Nghiên cứu ứng khả năng ứng dụng bê tông rỗng trong xây dựng vỉa hè và các công trình công cộng
NGHIÊN CỨU ỨNG KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG BÊ TÔNG RỖNG TRONG
XÂY DỰNG VỈA HÈ VÀ CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG
STUDY ANALYSIS OF FOREST CONSTRUCTED IN FORMER
BUILDING AND PUBLIC CONSTRUCTION
KS Phan Thanh Liêm1, PGS.TS Phan Đức Hùng2
1Học viên cao học, Khoa Xây dựng, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
2Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Tóm tắt: Bài báo sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính toán thực nghiệm, sau
đó tiến hành so sánh, đánh giá và ứng dụng thực tế, trên cơ sở sử dụng phương pháp tính toán cấp
phối của bê tông thông thường để xác định cấp phối của bê tông rỗng cho các loại công trình như vỉa
hè, công viên, bãi đỗ xe, đường nội bộ... Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp tính toán cấp
phối cho bê tông rỗng theo cả lý thuyết và thực nghiệm với độ chính xác tương đối, chỉ ra được
mối liên hệ giữa độ thấm, độ rỗng và cường độ của bê tông rỗng, từ đó tìm ra được cấp phối phù
hợp với yêu cầu vừa đảm bảo các chỉ tiêu về cường độ, khả năng tiêu thoát nước cho công trình, vừa
mang lại hiệu quả kinh tế cho xã hội, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo mỹ quan đô thị.
Từ khóa: Bê tông, bê tông rỗng.
Abstract: The paper uses the research to be combined with the computation is done, after the
progress to compare, evaluation and the actual application, on the method of the method of the
concrete allocation specify allocate of the ground concrete specified for the job type as the pasta,
public park, parking, car ... the results for the allocate distribution method specified for empty
context bê tông in both theory and execute with the precision precision, specify only link that
between the allowed, empty and empty of the ground concrete, from which found to allocate fit with
the fit quests support degrees, exe water exit for the job, just take a valid business for the
environment, add your environment environment.
Key words: Concrete, Pervious concrete.
nhưng vẫn đạt được cường độ và độ bền cần
1. GIỚI THIỆU CHUNG
thiết [1].
Bê tông rỗng là loại vật liệu có cấu trúc lỗ
rỗng hở liên tục, có độ rỗng (15-35%), cho
Bê tông rỗng giúp bảo vệ môi trường
phép không khí, nước và nhiệt trao đổi thuận
tiện trong môi trường. Tuy có cấu trúc lỗ rỗng
Bê tông rỗng có các tính chất:
- Điều hòa không khí, không gây hiệu ứng
nhà kính: Kết cấu bê tông rỗng cho phép đất
g
phía dưới có khả năng tương tác với môi
trường thông qua quá trình bốc hơi nước, từ
đó giúp điều hòa không khí khu vực xung
quanh, tạo ra một môi trường mát mẻ và
không gây hiệu ứng nhà kính như các loại bê
tông bình thường.
K k*
(1)
Trong đó:
ρ: là trọng lượng riêng của chất lỏng;
g: là gia tốc trọng trường
µ: là độ nhớt động học của chất lỏng
Đối với chất lỏng là nước thì công thức
đơn giản hơn: K = k * 107 (đơn vị SI) (2)
(Tham khảo công thức hệ số thủy lực K công
thức của KozenyCarman):
- Không gây tắc nghẽn hệ thống cống: Với
hệ thống thoát nước bình thường, sử dụng cơ
chế chảy mặt khiến cho đất đá, vật liệu hữu
cơ và rác thải sinh hoạt chảy theo dòng nước
vào hệ thống thoát nước do đó làm tắc nghẽn
hệ thống cống. Với bê tông rỗng, do nước
thấm vuông góc, không có hiện tượng chảy
tràn, mặt khác các lỗ thu nước được đặt âm
trong lòng kết cấu bê tông, do đó không gây
ra hiện tượng trên.
3
K
(2)
Fs* 2 *S02 *(1)
Trong đó: Φ: là độ rỗng của vật liệu; Fs:
là hệ số xét tới sự thay đổi hình dạng lỗ rỗng;
τ: là hệ số đặc trưng cho tính quanh co; S0: là
hệ số đặc trưng bề mặt của lỗ rỗng
- Không sử dụng cát: Hiện nay nguồn cát
đang ngày càng khan hiếm, cát chủ yếu được
khai thác từ các sông như: Vàm Nao, Sông
Hậu,… làm sạt lở bờ sông các khu vực ven
sông, ảnh hưởng tới môi trường sinh thái. Do
đó việc BTR không phụ thuộc vào nguồn cát
trong tương lai là một lợi thế rất lớn.
