BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGÔ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE
Ở THANH SƠN - PHÚ THỌ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG
XI MĂNG MẶT ĐƢỜNG

Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ô tô và đƣờng thành phố
Mã ngành:

9.58.02.05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2019


iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án. ...................................................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu. .......................................................................................................... 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu. .................................................................................................. 3
5. Cấu trúc của luận án. ......................................................................................................... 4
6. Những đóng góp mới của luận án...................................................................................... 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM ĐƢỜNG VÀ SỬ DỤNG
ĐÁ QUARTZITE TRONG BÊ TÔNG ................................................................................ 6

2.2. Hệ thống hai thác đá quartzite. ................................................................................... 38
2.2.1. Cơ sở lựa chọn hệ thống hai thác đá quartzite. ........................................................ 38
2.2.2. Phƣơng án hai thác đá quartzite. .............................................................................. 38
2.3. Công nghệ chế biến đá quartzite. .................................................................................. 39
2.3.1. Cơ sở để lựa chọn công nghệ chế biến đá quartzite: .................................................. 39
2.3.2. Sơ đồ công nghệ lựa chọn và các chỉ tiêu đi èm. ..................................................... 39
2.4. Phân tích thành phần hóa học của đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ. ....................... 40
2.5. Vật liệu chế tạo mặt đƣờng BTXM sử dụng đá quartzite. ............................................ 42
2.5.1. Xi măng . ................................................................................................................... 42
2.5.2. Cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ. ....................................................................................... 44
2.6. Vật liệu chế tạo BTXM sử dụng đá vôi. ....................................................................... 58
2.6.1. Cốt liệu lớn là đá vôi 5x20 mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc (dùng để đối chứng).......... 58
2.6.2. Cốt liệu nhỏ là cát Sông Lô, Việt Trì, Phú Thọ.......................................................... 60
2.7. Kết luận chƣơng 2. ....................................................................................................... 62
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM MẶT ĐƢỜNG Ô
TÔ SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE THANH SƠN, PHÚ THỌ VÀ XÁC ĐỊNH
CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, CƢỜNG ĐỘ KÉO UỐN, MÔ ĐUN ĐÀN HỒI ..................... 63
3.1. Thiết kế thành phần bê tông xi măng làm mặt đƣờng ô tô sử dụng cốt liệu đá quartzite
Thanh Sơn, Phú Thọ. .......................................................................................................... 63
3.1.1. Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng
độ bê tông xi măng làm đƣờng, tính toán tỷ lệ N/X............................................................. 63
3.1.2. Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo uốn, mô đun đàn hồi của bê
tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc. .................................... 79
3.1.3. Thiết ế thành phần bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn-Phú
Thọ theo phƣơng pháp ACI 211.1.91 [34]........................................................................... 81
3.1.4. Kết luận chƣơng 3. .................................................................................................... 89


v


vôi. .................................................................................................................................... 120


vi

4.8.3. Tính toán với tấm BTXM có ích thƣớc 4,5m x 3,5m x 0,25m sử dụng cốt liệu đá
quartzite............................................................................................................................. 122
4.9. Phân tích kết quả. ....................................................................................................... 125
4.9.1. Phân tích ảnh hƣởng của cốt liệu đến sự phát triển cƣờng độ của bê tông. .............. 125
4.9.2. Phân tích ảnh hƣởng của cốt liệu đến sự phát triển ứng suất nhiệt........................... 126
4.9.3. Phân tích ảnh hƣởng của ích thƣớc tấm đến khả năng háng nứt của mặt đƣờng bê
tông xi măng ..................................................................................................................... 126
4.9.4. Kết luận. .................................................................................................................. 129
4.10. Phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của mặt đƣờng BTXM sử dụng cốt liệu đá
quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ. .......................................................................................... 130
4.10.1. Khả năng đáp ứng về cƣờng độ. ............................................................................ 130
4.10.2. Phân tích hiệu quả kinh tế...................................................................................... 130
4.11. Kết luận chƣơng 4. ................................................................................................... 132
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP ...................................... 135
1. Kết luận. ........................................................................................................................ 135
2. Kiến nghị và hƣớng nghiên cứu tiếp.............................................................................. 136
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ............. I
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................II


