Đề bài: Nghiên cứu thành phần, tính chất của bê tông xi măng chất lượng cao
làm mặt đường lát (ICP - Interlocking Concrete Pavement)
1. Đặt vấn đề.
Trong những năm qua việc đầu tư xây dựng hệ thống hạ tầng đặc biệt là giao
thông đường bộ ở nước ta đã diễn ra hết sức mạnh mẽ, góp phần hoàn thiện mạng lưới
giao thông, nâng cao đời sống dân cư và tạo cơ sở phát huy tiềm năng kinh tế của các
địa phương.
Hiện nay trong ngành xây dựng đường ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu dùng
những vật liệu truyền thống (cát, đá, bê tông nhựa …). Vật liệu dùng để làm vỉa hè
chủ yếu là gạch Bock với mác xi măng cường độ thấp.
Mặt đường dùng bê tông gạch tự chèn hay gọi là mặt đường lát được sử dụng
khá rộng rãi trên thế giới: tại các bãi đỗ xe, đường du lịch, đường trên cầu hoặc thậm
chí đường lăn đỗ cho sân bay với nhiều ưu điểm nổi bật cả về kinh tế và kỹ thuật. Ở
Việt Nam hầu như gạch tự chèn chỉ được ứng dụng làm vỉa hè và đôi khi chúng ta
thấy tuổi thọ của gạch lát vỉa hè ở một số Dự án rất ngắn do hư hỏng sớm. Một trong
những phương án tiên tiến để tăng độ bền của vật liệu là tìm kiếm các vật liệu mới, cải
tiến tính năng của vật liệu truyền thống để tăng cường chất lượng của vật liệu, thân
thiện với môi trường, đỡ tốn công duy tu, bảo dưỡng, thi công đơn giản. Các biện
pháp chính là thay đổi thành phần, cấu trúc của vật liệu truyền thống để tạo thành các
vật liệu mới hoặc các thành phần mới để đạt được các tính năng tiên tiến hơn so với
vật liệu cũ.
Trên thế giới hiện nay các nước đã nghiên cứu tìm ra các vật liệu mới đáp ứng
được nhu cầu về sử dụng vật liệu bằng cách tiết kiệm được nguồn liệu tại chỗ để thi
công các công trình giao thông mà lại đem lại hiệu quả cao trong khai thác sử dụng.
Gạch block lát hè tự chèn được ứng dụng rộng rãi trong các công trình đòi hỏi tính
thẩm mĩ và chất lượng cao như vỉa hè, công viên, quảng trường, khuôn viên biệt thự…
1

Trong gii hn ca bi xin nghiờn cu: thnh phn, tớnh cht ca bờ tụng xi
mng cht lng cao dựng lm ng ỏ lỏt (ICP - Interlocking Concrete

Sự vón
tụ
hạt xi măng càng ít chất l ợ ng bê tông càng
cao.
Từ ý t ởng đó những nghiên cứu đầu tiên là sử dụng một vài sản phẩm
hữu
cơ để khôi phục xi măng lơ lửng trong nớc ở thành phần hạt ban đầu của bê
tông
(bao gồm từ 1- 80
àm).
Sau đó có thể làm cho các tinh thể của hỗn hợp dài ra
bằng
cách thêm vào một sản phẩm cực mịn, có phản ứng hoá học, nó tiến tới lấp đầy
các
khe của hỗn hợp hạt mà xi măng không lọt
đ ợ c.
Việc áp dụng các nguyên tắc đơn giản nêu trên cho phép đ a ra công thức
bê
tông HPC. Công thức thành phần tổng quát của bê tông HPC
là:
Đ = 1000 - 1200 kg; C = 600 - 700 kg; X = 400 -520 kg; MS = 5 - 15%; tỷ lệ
N/X
= 0,22 - 0,35; chất siêu dẻo từ 0,8 - 2,0 lít/100 kg xi măng và một phần chất
làm
chậm (Đ - đá; X - xi măng; C - cát; N - n ớ c; MS - muội
silic).
Các thành phần truyền thống (cốt liệu, xi măng và n ớ c) phải có phẩm
chất
tốt, có sự lựa chọn chặt chẽ cần thiết nếu muốn vợt qua c ờng độ trung bình
ở

thủy hóa C-S-H dạng sợi và Ca(OH)
2
kết tinh dạng tấm lục giác khối, chồng
lên
nhau và các hạt xi măng ch a đợc thủy hoá. Độ rỗng của vữa xi măng poóc
lăng
là 25 đến 30% về thể tích với N/X = 0,5. Thể tích rỗng này gồm hai loại:
(a)
lỗ
rỗng của cấu trúc C-S-H, kích thớc của nó khoảng vài
àm,
(b) lỗ rỗng mao
quản
giữa các hyđrát, bọt khí, khe rỗng; kích thớc của chúng khoảng vài
àm
đến
vài
mm. Khi bê tông chịu lực trong cấu trúc xuất hiện vết nứt cũng làm tăng
độ
rỗng
của bê
tông.
Sự yếu về đặc tính cơ học của bê tông là do độ rỗng mao quản và n ớc
cho
thêm vào bê tông để tạo tính công tác của bê tông tơi. Sự cải thiện cờng độ có
thể
đạt đợc nhờ nhiều phơng pháp làm giảm độ rỗng (nén, ép, rung ), giảm tỉ lệ
N/X
(phụ gia) và sử dụng sản phẩm mới là xi măng không có lỗ rỗng lớn và xi măng
có

