Một số ý kiến về đường bê tông xi măng
Trên đường quốc lộ như đường Hồ Chí Minh cũng có một số đoạn làm bằng bê tông xi măng. Một số đoạn đường gần trạm thu phí cũng thay bê tông nhựa bằng bê tông xi măng. Mặc dù khả năng ứng dụng đường bê tông xi măng hiển nhiên là có. Song cho đến nay việc đưa bê tông xi măng vào đường quốc lộ, đường cao tốc thay thế hoàn toàn bê tông nhưa, thì có người còn phân vân vì đường bê tông xi măng cũng có ưu và nhược điểm:
- Cường độ của bê tông có thể điều chỉnh được dễ dàng, nên đảm bảo khả năng chịu lực tốt cho đường với mức giao thông khác nhau.
- Chịu nước tốt, ngay cả khi ngâm nước lâu, vì hệ số hoá nền của bê tông lớn.
- Thi công dễ dàng, vì vật liệu ở trạng thái nguội, không phải khống chế nhiệt ở nhiệt độ cao qui định như bê tông nhựa.
- Dùng hoàn toàn nguyên liệu nội (xi măng, cát, đá) có sẵn ở các địa phương ở nước ta, không phải dùng bitum đắt tiền phải mua của nước ngoài.
- Việc thí nghiệm, kiểm tra đơn giản, kể cả việc xác định thành phần cũng đơn giản hơn bê tông nhựa nhiều.
Tuy nhiên bê tông xi măng cũng có một số nhược điểm so với bê tông nhựa:
- Do độ cứng cao, tính đàn hồi nhỏ, nên xe đi trên đường bê tông xi măng không êm như khi đi trên đường nhựa. Mặt khác tiếng ồn khi xe chạy trên đường bê tông xi măng cũng lớn hơn.
- Sau khi thi công xong phải chờ một giời gian để bê tông đông cứng đảm bảo cường độ yêu cầu mới sử dụng được; trong khi đó đường bê tông nhựa có thể sử dụng sớm sau khi nguội.
- Bê tông xi măng dễ bị nứt nếu bảo dưỡng ẩm không đầy đủ, khi trời nắng nóng, gió nhiều, độ ẩm thấp.
- Mặt đương bê tông xi măng không đẹp bằng mặt đường bê tông nhựa. Mặt khác bê tông xi măng cứng, nên có khả năng mài mòn lốp xe mạnh hơn bê tông nhựa.
Khi dùng bê tông xi măng cho xây dựng đường cần chú ý:
1. Lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp (đá có độ mài mòn nhỏ, xi măng không pha hoặc pha ít phụ gia khoáng).
2. Thiết kế thành phần bê tông với tỷ lệ nước/ xi măng nhỏ, sử dụng phụ gia tăng dẻo và phụ gia đông cứng nhanh để tăng độ lưu động của hỗn hợp bê tông, dễ thi công và bê tông đông cứng nhanh sử dụng đường sớm… Cần nghiên cứu vấn đề bảo dưỡng hợp lý mặt đường bê tông sau khi thi công. Vừa qua trên đường QL 1A dùng kết hợp hai biện pháp: phun dung dịch chất bảo dưỡng (curing compound) của nước ngoài và sau đó rải một lớp cát, rồi tưới ẩm một số ngày. Làm như vậy đã hợp lý chưa, ở các vùng miền khác nhau và thời điểm trong năm khác nhau trên đất nước ta? Ngoài ra cũng cần quan tâm đến tính mài mòn của bê tông vì đây là tính chất đặc thù của bê tông đường, mà từ trước tới nay chúng ta không quan tâm nghiên cứu thí nghiệm.
3. Trên thế giới ngoài bê tông thông thường (bê tông truyền thống) dùng cho đường giao thông, còn dùng các loại bê tông đặc biệt như bê tông cốt sợi và bê tông đầm lăn.
