Ứng dụng vữa bê tông tự đầm trong lớp áo đường của đường đô thị

admin · 06-17-2017, 10:28 PM

Kinh nghiệm của Nga cũng như của nhiều quốc gia khác cho thấy: chất lượng lớp phủ bê tông mặt đường có thể đáp ứng tối đa các nhu cầu giao thông đang ngày càng tăng lên, nhất là trên những tuyến đường tải trọng lớn. Với lớp phủ đường ứng dụng chất kết dính hữu cơ, các con đường đã tỏ rõ tính chất vượt trội bởi chỉ số khai thác giao thông ổn định và độ bền cao.

Bê tông làm đường có thể trong khoảng thời gian khá dài (hơn 50 năm) chịu mức tải trọng giao thông lớn cũng như các tác động khác về mặt khí hậu - tự nhiên mà không hề bị hư hại. Nâng cao năng lực chịu tải, tăng tuổi thọ, cải thiện tình hình khai thác giao thông cho các tuyến đường là những kết quả căn bản được các nhà quản lý mong đợi từ việc ứng dụng rộng rãi bê tông trong xây dựng các đường phố đô thị.

Tại Nga, hơn 10 nghìn km đường với lớp phủ bê tông đã được hoàn thành. Tuy nhiên, thời gian khai thác các con đường này ngắn hơn nhiều so với các nước khác có cùng đặc điểm và điều kiện khí hậu. Từ những thành tựu mới nhất về mặt công nghệ sản xuất bê tông, các chuyên gia đã tách riêng bê tông tự đầm - loại bê tông có được nhờ ứng dụng các chất siêu hóa dẻo thế hệ mới gốc cacboxil dễ bay hơi trong thành phần, kết hợp với việc chọn lựa thành phần kích cỡ hạt của vữa - cho một hiệu quả không ngờ đồng thời cả về mặt kỹ thuật, sinh thái và xã hội.

Hiện nay, trong tình hình nguồn vốn khan hiếm, việc nghiên cứu chương trình xây dựng các tuyến đường giao thông cho đất nước, khả thi trên cả hai phương diện - tài chính và kỹ thuật - có sử dụng bê tông xi măng trong các lớp kết cấu áo đường càng trở nên cấp thiết. Nhân tố quan trọng của chương trình này là một chiến lược nhằm kéo dài tuổi thọ của các lớp phủ cứng, thông qua việc cải thiện độ bền bê tông làm đường trong thời hạn khai thác, đồng thời nâng cao chất lượng thành phần, chất lượng sửa chữa các lớp phủ mặt đường.

Nghiên cứu của các chuyên gia và kỹ sư cầu đường đã chỉ ra khả năng cải thiện đáng kể đặc tính của các loại bê tông tương tự, nhờ việc ứng dụng vữa chảy bê tông để làm đường (bê tông chảy) - loại vữa có khả năng tự đầm đặc trưng bởi độ sụt hình nón 20 -26 cm không phân lớp. Bê tông thu được từ loại vữa này đảm bảo tuổi thọ cao cho các lớp phủ đường, nâng cao tính thẩm thấu, tính kháng băng giá và kháng mòn. Bê tông thu nhận được bằng phương pháp biến tính nhờ phụ gia tổng hợp cấu tạo từ chất siêu hóa dẻo, oxyt silic (SiO2) tinh thể và oxyt silic hoạt tính.

Vữa bê tông tự đầm được đổ và đầm nén chủ yếu dưới tác động của trọng lượng riêng. Ngoài ra, loại vữa này đòi hỏi lượng xi măng có thể ít hơn từ 3 - 7% so với các vữa bê tông có độ lưu động thấp; trong khi đó độ bền, độ biến dạng lại không hề thua kém.

Hiệu quả to lớn về mặt kỹ thuật và kinh tế khi ứng dụng bê tông từ vữa chảy được đảm bảo bằng việc giảm thiểu đáng kể chi phí lao động khi xây nền cũng như lớp phủ mặt đường, bằng sự cải thiện điều kiện lao động, giảm lượng năng lượng tiêu thụ và chi phí xây đường.

Để đạt được những đặc tính cao của vữa bê tông tự đầm trong quá trình khai thác và sử dụng, cần có những yêu cầu rất nghiêm ngặt đối với các nguyên vật liệu ban đầu. Độ lớn của cốt liệu mịn tối đa 0,125mm; 70% cốt liệu cần đạt kích cỡ 0,063. Cốt liệu thô cần được phân ra theo kích cỡ. Chất độn vô cơ có bề mặt riêng cao ( bột silicagen, amian nghiền, bentonit) làm tăng khả năng giữ nước của vữa, nâng cao trọng lượng riêng, giúp giảm độ xốp mao dẫn, tăng độ bền cũng được áp dụng với phương pháp tương tự. Vữa bê tông tự lèn cần có tỷ lệ nước/xi măng thấp (0,38 -0,4); đồng thời bảo đảm chỉ số xây xếp cao (50 -70 cm theo độ sụt hình nón).