3

trúc
là các vết nứt và các vùng bị phá hủy. Theo mô hình Meso bê tông đ ợc tính
toán
nh các vật liệu phi
tuyến.
- Cấu trúc vi mô (micro): là tỷ lệ 1/100 mm để quan sát các hydrat
(CSH,
CH, CH Sulfo aluminat), các hạt bụi, các hạt clinke cha thủy hóa, các vết nứt
vi
mô, sự định hớng của các hạt CH trong vùng chuyển tiếp, mặt tiếp xúc giữa
xi
măng và cốt liệu, sự biến đổi của các hydrat trong môi tr ờ ng xâm thực (etrigit
thứ
cấp, phản ứng kiềm cốt
liệu).
4.1. Cấu trúc của hồ xi
m
ă
n
g
Để cải tiến cấu trúc của bê tông đầu tiên cải tiến cấu trúc của vữa xi
măng.
Có thể cải tiến cấu trúc vữa xi măng bằng cách làm đặc vữa xi măng, giảm
lợng
n ớc thừa (tỷ lệ N/X nhỏ) sử dụng phụ gia siêu dẻo và các biện pháp công
nghệ
rung ép đặc
biệt.

đ ợ c.
Đồng
thời với kích th ớc nhỏ hơn hạt xi măng nhiều, nó bao bọc quanh hạt
xi măng
tạo
thành lớp ngăn cách không cho các hạt xi măng vón tụ lại với
nhau.
Dới đây xin trình bày một số loại hồ xi măng cải
tiến:
4.1.1. Hồ xi măng cờng độ
c
a
o
Làm nghẽn lỗ rỗng mao quản hay loại bớt nớc nhờ đầm chặt hoặc giảm tỉ
lệ
X/N nhờ phụ gia là các ph ơ ng pháp làm đặc vữa xi măng, làm cho nó đồng
nhất
hơn và có cấu trúc đặc biệt hơn vữa xi măng thông thờng. Vữa xi măng
c ờ ng
độ
cao cũng có thể đạt đợc bằng cách sử dụng xi măng có cờng độ cao
hơn.
4.1.2. Hồ xi măng với tỉ lệ N/X
nh
ỏ
Féret, năm 1897, đó biểu thị cờng độ nén của vữa xi măng bằng công
thức
sau:
4
2

sự
phân tán của các hạt rắn hạt xi măng tạo ra một độ lu biến tốt hơn. C ờ ng độ
nén
200 MPa nhận đ ợc trong các loại vữa dùng phụ gia siêu dẻo. Độ rỗng là 5% về
thể
tích, vữa đồng nhất và bề mặt vô định hình. Độ sụt bê tông đo bằng côn Abram
có
thể đạt tối đa đến 20 cm, trung bình là 10 - 12
cm.
4.1.4. Hồ xi măng chịu ép lớn và rung
độ
n
g
Vữa xi măng có cờng độ nén 600 MPa đó đạt đ ợc nhờ lực ép lớn ở
nhiệt
độ cao (1020 MPa, 150
0
C). Tổng lỗ rỗng chỉ còn 2%. Phần lớn các hyđrát
đợc
chuyển thành là gen. Độ thủy hoá của xi măng là 30% và silicát C-S-H gồm cả
hạt
xi măng, anhyđrit nh một chất keo giữa các hạt cốt liệu. Các hyđrát của xi
măng
và các hạt clinke đồng thời tạo ra cờng độ cao cho vữa đông cứng. Sự
rung
động
loại bỏ các bọt khí tạo ra khi nhào
trộn.
4.1.5. Hồ xi măng sử dụng các hạt siêu
mị

zô - lan, tạo thành một silicát thủy hoá C-S-H có độ rỗng nhỏ hơn là C-S-H của
xi
măng poóc lăng và có cấu trúc vô định
hình.
Cấu trúc vữa xi măng poóc lăng có N/X = 0,5 bao gồm (1) C-S-H sợi,
(2)
Ca(OH)
2
, (3) lỗ rỗng mao quản
.
Cấu trúc vữa xi măng có muội silic bao gồm (1) Ca(OH)
2
, (2) C-S-H vô
định
hình, (3) lỗ rỗng rất
ít.
6

