nghiệm (KCI): Chiều dài đoạn tuyến thử nghiệm L = 150m;

- Lớp vữa nhựa 2cm;

- 15cm đá dăm gia cố xi măng + tro bay;

- 10cm vật liệu đất đá thải.

Kết cấu đề xuất đối chứng (KCII), L = 50m

- Láng nhựa 2 lớp, 3kg/m²;

- 15cm CPĐD loại I;

- Xáo xới 10 cm nền đường cũ.

4.3. Công nghệ thi công

Công tác chuẩn bị: Máy móc, thiết bị thi công, nguyên vật liệu đạt yêu cầu (theo chỉ dẫn kỹ thuật của Dự án) được tập kết và kiểm tra tại hiện trường trước khi thi công.

Thi công tại hiện trường: Công tác chuẩn bị nền móng, trộn, rải vật liệu, bảo dưỡng, nghiệm thu… được tiến hành theo đúng TCVN8858:2011 và hồ sơ thiết kế, chỉ dẫn kỹ thuật thi công của dự án, với sự giám sát chặt chẽ của đội ngũ kỹ sư, tư vấn giám sát.

Do công nghệ đá dăm gia cố xi măng + tro bay phủ lớp vữa nhựa là công nghệ hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm, do đó nhà thầu, tư vấn giám sát phải nghiên cứu, nắm vững thiết kế, công nghệ thi công, đồng thời phải phối hợp chặt chẽ với nhóm nghiên cứu để giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình thi công.

Hình 4.1: Mặt đường sau khi thi công vữa nhựa

4.4. Nhận xét đánh giá

Theo kết quả nghiên cứu, giá thành hai loại kết cấu áp dụng thử nghiệm không có chênh lệch nhiều. Nếu so sánh KCI với kết cấu tương tự sử dụng CPĐDGCXM thông thường thì KCI có chi phí thấp hơn trong khi chất lượng kết cấu được cải thiện tốt hơn. Hơn nữa, để thi công lớp cấp phối đá dăm loại l dày 15cm thì công đầm nén là rất lớn, thi công 15cm cấp phối đá dăm loại l gia cố xi măng cũng tương tự.

Cấp phối đá dăm trộn xi măng tro bay cải thiện tính thi công của vật liệu, tăng độ linh động, giảm độ phân tầng của cốt liệu, công đầm giảm, độ dính kết giữa chất kết dính và cốt liệu tăng, lớp móng nhanh chóng hình thành cường độ, công nghệ thi không quá phức tạp, kiểm soát được chất lượng công trình. Lớp vữa nhựa thi công khá đơn giản, liên kết tốt với lớp móng dưới, tạo nên lớp bề mặt bằng phẳng, kín nước, chất lượng đồng đều. Kết quả theo dõi kiểm định của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT [4] cho thấy, độ bằng phẳng, độ kín nước của lớp vựa nhựa có ưu thế hơn nhiều so với lớp mặt láng nhựa thông thường.

5. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

Dựa vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm như đã trình bày chi tiết ở trên, có thể rút ra một số kết luận và kiến nghị sau:

- Kết cấu áo đường CPĐDGCXM tro bay phủ lớp vữa nhựa là kết cấu áo đường mới, tạo nên từ sự kết hợp của hai lớp vật liệu mới là CPĐDGCXM tro bay và “vữa nhựa”. Kết cấu áo đường mới này có nhiều ưu điểm về tận dụng vật liệu, cường độ, độ bền, hiệu quả kinh tế, công nghệ thi công…, do vậy rất phù hợp với xây dựng làm đường GTNT.

- Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài mới thực hiện thử nghiệm với kết cấu cấp phối đá dăm gia cố 25% tro bay (so với khối lượng xi măng) dày 15cm làm lớp móng và lớp vữa nhựa dày 2cm. Trong tương lai, kiến nghị việc nghiên cứu thử nghiệm tiếp tục tiến hành nhân rộng với các chiều dày lớp móng, tỷ lệ xi măng, tro bay thay đổi sẽ đem lại những đánh giá toàn diện và sâu sắc hơn đối với loại kết cấu trên và qua tổng kết thực hiện ban hành các qui trình qui phạm làm cơ sở áp dụng rộng rãi kết cấu trên trong đường GTNT tại các địa phương trên cả nước.

- Trong các tài liệu nghiên cứu [5],[6] cho thấy, với hàm lượng tro bay hợp lý trong hỗn hợp chất gia cố sẽ làm cải thiện khả năng chống nứt co ngót của vật liệu, đồng thời cường độ của hỗn hợp gia cố tro bay sẽ tiếp tục tăng đáng kể sau 28 ngày, 60, 90 ngày… Tuy nhiên, do chưa có đủ hệ thống tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm, do đó trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu chưa đưa ra được những kết luận xác thực với khả năng trên, nhóm nghiên cứu kiến nghị vấn đề này cần được theo dõi thực nghiệm và tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới.

- Việc áp dụng phế thải vào xây dựng mang lại lợi ích lớn về môi trường, kiến nghị về lâu dài. Nhà nước nên có những chính sách khuyến khích hợp lý để đẩy mạnh việc sử dụng vật liệu phế thải (ví dụ như chính sách khuyến khích giảm thuế khi sử dụng phế thải của Nhật Bản…).

Tài liệu tham khảo

[1]. TCVN 8858:2011, Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấu áo đường ô tô - thi công và nghiệm thu.

[2]. Tiêu chuẩn thiết kế đường GTNT, 22TCN 210-92.

[3]. Quyết định 315/QĐ-BGTVT ngày 23/2/2011 về Hướng dẫn lựa chọn quy mô kỹ thuật đường GTNT phục vụ chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010 - 2020.

[4]. “Báo cáo kết quả nghiên cứu bước đầu về ứng dụng CPĐDGCXM tro bay kết hợp với vữa nhựa xây dựng đường GTNT” thuộc đề tài “Nghiên cứu công nghệ thích hợp phục vụ xây dựng đường GTNT”, mã số ĐTĐL 2012-T/15.

[5]. Khoa Công trình giao thông, Đại học Chung - Ang, Huksuk - Dong, Dongjak Ku, Sê un, Hàn Quốc, Sự phát triển của vật liệu gia cố xi măng trong việc giảm vết nứt co ngót.

[6]. Khoa Công trình giao thông, Đại học Khon Kaen, Mahasara Thái Lan, Công ty Sản xuất CSRO và công nghệ kết cấu, Ảnh hưởng của lượng tro bay hạt mịn đến cường độ, khả năng chống nứt và chống sun-phát của vữa xi măng.

[7]. Sử dụng tro bay trong xây dựng công trình,Bài báo số 84 DP59-MS-05 của tổ chức quản lý đường cao tốc liên bang.

[8]. AFCAP (6/2013), Mặt đường cho đường giao thông lưu lượng giao thông ít, hướng dẫn thực hành.

[9]. Báo cáo cuối cùng (6/2007), Tiêu chuẩn thiết kế đường nông thôn.