Theo tài liệu (1), bê tông cốt sợi (fiber – reinforced concrete) là bê tông chứa sợi được phân tán ngẫu nhiên. Sợi ở đây có thể là sợi polime, sợi cacbon, sợi thép… bê tông cốt sợi có cường độ chịu uốn và độ dai cao hơn bê tông không có cốt sợi, nên có khả năng chịu kéo và chống nứt tốt hơn. Ở nước ta bê tông cốt sợi mới được sử dụng ban đầu. Theo tài liệu (2), bê tông cốt sợi polypropylene đã được dùng để làm lớp phủ mặt đường tại công trình Thiên Thọ lăng ở Huế. Đây là bê tông màu, nên phải dùng cả xi măng trắng (xi măng ngựa trắng) và bột màu. Bê tông có thành phần của 1 m3 như sau:
- Xi măng Nghi Sơn: 320kg
- Xi măng trắng: 80 kg
- Sỏi: 1.000 kg
- Cát trắng: 640 kg
- Metacao lanh: 60k
- Xỉ: 80kg
- Bột màu: 40kg
- Siêu dẻo: 4,2 kg
- Sợi PP: 0,9 kg
- Nước: 182l
Các chỉ tiêu tính chất cơ bản của bê tông đạt được như sau:
- Độ sụt: 17cm
- Độ mài mòn: 0,199/ cm2
- Cường độ nén: Sau 3 ngày 473 daN/cm2; sau 28 ngày 550 daN/ cm2.
- Cường độ kéo khi uốn: sau 3 ngày 60 daN/cm2; sau 28 ngày 67 daN/ cm2.
- Cường độ liên kết: 9,3 daN/cm2.
Lớp bê tông sợi dày 10cm được đổ lên trên nền bê tông lót mác 15, dày 20cm.
Theo tài liệu (3), cũng tại khu vực trên đã sử dụng bê tông cốt sợi thép Dramix thành phần 1 m3 bê tông như sau:
- Xi măng Nghi Sơn: 340 kg
- Xi măng trắng: 80kg
- Sỏi: 876kg
- Cát trắng: 709 kg
- Metacao lanh: 63kg
- Xỉ: 82 kg
- Bột màu: 42 kg
- Siêu dẻo: 3,8kg
- Sợi thép: 50kg
- Nước 172l
Các chỉ tiêu tính chất cơ bản của bê tông đạt được như dưới đây:
- Độ sụt: 17cm;
- Độ mài mòn: 0,236/cm3
- Cường độ nén (Rn): Sau 3, 7, 28 ngày lần lượt bằng 348; 450; 568 daN/cm2.
- Cường độ kéo khi uốn (Ru): sau 3, 7, 28 ngày lần lượt bằng 80,4; 95,5; 113 daN/cm2.
- Ru/Rn: 19/89
Cũng theo tài liệu (3), bê tông cốt sợi thép Dramix được dùng để làm lớp mặt của một đoạn đường chịu tải trọng nặng trong khu vực Viện Khoa học công nghệ xây dựng ở Hà Nội. Lớp bê tông cốt sợi thép dày 20cm, phía dưới có một lớp thép. Bê tông cốt sợi thép đạt cường độ nén sau 3, 7, 28 ngày lần lượt bằng 340; 452; 540 daN/cm2.
Cường độ kéo khi uốn sau 3, 7, 28 ngày lần lượt bằng 65; 78; 94 daN/cm2. Sau 3 ngày xe cộ có thể đi qua.
Theo tài liệu (1), bê tông dầm lăn (Roller - compacted concrete - BTDL) là bê tông khô được đầm chặt bằng xe lu; bê tông ở trạng thái chưa đông cứng chịu tác động của xe lu khi được đầm chặt. Như vậy bê tông này được đầm chặt giống như bê tông nhựa hoặc “bê tông đất” của lớp base.
Bê tông đầm lăn (BTĐL) làm đường có một số ưu điểm sau:
- Thi công nhanh vì bê tông được rải và đầm liền tục như bê tông nhựa.
- Có thể không dùng ván khuôn.
- Dùng ít xi măng hơn bê tông thông thường, nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý hoá yêu cầu.
- Bê tông đông cứng nhanh hơn, nên có thể thông xe sớm hơn khi dùng bê tông thông thường.