a. Cấu
trúc
của muội silic b. Cấu
trúc
của hồ xi
m
ă
n
g
Hình 2.1. Cấu
trúc
của muội silic và xi

nớc.
Cấu trúc vi mô gần với cấu trúc vữa xi măng có tỉ lệ N/X thấp. Tính chất
chủ
yếu là một gen đặc và vô định hình bao quanh các hạt clinke. Các tinh thể
Ca(OH)
2
ở dạng lá mỏng phân tán trong vữa, trái với các tinh thể lớn chất đống trong vữa
xi
măng poóc lăng thờng. Khoảng không gian rất hẹp dành cho sự tạo thành các
tinh
thể lớn tránh đ ợc sự hình thành các sợi dài theo mặt thớ của các tấm
Ca(OH)
2
chồng lên nhau. Cờng độ là 150 MPa ứng với sự vắng mặt của các lỗ
rỗng
mao
quản và vết
nứt.
Vữa xi măng pôlyme có thể đ ợc đổ khuôn, ép, định hình nh các vật
liệu
dẻo. Nó có thể đa vào trong các vật liệu composit chứa cát, bột kim loại,
sợi
để
tăng độ bền và cờng độ chống mài
mòn.
4.2. Cấu trúc của cốt liệu bê tông cờng độ
c
a
o l m đ ờng đá lát
.

cầu
>62MPa.
4.3. Cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng cốt
liệ
u
Cấu trúc của vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu có ý nghĩa quyết định
cho
loại bê tông c ờ ng độ cao. Cấu trúc thông th ờ ng của bê tông gồm ba vùng:
cấu
trúc cốt liệu, cấu trúc hồ xi măng và cấu trúc vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt
liệu.
Vùng tiếp xúc hồ xi măng - cốt liệu trong bê tông thờng, gọi là vùng
chuyển
tiếp, vùng này có cấu trúc kết tinh, rỗng nhiều hơn và c ờ ng độ nhỏ hơn
vùng
hồ
do ở vùng này chứa n ớc tách ra khi hồ xi măng rắn chắc. ở vùng này còn
chứa
các
hạt xi măng cha thủy hoá và các hạt CaO tự
do.
Các đặc tính của vùng liên kết hồ xi măng - cốt liệu trong bê tông
thờng
gồm mặt nứt, vết nứt, cấu trúc C-S-H và bề mặt các hyđrat. Ví dụ các vết
8

nứt
xuất
hiện bao quanh các hạt silic và phát triển v ợt qua hồ xi măng. Trên mặt
trợt

.
Vùng tiếp xúc của bê tông cờng độ cao tỉ lệ N/X 0,3, do tỉ diện tích
hạt
muội silic rất cao nên vùng này không chứa n ớ c, không tồn tại CaO tự do, vữa
xi
măng có độ đặc rất lớn và lực dính bám với cốt liệu
cao.
Bê tông cờng độ rất cao vùng liên kết chuyển thành đá, hồ xi măng -
cốt
liệu đồng nhất. Không có vết nứt trên bề
mặt.
Hiện nay, khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (MEB) một vài
mảnh
bê tông cờng độ cao đó cứng rắn, thấy rằng bê tông CĐC và CĐRC có cấu trúc
rất
đặc, chủ yếu vô định hình và bao gồm một thể tích không bình thờng của các
hạt
không có nớc, đó là phần còn lại của xi măng cha liên kết do thiếu nớc sử
dụng
đ ợ c. Ngoài ra, các mặt tiếp xúc vữa xi măng/cốt liệu rất ít rỗng và không thể
hiện
sự tích tụ thông th ờ ng của các tinh thể vôi. Điều đó là do hoạt động của muội
silic
bắt nguồn từ phản ứng pôzulan giữa silic và vôi tự do sinh ra bởi xi măng khi
thủy
hoá. Việc đo độ xốp bằng thủy ngân chỉ ra sự mất đi của độ xốp mao quản.
Cuối
cùng ngời ta có thể đo đợc độ ẩm của môi tr ờ ng trong các lỗ rỗng của bê
tông
theo tuổi của vật liệu. Trong khi đối với bê tông thông th ờng luôn luôn

nứt của bê tông khi phá hoại sẽ đi qua các hạt cốt
liệu.
- Hàm lợng vôi tự do
nhỏ
- Trong bê tông xuất hiện trạng thái ứng suất mới đ ợc minh hoạ một cách
vĩ
mô bằng co ngót nội tại và chắc chắn nó sinh ra một sự siết chặt mạnh vào các
cốt
liệu, làm tăng lực dính giữa cốt liệu và hồ xi măng, cải tiến cờng độ chịu kéo
và
mô đun đàn hồi cho bê tông cờng độ
cao.
4. 4 Cấu
trúc
của bê tông c ờng độ
rất
cao
(
C
Đ
R
C
)
Bê tông cờng độ rất cao, cờng độ nén từ 100
ữ
150 MPa tạo thành
từ:
- 400 - 500 kg xi măng poóc lăng mác 55 + (15
ữ
20)% muội