Do khả năng cho nước thấm qua và cường
độ chịu nén vừa phải nên bê tông thấm nước
có thể thay thế cho các loại bê tông thông
thường cho các trình công cộng, bãi đậu xe.
Đặc biệt trong ngành thủy lợi nó có thể thay
thế bộ phận tiêu nước ở hạ lưu đập đất và thiết
bị thoát nước trong thân đập bê tông trọng lực.
Qua kết quả thí nghiệm trên các mẫu bê tông
thấm nước, nhận thấy bê tông thấm nước cũng
được cấu tạo từ các nguyên liệu như cốt liệu,
xi măng, nước… giống như các loại bê tông
thông thường. Qua nghiên cứu, đã đưa ra các
tiêu chí trong việc ứng dụng bê tông thấm
nước trong một số công trình xây dựng ở Việt
Nam và đưa ra được thành phần cấp phối tiêu
chuẩn đáp ứng được các tiêu chí đó. Tuy
nhiên, bê tông thấm nước không áp dụng cho
cấu kiện có cốt thép và không áp dụng cho
nền đất không thấm. Do đó, để áp dụng thực
tế cần thiết phải thiết kế kết cấu chi tiết cho
từng hạng mục nhằm phát huy hiệu quả cao
nhất của bê tông thấm nước.
Theo các nghiên cứu trong và ngoài nước,
bê tông rỗng (BTR) có khả năng thấm và
thoát nước rất tốt, là loại vật liệu vừa thân
thiện với môi trường vừa có khả thấm nước
rất tốt [2]. Hệ thống các công trình sử dụng
BTR có khả năng thoát nước và trong một số
trường hợp có thể giữ một lượng nước rất lớn,
từ đó giúp giảm lượng nước cho các hệ thống
cống thoát nước thành phố [3]. Mặt khác, quá
trình thấm, thoát và giữ nước đều diễn ra
trong BTR, do đó không xảy ra hiện tượng
nước chảy tràn trên mặt đường gây cản trở
giao thông và sinh hoạt của người dân, tránh
được các tác động kéo theo của hiện tượng
chảy tràn là cuốn đất, đá, vật liệu xuống hệ
thống cống thoát nước.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tính thấm của vật liệu đƣợc đặc trƣng
bằng hệ số thấm (K)
2.2. Thành phần cấp phối của bê tông theo
khối lƣợng tỷ lệ (kg/m3)
Tính thấm tự nhiên được xác định theo
công thức sau: (Tham khảo TCVN 7572-
1÷20:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa –
phương pháp thử”).
Quá trình tính toán cấp phối phụ thuộc vào
yêu cầu đặc tính cơ học của sản phẩm. Cấp
phối sử dụng trong thí nghiệm được tính cho
từng tổ mẫu với thành phần tỷ lệ như sau: Xi
măng 270-415; Đá 1190-1480 tỷ lệ (theo khối
lượng); Tỷ lệ nước/xi măng 0,27/1-0,34/1,
đá/xi măng 4/1-4,5/1, hạt mịn/đá 0/1-0,1/1.
Vật liệu chính, chiếm tỷ lệ về khối lượng
nhiều nhất trong thành phần cấp phối của bê
tông. Đá dăm phải đảm bảo các yêu cầu
theo TCVN 7572-1÷20:2006 “Cốt liệu cho bê
tông và vữa – phương pháp thử” [4] (TCVN
7572-4:2006, TCVN 7572-8:2006, TCVN
7572-10:2006, TCVN 7572-12:2006, TCVN
7572-13:2006, TCVN 7572-17:2006). Do đó
chất lượng và kích thước đá ảnh hướng rất lớn
đến cường độ và khả năng thấm nước của bê
tông.
2.3. Cơ chế thoát nƣớc của bê tông rỗng
Chủ yếu dựa vào ba cơ chế chính là
“Thẩm thấu nước xuống đất”, “Dự trữ nước
trong lỗ rông của bê tông” và “Thoát nước
qua hệ thống thoát nước thành phố”.