- Đường BTĐL rẻ hơn đường bê tông thường và cũng có thể rẻ hơn đường bê tông nhựa.
Trên thế giới BTĐL đã được dùng để xây dựng đập bê tông trọng lượng từ 1960. Sau đó đã được dùng cho đường, bãi đỗ, đường băng, bến cảng như ở Canada từ năm 1976 (4), ở Mỹ từ năm 1983 (5), sau đó là ở Nhật (6) và nhiều nước khác.
Theo tài liệu (6), bê tông đầm lăn đã được áp dụng thử cho đường trên một diện tích khoảng 1.800 m2 tại thị xã Bắc Ninh. Lớp BTĐL dày 16 - 20cm đổ trên lớp móng đá cấp phối dầy 25cm và bên dưới là đất nền đã được lèn chặt. Qua thử nghiệm đã rút ra một số kết luận bước đầu như sau:
- Tỷ lệ sử dụng hợp lý cho tuyển Phả Lại trong BTĐL cho đường không nên quá 20% của tổng lượng chất kết dính theo khối lượng.
- Khi dùng cốt liệu có Dmax = 20mm, tỷ lệ cát/ cát + đá hợp lý khoảng 0,43 theo khối lượng.
- Chiều dày rải: 240 mm (để đạt chiều dày 200mm sau lu lèn), tải trọng của lu rung là 4,3 kg/mm rộng của bánh, tốc độ 0,8 - 1,5 km/h, số lần lu là 6 - 8 lần. Có thể dùng lu lốp 15 tấn (1,6 tấn/ bánh rộng 22cm), tốc độ 5 km/h để hoàn thiện bề mặt.
- Cường độ của mẫu khoan cắt tại hiện trường bằng 85 - 120% so với cường độ mẫu đúc trong phòng thí nghiệm.
- Giá thành BTĐL rẻ hơn bê tông thường cùng mác khoảng 17%. Giá thành sản phẩm mặt đường rẻ hơn 8%. Tốc độ thi công BTĐL cao hơn 2,5 - 3 lần so với bê tông thường.
Cũng theo tài liệu (7), thi công mặt đường nông thôn bằng công nghệ BTĐL rải thủ công cho giá thành thấp hơn 10 - 12% và tốc độ nhanh hơn 1,2 - 1,5 lần so với bê tông thường.
Qua đánh gia sơ bộ nêu trên của việc nghiên cứu thi công thử nghiệm đường BTĐL cho thấy hiệu quả rõ rệt của việc sử dụng công nghệ BTĐL cho đường, đặc biệt là tốc độ thi công nhanh và khả năng sử dụng mặt đường sớm hơn nhiều so với công nghệ bê tông thông thường (bê tông truyền thống). Đó là điều mà các nhà xây dựng đường mong muốn.
Hiện nay chúng ta chưa có tiêu chuẩn riêng về đường bê tông xi măng, có thể tham khảo các tiêu chuẩn liên quan của nước ngoài, tốt nhất là biên dịch thành tài liệu tiếng Việt để vận dụng trong thiết kế và thi công.
Tài liệu tham khảo
1. ACL 116R- 2000 Cement and concrete tecrminology.
2. Nguyễn Tiến Bình, 2005, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi siêu mảnh polypropylene dùng cho sửa chữa công trình trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
3. Nguyễn Thanh Bình, 2007, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi thép cường độ chịu uốn cao trong điều kiện Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
4. Elisabeth, Reid, Jacques Marchand, “High - Perfomance Roller - compacted concrete used to pave an area the size of 25 football fiedls”, Report of servece d - expertise en materiaux (SEM) inc.
5. American concrete institute, “Report on roller compacted concrete pavement” (Acl 3215 - 10R0.
6. R. Tominta, Shimoyâm, S. Kafio, A. Obatake, “Những phương pháp xây dựng mặt đường bê tông hiện nay ở Nhật Bản” tuyển tập hội thảo Quốc tế về xi măng và công nghệ bê tông 2003.
7. Viện khoa học công nghệ xây dựng, 2006, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn cho thi công đường và đập trọng lực.