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông và độ sụt của hỗn hợp BTXM làm đƣờng ............ 11
Bảng 1.2. Độ sụt đề suất cho các loại công trình xây dựng ................................................. 13

viii

Bảng 2.11. Hàm lƣợng hạt mềm yếu, phong hóa ................................................................ 51
Bảng 2.12. Hàm lƣợng bụi, bùn, sét .................................................................................... 52
Bảng 2.13. Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của đá quartzite. ......... 52
Bảng 2.14. Kết quả phân tích thành phần hạt cát quartzite .................................................. 53
Bảng 2.15. Khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc của cát quartzite............................................... 55
Bảng 2.16. Khối lƣợng thể tích xốp của cát quartzite .......................................................... 56
Bảng 2.17. Hàm lƣợng bụi, bùn, sét .................................................................................... 56
Bảng 2.18. Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm cát quartzite. ............................................... 57
Bảng 2.19. Kết quả phân tích thành phần hạt đá vôi 5x20................................................... 59
Bảng 2.20. Bảng tổng hợp ết quả các chỉ tiêu kỹ thuật đá vôi. .......................................... 60
Bảng 2.21. Kết quả phân tích thành phần hạt cát Sông Lô .................................................. 61
Bảng 2.22. Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm cát Sông Lô ................................................ 62
Bảng 3.1. Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hƣởng ....................................... 64
Bảng 3.2. Bảng kế hoạch thực nghiệm tƣơng quan giữa mã thực và biến mã hóa .............. 65
Bảng 3.3. Kế hoạch thực nghiệm tại tâm............................................................................. 65
Bảng 3.4. Thành phần vật liệu hỗn hợp 1 ............................................................................ 66
Bảng 3.5. Thành phần vật liệu hỗn hợp 2 ............................................................................ 66
Bảng 3.6. Thành phần vật liệu hỗn hợp 3 ............................................................................ 67
Bảng 3.7. Thành phần vật liệu hỗn hợp 4 ............................................................................ 67
Bảng 3.8. Thành phần vật liệu hỗn hợp 5 ............................................................................ 68
Bảng 3.9. Kết quả độ sụt theo quy hoạch thực nghiệm........................................................ 69
Bảng 3.10. Kết quả cƣờng độ chịu nén của bê tông ............................................................ 72
Bảng 3.11. Kết quả cƣờng độ kéo uốn của bê tông ............................................................. 73
Bảng 3.12. Mô đun đàn hồi bê tông đá quartzite ................................................................. 75
Bảng 3.13. Bảng kế hoạch thực nghiệm tƣơng quan giữa mã thực và biến mã hóa ............ 75
Bảng 3.14. Kế hoạch thực nghiệm tại tâm........................................................................... 76
Bảng 3.15. Cƣờng độ chịu nén của bê tông đá vôi .............................................................. 80
Bảng 3.16. Cƣờng độ éo uốn của bê tông đá vôi ............................................................... 80

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình1.1. Hình ảnh về mỏ đá ............................................................................................... 21
Hình 1.2. Bản đồ phân bố các mỏ đá ở Mỹ ......................................................................... 29
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ hai thác đá quartzite nguyên liệu ............................................ 38
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ khai thác bốc đất đá vây quanh ................................................ 39
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ chế biến đá quartzite................................................................. 40
Hình 2.4. Sản phẩm đá quartzite và cát quartzite................................................................. 40
Hình 2.5. Hình ảnh đá quartzite đƣợc khai thác tại mỏ........................................................ 41
Hình 2.6. Thí nghiệm xác định thành phần hạt của cốt liệu................................................. 45
Hình 2.7. Thành phần hạt của đá quartzite 5x20 ................................................................. 46
Hình 2.8. Máy LosAngeles ................................................................................................. 48
Hình 2.9. Xác định độ nén dập và hệ số mềm của đá .......................................................... 49
Hình 2.10. Thành phần hạt của cát quartzite ....................................................................... 54
Hình 2.11. Thành phần hạt của đá vôi 5x20 ........................................................................ 59
Hình 2.12. Thành phần hạt của cát Sông Lô........................................................................ 61
Hình 3.1. Mô tả độ sụt bê tông tƣơi bằng côn Abrams ........................................................ 69
Hình 3.2. Công tác đúc mẫu. ............................................................................................... 70
Hình 3.3. Công tác bảo dƣỡng và vớt mẫu. ......................................................................... 71
Hình 3.4. Thí nghiệm nén mẫu bê tông ............................................................................... 72
Hình 3.5. Thí nghiệm éo uốn mẫu. .................................................................................... 73
Hình 3.6. Biểu đồ cƣờng độ chịu nén của bê tông xi măng cấp 40...................................... 88
Hình 4.1. Quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt của bê tông và môi trƣờng xung quanh ................ 95
Hình 4.2. Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và ngày tuổi của bê tông xi măng............. 97
Hình 4.3. Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và độ ẩm của bê tông xi măng [57] .......... 97
Hình 4.4. Quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt của cốt liệu và hệ số giãn nở nhiệt của bê tông
[58].................................................................................................................................... 100
Hình 4.5. Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và độ ẩm của bê tông xi măng [58]...... 102
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt với độ ẩm và thời gian [58] .................... 102
Hình 4.7. Máy đo biến dạng Model P3 ............................................................................. 108
Hình 4.8. Máy đo biến dạng SDA – 830B ........................................................................ 109