2.4. Quy trình tính toán cấp phối bê tông
rỗng:
Bước 1: Khảo sát số liệu thủy văn
Bước 2: Xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông.
Từ nhiệt độ trung bình trong các tháng
mưa, xác định độ nhớt động học của nước
theo công thức Poa zơ.
Vùng kích thước đá nghiên cứu từ
2,37mm-12,56mm:
+ Nhóm thứ 1: 5mm-10mm - Đường kính
đại diện 7,3 mm.
Từ nhu cầu thấm nước, tính được vận tốc
thấm vật liệu theo định luật thấm Darcy.
Xác định độ rỗng của bê tông theo công
thức Berg 1970.
Bước 3: Lựa chọn tỷ lệ Nước/Xi măng và
Đá/Xi măng.
+ Nhóm thứ 2: 10mm-17mm - Đường kính
đại diện 12,5 mm.
3.1.2. Xi măng
Xi măng dùng cho nghiên cứu phải thỏa
mãn các yêu cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 2682:2009 “Xi măng poóc lăng – yêu
cầu kỹ thuật”
Bước 4: Tính toán lượng xi măng, nước và
3
đá cho 1m bê tông rỗng.
3.1.3 Nƣớc
2.5. Tiêu chí thiết kế
Nước dùng phải tuân theo tiêu chuẩn
TCXDVN 302:2004 “Nước trộn bê tông và
vữa – Yêu cầu kỹ thuật”.
Cường độ bê tông cần thiết đối với các
công trình hạ tầng kỹ thuật như công viên, vỉa
hè, bãi đỗ xe, đường giao thông… phổ biến ở
mức từ 150-250 daN/m2, hệ số thấm đạt từ 10-
3m/s-10-4m/s. Ngoài ra để đáp ứng yêu cầu
thẩm mỹ, bề mặt phải nhẵn mịn, do đó cấp
phối đá được lựa chọn có Dmax≤20mm.
3. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG
PHÁP THÍ NGHIỆM
3.2. Điều kiện bảo dƣỡng
Sau 24 tiếng ninh kết, tiến hành tháo gỡ
khuôn, các mẫu cấp phối và mẫu gạch được
đưa vào bể để bảo dưỡng ở nhiệt độ bình
thường.
3.3. Thành phần cấp phối
3.1 Nguyên vật liệu
3.1.1. Đá dăm
Bảng 1: Cấp phối đá dăm mẫu 1, 2
Phần trăm khối lƣợng
tích lũy lọt qua sàng
Phần trăm khối lƣợng
Kích thƣớc
lỗ sang
tích lũy trên sàng (%)
Mẫu 1
Mẫu 2
Mẫu 1
Mẫu 2
(mm)
(5-10mm)
(5-10mm)
(10-17mm)
(10-17mm)
4
96
5
16
10
5
0
3
100
97
0
95
100
100
0
Bảng 2: Các cấp phối tiến hành thí nghiệm
Số hiệu
cấp
Số
hiệu
cấp
Cỡ đá 1: D = 5mm-10mm
Cỡ đá 2: D = 10mm-
Xi măng Đá Nƣớc
Xi măng
(kg)
Đá
Nƣớc
phối
(kg)
(lít)
(kg)
(kg)
(lít)
CP1
CP2
362,4
1449,5 127,3
CP3
CP4
362,4 1449,5 127,3
Tăng
10% xi
măng
Tăng
5% xi
măng
398,6
1449,6
137
380,6 1449,6 131
và căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 6477:2016:
Gạch bê tông nên chọn mẫu gạch có kích
thước150x150x 150mm.
3.4 Phƣơng pháp tạo mẫu
Với từng cấp phối mẫu nêu trên, ta triển
khai đúc mẫu bê tông bằng hình lập phương
150x150mm
Phương pháp xác định cường độ nén”.
Xác định vận tốc thấm bằng, độ rỗng, thời
gian xuyên nước của mẫu bằng dụng cụ
chuyên biệt.
3.5 Phƣơng pháp thí nghiệm
Xác định cường độ chịu nén của mẫu hình
lập phương 150x150mm bằng máy thử nén bê
tông theo TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng –
4. KẾT QUẢ - ỨNG DỤNG THỰC TẾ
4.1. Kết quả thí nghiệm
=> Khi tăng lượng xi măng thì khả năng chịu
nén của bê tông tăng có xu hướng giảm.