Trong quá trình nghiên cứu, các chuyên gia đã áp dụng một số loại xi măng pooc lăng có thành phần khoáng - hóa tiêu chuẩn, song khác nhau về hoạt tính. Đá dăm granit kích cỡ hạt 3 -10 mm được sử dụng như cốt liệu thô; cát thạch anh kích cỡ hạt tối đa 0,125 mm được sử dụng làm cốt liệu mịn. Ngoài ra, các chuyên gia còn dùng tro gạo và cát thạch anh nghiền. Chất siêu hóa dẻo C3 (được dùng phổ biến hơn cả), chất siêu hóa dẻo gốc cacboxil (Sika ViscoCrete -5 Neu), sợi cực nhỏ dùng làm chất phụ gia. Các chất siêu hóa dẻo được chọn lựa đều có khả năng thực tế giảm tỷ lệ nước/xi măng (tới 40%), và độ loãng vữa bê tông khi sử dụng các chất này cao hơn hẳn so với các chất siêu hóa dẻo gốc polyme truyền thống. Việc sử dụng hóa chất phụ gia tổng hợp cho phép cac chuyên gia thu được loại bê tông có các tính chất được cải thiện đáng kể, trong đó phải kể đến độ bền mòn tăng thêm 20%; độ bền nén - từ 35 - 50%; độ bền sớm khi kết cứng cao hơn trong những điều kiện tiêu chuẩn; tính thẩm thấu tăng lên tới 50%.

Qua nghiên cứu, các chuyên gia thu được loại bê tông tự đầm có cường độ nén 43 -76MPa, cường độ uốn 5 – 9,5MPa, mà chỉ tiêu hao tối đa 370kg xi măng pooc lăng cho mỗi m3 bê tông. Các số liệu trên cho thấy rõ ràng: các chỉ số độ bền của loại bê tông được nghiên cứu cao hơn hẳn so với tiêu chuẩn.

Các kết quả thử nghiệm mẫu bê tông tự đầm đã mở ra triển vọng sử dụng rộng rãi loại bê tông này nhằm nâng cao tuổi thọ lớp phủ đường, với độ bền ăn mòn cao; thử nghiệm độ mòn nhỏ hơn 0,4. Những kết quả nghiên cứu các kết cấu cực nhỏ và đặc tính xốp cũng củng cố vững chắc thêm về mặt lý thuyết vấn đề thành phần hợp lý của bê tông: thành phần hợp lý và sự biến tính do sử dụng các phụ gia tổng hợp sẽ tăng khả năng tiếp nhận những kết cấu tối ưu cũng như các tính chất của bê tông tự đầm.

Vữa bê tông tự đầm có thể được áp dụng thiết kế nền (đường) liền khối và lớp phủ mặt đường (một hoặc hai lớp). Độ dốc theo chiều dọc và chiều ngang trên từng phần của lớp phủ (hoặc nền đường) trong trường hợp này không được vượt quá 3%. Sự gia tăng độ dốc tiếp sau đó đòi hỏi việc đưa thêm thành phần sợi vào hỗn hợp xi măng.

Tải trọng các phương tiện giao thông tăng lên đòi hỏi độ cứng chắc tương ứng của các lớp áo đường cũng cần được nâng cao. Việc tăng độ chắc cứng của các tấm bê tông xi măng liền khối phủ mặt đường mà không cần tăng bề dày các tấm này có thể đạt được bằng cách thay thế tấm liền khối phẳng bằng các tấm có gờ. Trong trường hợp này, tải trọng của phương tiện giao thông qua hệ thống gờ theo phương thẳng đứng sẽ được đồng thời hấp thụ bởi lớp bê tông xi măng liền khối phủ đường và lớp kỹ thuật phía dưới - gần như là một lớp tổng hợp thống nhất có độ dày tương đương với cả hai lớp áo đường. Bên cạnh đó, độ cứng chắc của lớp phủ tăng lên đáng kể theo cả chiều dọc và chiều ngang so với trục đường. Khi xác định được chính xác độ dày của cả hai lớp và chiều cao gờ theo phương thẳng đứng bằng các phương pháp tímh toán, các chuyên gia có thể xác định được tỷ lệ tối ưu giữa độ chắc cứng và lượng nguyên vật liệu của các lớp, tùy thuộc vào trọng tải của phương tiện giao thông lên áo đường.

Tại Nga, lớp phủ đường bằng bê tông xi măng có thời hạn khai thác 4 năm, nền đường là 3 năm. Giá thành dự toán xây 01 m2 lớp phủ đường bằng bê tông xi măng cốt liệu cát sỏi được xác định trên cơ sở mức giá bình quân vật liệu xây dựng, sản phẩm và cấu kiện trên thị trường Moskva (giá 01 m3 vữa bê tông có tính tới phí giao thông, làm nền đường, đổ vữa bê tông và các biện pháp kết cứng). Việc tính toán hiệu quả kinh tế khi áp dụng vữa bê tông chảy làm lớp phủ đường được thực hiện đối với các nhà máy sản xuất bê tông có các chỉ số sản xuất như sau:

- Công suất sản xuất xấp xỉ 50 nghìn m3 bê tông thương phẩm, hoặc 700 nghìn m2 lớp phủ mặt đường mỗi năm;

- Thời hạn khai thác mỗi m2 lớp phủ đường từ vữa bê tông chảy đối với lớp phủ có sử dụng chất phụ gia tổng hợp là 30 năm

- Thời hạn khai thác mỗi m2 lớp phủ đường từ vữa bê tông chảy đối với lớp phủ không sử dụng phụ gia là 4 năm

Nguồn: Bộ Xây dựng