: Viện bê tông Mỹ

ASTM

: Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Mỹ

BTXM

: Bê tông xi măng

CTE

: Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng

C

: Cát

D

: Đá

D/C

: Đá/Cát

GTVT

: Giao thông vận tải


QĐ1951

: Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt
đƣờng bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông

Rn

: Cƣờng độ chịu nén của bê tông

Rku

: Cƣờng độ kéo uốn của bê tông

Ryc

: Cƣờng độ yêu cầu của bê tông

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN

: Tiêu chuẩn ngành

X

: Xi măng

X/N

liệu địa phƣơng để chế tạo bê tông trong xây dựng đƣờng là cấp thiết để hạn chế
sự vận chuyển của các loại cốt liệu làm tăng giá thành xây dựng.
Theo [29] quy hoạch công nghiệp xi măng giai đoạn 2011-2020 thì nhu cầu
sử dụng xi măng năm 2011 là 50 triệu tấn, trong lúc đó tổng công suất của các
nhà máy năm 2011 đã sản suất là hơn 60 triệu tấn tạo ra hủng hoảng thừa về xi
măng trong nƣớc, hơn nữa nguồn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện thải ra với


2

một lƣợng tƣơng đối lớn. Vì vậy về cơ bản các nguồn cốt liệu và chất ết dính
để chế tạo bê tông xi măng mặt đƣờng là sẵn có và có thể hai thác đƣợc ở địa
phƣơng, nên hạn chế đƣợc vận chuyển từ các địa phƣơng hác sang, làm tăng
giá thành của bê tông xi măng mặt đƣờng.
Vì vậy, có thể nói rằng xét về phƣơng diện vật liệu hay công nghệ chế tạo
và thi công thì bê tông xi măng mặt đƣờng dùng cốt liệu từ đá quartzite ở mỏ
Thanh Sơn, Phú Thọ trong xây dựng là một giải pháp nâng cao chất lƣợng của
mặt đƣờng bê tông xi măng hiện nay.
Mặt hác, các công trình nghiên cứu về bê tông xi măng ở Việt Nam tới
nay cũng chƣa có công trình nghiên cứu và thực nghiệm có hệ thống và đầy đủ
về đặc tính nhiệt của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite, cụ thể là tính
toán và đo thực nghiệm hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng, tìm hiểu mối
quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt với ngày tuổi, với các loại cốt liệu hác nhau,
với cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ éo uốn của bê tông xi măng. Các công trình
nghiên cứu cũng ít đề cập tới ảnh hƣởng của cốt liệu đến cƣờng độ, ứng suất
nhiệt của bê tông mặt đƣờng.
Vì các lý do trên việc nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đá quartzite, thiết
kế thành phần bê tông, nghiên cứu đặc tính nhiệt của bê tông thông qua xác định
hệ số giãn nở nhiệt, cƣờng độ và ứng suất nhiệt của bê tông sử dụng cốt liệu đá
quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngành xây dựng công