4.1.1 Về cƣờng độ
* Ảnh hƣởng của cỡ hạt trong cấp phối
CP1 (5mm-10mm) và CP3 (10mm-17mm),
đều có cùng tỷ lệ cấp phối, tuy nhiên CP1 có
cường độ 14,22 MPa, CP3 có cường độ 18,74
MPa: BTR làm từ các cỡ hạt lớn thì có cường
độ lớn hơn BTR làm từ các cỡ hạt nhỏ
* Ảnh hƣởng của tỉ lệ xi măng trong cấp
CP1 và CP3 là những cấp phối ít xi măng
nhất, cho kết quả về cường độ chịu nén thấp.
CP2 và CP4 là những cấp phối đã được tăng
5-10% xi măng cho kết quả về cường độ
Bảng 3: Kết quả nén mẫu ở các ngày tuổi.
Cƣờng độ nén ở các ngày tuổi (Mpa)
Số hiệu
cấp phối
3 ngày
8,31
28 ngày
14,22
20,93
18,74
20,17
7 ngày
9,12
CP1
CP2
CP3
CP4
10,20
9,15
15,5
14,10
15,00
9,52
CP2 và CP4 là những cấp phối đã được
tăng 5-10% xi măng, kết quả vể độ rỗng thấp.
=> Khi tăng lượng xi măng thì độ rỗng của bê
tông có xu hướng giảm đi.
4.1.2. Độ rỗng
* Ảnh hƣởng của tỉ lệ xi măng trong cấp
phối:
CP1 và CP3 là những cấp phối ít xi măng
nhất, kết quả về độ rỗng tốt nhất.
* Ảnh hƣởng của cỡ hạt trong cấp phối:
CP1 (5mm-10mm) và CP3 (10mm-17mm),
đều có cùng tỷ lệ cấp phối, CP1 có độ rỗng
27,71% trong khi CP3 chỉ có độ rỗng là
25,63%.
=> Bê tông rỗng làm từ các cỡ hạt nhỏ cho
độ rỗng lớn hơn bô tông rỗng làm từ các cỡ
hạt lớn.
* Ảnh hƣởng của cỡ hạt trong cấp phối:
CP1 (5mm-10mm) và CP3 (10mm-17mm),
đều có cùng tỷ lệ cấp phối, CP1 có độ rỗng
27,71% trong khi CP3 chỉ có độ rỗng là
25,63%.
=> BTR làm từ các cỡ hạt nhỏ nên có độ
rỗng lớn hơn và khả năng thấm nước tốt hơn
BTR làm từ các cỡ hạt lớn, khả knăng thấm tốt
nhất.
25
20
15
10
5
20.019750
0
14,925
11,721
8,572
CP2 và CP4 là những cấp phối đã được
tăng 5-10% xi măng, kết quả vể thời gian
thấm và khả năng thấm thấp hơn.
0
CP1
CP2
CP3
CP4
.
Hình 4: Biểu đồ thời gian thấm trung bình
30
27.71
.0160000
25.63
.0143000
23.84
25
20
15
10
5
.0140000
.0120000
.0100000
.0080000
.0060000
.0040000
.0020000
.00000
21.42
.0105000
.0082500
.0063250
0
CP1
CP2
CP3
CP4
CP1
CP2
CP3
CP4
Hình 3: Biểu đồ độ rỗng
Hình 5: Biểu đồ vận tốc thấm trung bình
4.1.3. Thời gian và vận tốc thấm
* Ảnh hưởng của tỉ lệ xi măng trong cấp
phối:
CP1 và CP3 là những cấp phối ít xi măng
nhất, thời gian và khả năng thấm tốt nhất.
CP2 và CP4 là những cấp phối đã được
tăng 5-10% xi măng, thời gian và khả năng
thấm thấp hơn.
* Ảnh hưởng của cỡ hạt trong cấp phối:
CP1 (5mm-10mm) và CP3 (10mm-17mm),
đều có cùng tỷ lệ cấp phối, CP1 có độ rỗng
27,71% trong khi CP3 chỉ có độ rỗng là
25,63%.
=> BTR làm từ các cỡ hạt nhỏ cho độ rỗng
lớn hơn và khả năng thấm nước tốt hơn BTR
làm từ các cỡ hạt có kích thước lớn.