hạt cực mịn và phản ứng hoá học nhờ độ hoạt tính của muội si líc với vôi. Độ
rỗng
của bê tông dùng muội silic đợc đo bằng rỗng kế thuỷ ngân có thể thấy độ
rỗng
giảm từ
50-60%
L ợng tối u của muội silic là 15
ữ
20% khối l ợng xi măng. Với số
lợng
lớn hơn, ví dụ 40%, bê tông trở nên giòn và các hạt silic vẫn ch a thủy
hoá.
5. Các t í n h c h ấ t c ủ a b ê t ô n g c h ấ t l ợ n g c a o l à m m ặ t đ ờ n g
Mặt đờng đá lát (ICP) là một dạng mặt đờng mềm, bao gồm một lớp mặt bê
tông đặt trên nền cát. Mặt đờng đá lát dạng khối, có kích thớc dài từ 200-250mm, rộng
100-112m và chiều dày từ 60-100mm. Các khối này đặt trên lớp cát dày từ 20-40mm,
khoảng các hở giữa các tấm đá lát từ 2-4mm và đợc chèn cát.
11
Trường ĐH Giao thông vận tải Bài tập lớn môn học: Vật Liệu Xây Dựng Mới
Mối nối cát giữa các khối bê tông là thành phần chính của ICP, đóng một vai trò
quan trọng trong việc thúc đẩy chuyển tải giữa các khối cuối cùng trong lây lan tải trọng
đến các khu vực lớn hơn trong lớp thấp hơn. Khoảng cách giữa các mối nối cho thấy ảnh
hưởng đáng kể về việc thực hiện cơ cấu của khối bề mặt. Tuy nhiên, khả năng cơ cấu của bề
mặt giảm nếu chiều rộng phần vượt quá 5 mm (Lilley, 1994). Đối với tải trọng tối ưu lan
rộng ra bằng ma sát, nó là cần thiết để cung cấp đồng phục, hẹp, và ghi đầy đủ các mối nối
có bề rộng từ 2 đến 4 mm (Shackel năm 1993; Hurman, 1997). Knapton và O'Grady (1983)
đề nghị
chiều rộng giữa 0,5 và 5 mm cho hiệu suất tốt hơn bề mặt đường. Chiều rộng phần từ 2 mm
và 8 mm thường được sử dụng, tùy thuộc vào hình dạng của khối xếp, đặt mô hình, thẩm
mỹ cân nhắc, và lĩnh vực ứng dụng.

bảo dưỡng và tận dụng gần như hoàn toàn khi đại tu. Bên cạnh đó, mặt đường lát còn tạo
được mỹ quan cũng như tăng độ an toàn khi chạy xe. Ở Việt Nam, lớp mặt lát mới chỉ được
sử dụng để lát vỉa hè hoặc đường dành cho người đi bộ. Trong khi nhu cầu xây dựng mặt
cảng, sân bay, đường đô thị còn khá lớn. Hơn nữa, một số đô thị ven biển từ miền Trung trở
vào, nhất là khu vực TP. Hồ Chí Minh, được dự đoán là sẽ phải đối mặt với nguy cơ nước
biển dâng cao do hiện tượng ấm lên toàn cầu. Do đó, một loại mặt đường có thể tận dụng
triệt để khi cần nâng cao độ theo mực nước biển dâng là nhu cầu có thật trong tương lai
không xa.
Nhóm gạch lát từ gạch BTXM: loại viên lát này thường được đúc sẵn trong nhà máy.
Chất lượng và độ chính xác về kích thước của viên lát được kiểm soát chặt trẽ. Hình dạng,
màu sắc của viên lát được điều chỉnh theo nhu cầu cấu tạo, sơ đồ làm việc và mỹ quan của
công trình nhằm tăng nhanh cường độ ở tuổi sớm. Sau đó, viên lát được chuyển sang các
giá xếp để tiếp tục dưỡng hộ và lưu trữ. Nguyên lý này gần tương tự như quá trình sản xuất
gạch xây BTXM. Điều này nhằm mục đích tận dụng dây chuyền sản xuất gạch xây để sản
xuất gạch lát. Tuy nhiên hiện nay quy trình và hướng dẫn công nghệ thi công cho loại mặt
đường này chưa có, cần nghiên cứu và đưa ra quy định để áp dụng khi thiết kế và thi công
loại mặt đường này.
Lớp Xây dựng đường ô tô & đường TP K20-2