cứu ảnh hƣởng bất lợi về nhiệt cho nên đã sử dụng hoàn toàn cốt liệu quartzite
rắn chắc. Còn phƣơng án khác cần đƣợc nghiên cứu thêm. Vì vậy NCS xin phép
đƣợc nêu phƣơng án chỉ thay một phần cốt liệu trong hỗn hợp bê tông bằng
quartzite rắn chắc vào phần hƣớng nghiên cứu tiếp của luận án.
- Thí nghiệm các tính năng cơ học chính của bê tông xi măng sử dụng cốt
liệu đá quartzite rắn chắc ở Thanh Sơn, Phú Thọ theo yêu cầu về thiết ế và thi
công mặt đƣờng.
- Trong thiết ế ết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá
quartzite rắn chắc Thanh Sơn, Phú Thọ có sử dụng các số liệu về tải trọng, hí
hậu, lớp móng và đất nền đƣờng theo quyết định QĐ3230[5].
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Kết hợp nghiên cứu lí thuyết với thực nghiệm trong phòng để xác định
các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu đá, các đặc tính của bê tông xi măng.
- Phƣơng pháp phân tích tổng hợp để làm rõ mục tiêu nghiên cứu của luận án.


4

5. Cấu trúc của luận án.
Luận án gồm Mở đầu, 4 chƣơng, Kết luận, Kiến nghị nhƣ sau:
Mở đầu.
Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông xi măng làm đƣờng và sử dụng đá
quartzite trong bê tông.
Chƣơng 2: Nghiên cứu đặc tính cốt liệu đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ
và các vật liệu khác.
Chƣơng 3: Thiết kế thành phần BTXM làm mặt đƣờng ô tô sử dụng cốt liệu
đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ và xác định cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo
uốn, mô đun đàn hồi.
Chƣơng 4: Nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt của BTXM, nghiên cứu hiệu
quả kinh tế, kỹ thuật của mặt đƣờng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite.


5

+ Thông qua thực nghiệm tác giả xác định đƣợc biến dạng và hệ số giãn nở
nhiệt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite và bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi
theo các ngày tuổi bằng máy đo biến dạng SDA – 830B cụ thể nhƣ sau:
- Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số
giãn nở nhiệt bằng 11,1925; 11,2248; 11,2200; 11,1819 (10-6/0C ).
- Bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn
nở nhiệt bằng 7,4791; 7,3830; 7,3996; 7,4132(10-6/0C ).
+ Luận án đã tính toán tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite và
cốt liệu đá vôi với các ích thƣớc dự kiến là 4m x 3,5m x 0,25m, ích thƣớc 4,5m x
3,5m x 0,25m, theo quyết định QĐ3230[5] của Bộ Giao thông vận tải.
- Kết quả tính toán cho thấy các tấm BTXM đều đạt yêu cầu về cƣờng độ, ứng
suất nhiệt, ứng suất gây mỏi.
- Khi thiết kế cùng thành phần thì bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đã tăng
đồng thời cƣờng độ và ứng suất nhiệt so với bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi. Trong
đó cƣờng độ chịu éo tăng 1,1% còn ứng suất nhiệt lớn nhất tăng 33,59%.
- Do các yếu tố trên nên mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có
nguy cơ sảy ra nứt trên mặt tấm cao hơn mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi,
tỷ lệ chênh lệch gây nứt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cao hơn bê tông
sử dụng cốt liệu đá vôi là 5,41%.
- Kích thƣớc chiều dài của tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite
nên chọn nhỏ hơn

ích thƣớc chiều dài tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá

vôi. Kích thƣớc chiều dài của tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite nên
chọn bằng 3,8m.
+ Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đáp ứng đƣợc các yêu cầu về cƣờng

Theo các tài liệu [16], [18], [27] mặt đƣờng BTXM gồm có mặt đƣờng
BTXM thông thƣờng, mặt đƣờng BTXM cốt thép có he nối, mặt đƣờng BTXM
lƣới thép, mặt đƣờng BTXM lƣới thép liên tục.
Mặt đƣờng bê tông xi măng ở Việt Nam hiện nay cũng đã có nhiều hƣ
hỏng nhƣ nứt vỡ tấm, vỡ cả cốt liệu, trong đó có nguyên nhân do sử dụng cốt