=> Khi tăng lượng xi măng thì khả năng thấm
của bê tông có xu hướng giảm.
4.2. Ứng dụng thực tế
Áp dụng tính toán cho một số công trình
thực tế tại thành phố Long Xuyên, tỉnh An
Giang có thể đưa gạch bê tông rỗng vào sử dụng
để lát nền đường hoặc vỉa hè, được thể hiện ở
hình 6 và hình 7.
* So sánh giá trị công tác lát gạch vỉa hè
Đối với gạch lát vỉa hè, công viên phải đảm
bảo quy cách 400x400x30 (mm); Mác bê tông
là 20MPa (cường độ bê tông ở 28 ngày);
Vận tốc thấm yêu cầu V ≥
(mm/s); đảm
0,04
bảo thoát nước tốt và đảm bảo mỹ quan đô thị.
400
350
300
250
100
90
80
70
60
50
Gạch
Terrazzo
màu xám
200
150
100
50
Gạch Terrazzo màu
xám
40
Gạch BTR (CP2)
30
Gạch BTR (CP4)
20
10
0
0
Công viên dưới dạ cầu
Nguyễn Trung Trực
Vỉa hè đường Triệu Quang Phục
Hình 6: Biểu đồ so sánh giá trị công tác lát gạch
Công viên dưới dạ cầu Nguyễn Trung Trực.
Hình 7: Biểu đồ so sánh giá trị công tác lát gạch vỉa
hè đường Triệu Quang Phục.
các loại vật liệu khác đã được áp dụng ở
một số công trình thực tế.
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đề xuất được phương pháp
tính toán cấp phối và cách tính độ rỗng
cho bê tông rỗng theo cả lý thuyết và
thực nghiệm với độ chính xác tương đối.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] V.G.Khurd, Nitish M. Patil.
Experimental Study of Properties of
Pervious Concrete as a Pavement. Material
Đánh giá được các mối quan hệ giữa
khả năng thấm, lượng lỗ rỗng và cường độ
phụ thuộc vào lượng xi măng và kích thước
cỡ hạt của đá dựa vào kết quả thực nghiệm.
International
Journal
of
Advanced
Engineering and Nano Technology
(IJAENT) ISSN: 2347-6389, Vol. 2, Issue
9, August- 2015.
Tìm ra cấp phối phù hợp để ứng dụng
cho các công trình vỉa hè, đường giao
thông nội bộ đảm bảo cả về mặt chịu lực
và thoát nước.
[2] X.Y.Zhang, N.Liang (2013).
Influence on Permeability and Mechanical
Properties of Pervious Concrete by
Aggregate Gradation. Applied Mechanics
and Materials, Vol. 438-439, pp. 145-148,
2013.
Tính kinh tế về khả năng ứng dụng của
bê tông rỗng cho các công trình công cộng
là rất cao.
[3] Lê Thái Bình và cộng sự. Nghiên
cứu ứng dụng bê tông thấm nước trong các
công trình xây dựng Việt Nam. Hội nghị
Khoa học thường niên năm 2013.
Từ những kết quả và so sánh trên, bê
tông rỗng có thể được áp dụng rộng rãi vào
các công trình công cộng hay dân dụng vì
bê tông rỗng có thể sản xuất được đại trà
với nhiều cấu kiện khác nhau mà vẫn đảm
bảo được về mặt cường độ cho cấu kiện.
Hơn thế nữa giá thành lại rẻ hơn hoặc bằng
[4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-
1÷20:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa –
phương pháp thử”. Tham khảo TCVN
7572-4:2006,
TCVN
7572-8:2006,
TCVN 7572-10:2006, TCVN 7572-
12:2006, TCVN 7572-13:2006, TCVN
7572-17:2006.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Phan Thanh Liêm
Đơn vị: Phòng Quản lý Đô thị thành phố
Điện thoại: 0977.211.317
Xác nhận của giảng viên hướng dẩn
BÀI BÁO KHOA HỌC
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ
Bài báo khoa học của học viên
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
Bảnquyềntác phẩm đã được bảo hộ bởiLuậtxuất bảnvà LuậtSở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm
cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
8 trang
12/01/2024
19540
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ứng khả năng ứng dụng bê tông rỗng trong xây dựng vỉa hè và các công trình công cộng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_ung_kha_nang_ung_dung_be_tong_rong_trong_xay_dung.pdf