7

liệu chất lƣợng chƣa đảm bảo. Vì vậy việc sử dụng cốt liệu chất lƣợng cao để cải
thiện chất lƣợng bê tông xi măng mặt đƣờng là cần thiết.
1.2. Khái quát chung về bê tông xi măng
Theo các tài liệu [1], [21], [22], [23], [24] bê tông xi măng là loại vật liệu
đá nhân tạo nhận đƣợc sau khi làm rắn chắc hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông
có thành phần đƣợc lựa chọn hợp lý gồm xi măng, nƣớc, cốt liệu (cát, sỏi hay đá
dăm) và phụ gia.
Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực để tăng cƣờng
các đặc tính cơ học cho bê tông, đồng thời giảm giá thành cho bê tông. Hỗn hợp
xi măng và nƣớc bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất dính kết
liên kết các hạt cốt liệu, đồng thời lấp đầy các khoảng trống giữa các cốt liệu.
Bê tông là vật liệu chính đƣợc sử dụng để xây dựng các công trình xây
dựng, công trình giao thông, thuỷ lợi.
Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. Khi sử dụng cốt thép dự ứng
lực trong bê tông thì gọi là bê tông dự ứng lực. Cốt thép dự ứng lực cải thiện
trạng thái ứng suất trong kết cấu bê tông.
Trong bê tông xi măng cốt liệu thƣờng chiếm 70 - 75%, còn xi măng và
các thành phần khác chiếm 30 - 25% thể tích của khối bê tông đã đóng rắn.
Bê tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì có
những ƣu điểm nhƣ: cƣờng độ cao; có thể chế tạo đƣợc những loại bê tông có
cƣờng độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành hợp lý; bền vững và ổn

chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ ...
1.3. Cấu trúc của bê tông xi măng
1.3.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông
Sau khi trộn và đầm nén, các cấu trúc con của hỗn hợp bê tông đƣợc sắp
xếp lại, cùng với sự thuỷ hoá của xi măng cấu trúc của bê tông đƣợc hình thành.
Giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc. Các sản phẩm mới đƣợc hình
thành do xi măng thuỷ hoá dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó chúng tách ra
khỏi dung dịch quá bão hoà. Số lƣợng sản phẩm mới tách ra tăng lên đến một
mức nào đó thì cấu trúc keo tự chuyển sang cấu trúc tinh thể, làm cho cƣờng độ
của bê tông tăng lên. Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra hai hiện tƣợng
ngƣợc nhau: tăng cƣờng độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lƣới tinh thể.


9

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng nhƣ cƣờng độ ban đầu của bê
tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, loại xi măng và loại phụ gia. Hỗn
hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ nƣớc/xi măng hông lớn có giai đoạn
hình thành cấu trúc ngắn. Việc dùng xi măng và phụ gia hợp lý sẽ rút ngắn giai
đoạn hình thành cấu trúc [21], [22], [23], [24].
1.3.2. Cấu trúc vĩ mô, cấu trúc vi mô và cấu trúc nano.
1.3.2.1. Cấu trúc vĩ mô.
Bê tông có cấu trúc vĩ mô phức tạp. Trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê
tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl , thể tích hồ xi măng Vx và thể
tích lỗ rỗng khí Vk:
Vcl + Vx + Vk = 1

(1.1)

Khi đầm nén hợp lý thể tích lỗ rỗng khí có thể coi nhƣ hông đáng ể

vào. Vì vậy, hỗn hợp bê tông sau hi đổ khuôn có thể xảy ra sự tách nƣớc ở bên
trong, nƣớc sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa
chúng với phần đá xi măng.
Cấu trúc vùng tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng
Ở vùng tiếp giáp giữa đá xi măng và cốt liệu tồn tại các lớp hồ xi măng
dính bám vào bề mặt cốt liệu, các vùng chứa nƣớc do sự tách nƣớc bên trong
của hồ xi măng, các lỗ rỗng do nƣớc bốc hơi và các phần tử Ca(OH)2 tự do.
Trong bê tông thƣờng vùng này là vùng yếu nhất trong cấu trúc. Vết nứt co ngót
ở bên trong sẽ phát triển men theo vùng dính kết giữa đá xi măng và hạt cốt liệu. Các
vết nứt phát triển gặp cốt liệu sẽ chậm phát triển và không xuyên qua hạt cốt liệu.
1.4. Quy định về tính năng của bê tông xi măng làm đƣờng.
1.4.1. Quy định về cốt liệu chế tạo bê tông xi măng.
a. Xi măng.
Theo quyết định QĐ1951[4] thì có thể sử dụng các loại xi măng pooc lăng
thông thƣờng, xi măng pooc lăng hỗn hợp để làm mặt đƣờng bê tông xi măng.
b. Cốt liệu lớn.
Cốt liệu lớn dùng làm mặt đƣờng bê tông xi măng có thể là sỏi cuội, sỏi
cuội nghiền hoặc đá dăm tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông xi măng và có
thành phần hạt theo quy định. Cỡ hạt danh định lớn nhất không nên lớn hơn 19
mm đối với cuội sỏi, không nên lớn hơn 25 mm đối với sỏi cuội nghiền, không
đƣợc lớn hơn 37,5 mm đối với đá dăm.
c. Cốt liệu nhỏ (cát).
Cốt liệu nhỏ (cát) phải nghiền từ đá cứng, sạch hoặc dùng cát sông sạch
hoặc cát trộn từ hai loại đó. Cát có thành phần hợp lý, mô đun độ lớn trong
phạm vi 2,2 - 3,5 [4].
d. Yêu cầu về nƣớc.


11



cấp II

TCVN3105-

Rtkku ở tuổi mẫu

4,5 với mặt đƣờng BTXM đƣờng ô tô cấp III trở

3199:1993

28 ngày, MPa,
không nhỏ hơn

xuống
0,3 với mặt đƣờng BTXM đƣờng cao tốc, cấp I,

2.Độ mài mòn,
g/cm2, không
lớn hơn

cấp II, cấp III.

TCVN

0.6 với mặt đƣờng BTXM đƣờng ô tô cấp IV trở

3114:1993

xuống

1.5.1. Phƣơng pháp thiết ế thành phần BTXM theo ACI 211.1.91.
Theo tài liệu [34] phƣơng pháp này sử dụng lý thuyết kết hợp với thực
nghiệm. Lý thuyết cơ bản là lý thuyết về thể tích tuyệt đối. Bê tông đƣợc thiết kế
ở trạng thái hoàn toàn đặc, tổng thể tích của bê tông bao gồm các thể tích đặc
riêng rẽ của các vật liệu thành phần và thể tích không khí. Thực nghiệm bằng
các phép thử về cƣờng độ và độ sụt. Đánh giá thử nghiệm sử dụng lý thuyết xác
suất thống ê trên cơ sở các phân phối chuẩn.
1.5.1.1. Chọn độ sụt và cƣờng độ bê tông cần thiết.
a. Chọn độ sụt.
Độ sụt sử dụng đƣợc quyết định bởi tính chất của bê tông, tính chất của kết
cấu và điều kiện khí hậu đƣợc xác định theo Bảng 1.2 dƣới đây.


13

Bảng 1.2. Độ sụt đề suất cho các loại công trình xây dựng
Độ sụt, mm
Loại công trình xây dựng

Tối đa

Tối thiểu

Tƣờng và chân móng bê tông có cốt thép

75

25

Bệ đỡ, giếng chìm, và các kết cấu tƣờng

Thành phần bê tông đƣợc xác định trên cơ sở kinh nghiệm ngoài thực tế
hoặc thông qua các mẻ trộn thử trong phòng thí nghiệm. Để đáp ứng các yêu cầu
về cƣờng độ quy định, bê tông phải đƣợc xác định thành phần sao cho các kết
quả cƣờng độ chịu nén trung bình phải lớn hơn cƣờng độ chịu nén tối thiểu thiết
kế quy định (Rb) một giá trị đủ cao để xác suất của giá trị cƣờng độ thấp là nhỏ
nhất.
Xác định cƣờng độ yêu cầu Ryc:
- Trƣờng hợp không có số liệu thống kê hoặc có nhƣng nhỏ hơn 15 mẫu thử:
Ryc = Rb +8 (MPa)

(1.2)

Hoặc Ryc = 1.1 Rb + 4.8 (MPa)

(1.3)

- Trƣờng hợp có số liệu thống kê, đủ số lƣợng mẫu (có từ 30 mẫu thí
nghiệm cƣờng độ chịu nén) thì Ryc tính nhƣ sau:
Tính cƣờng độ trung bình R : R =

 Ri
n

(1.4)

Trong đó: Ri: Cƣờng độ mẫu thứ i
n: số lƣợng mẫu
Độ lệch chuẩn S=

 ( R  Ri ) 2

và Dmax cốt liệu khác nhau
Lƣợng nƣớc yêu cầu của bê tông với các kích thƣớc Dmax của cốt liệu, Kg/m3
Độ sụt, mm.

9.5

12.5

19.0

25.0

37.5

50

75

150

25 đến 50

207

199

190

179


228

216

202

190

178

160

-

Lớn hơn 175

-

-

-

-

-

-

-