SHRP - C - 373
TỐI ƯU HOÁ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG ĐƯỜNG
Abstract
Báo cáo này cung cấp: (1) Các thông tin phát triển mới của vật liệu bê tông xi măng và các áp dụng sử dụng cho đường cao tốc, đặc biệt là với các kỹ sư trẻ mới bắt đầu công việc ngoài hiện trường; (2) các vật liệu mới và phương pháp thử áp dụng cho đường và cầu. Báo cáo này bao gồm các tổng hợp về công nghệ bê tông đường của state-of-the-art. Mô tả và đánh giá các phương pháp thử độ chặt bê tông ngoài hiện trường cùng với việc sử dụng các phương pháp hạt nhân và xác định hàm lượng nước của hỗn hợp bê tông bằng cách sấy khô bằng sóng ngắn cũng được tổng hợp trong báo cáo. Báo cáo đưa ra các chỉ dẫn tóm tắt để tránh các ảnh hưởng của nhiệt trong tấm mặt đường bê tông và sự đóng khối của thành phần cốt liệu trong hỗn hợp bê tông. Báo cáo có đưa ra một mô tả chi tiết các đánh giá ngoài hiện trường của các hỗn hợp bê tông khác nhau được sử dụng để sửa chữa mặt đường bê tông và lớp phủ mặt cầu. Mô tả tóm tắt các phương pháp và hệ thống chuyên môn của HWYCON, các nghiên cứu của SHRP. Cuối cùng, là một mô tả bổ sung về các thử nghiệm vật liệu và nâng cấp cầu, đường.
Executive Summary
Khả năng làm việc của mặt đường bê tông và các kết cấu tuỳ thuộc vào thiết kế của kết cấu; thành phần và chất lượng của vật liệu bê tông; quá trình đổ, gia cố, hoàn thiện và dưỡng hộ; môi trường đổ bê tông. Nhiều thành viên của post-World War II generation of highway engineers, là những người có nhiều kinh nghiệm, hiểu biết trong lĩnh vực này. Thế hệ các kỹ sư tiếp theo cần được học hỏi về công nghệ vật liệu bê tông để sản xuất mặt đường bê tông và kết cấu có chất lượng. Về khía cạnh thiết kế đã được đưa chi tiết trong phần lớn các chương trình giảng dạy (curricula) của các trường đại học, nhưng các thảo luận về vật liệu, các tính chất và khả năng làm việc thường xa vời với quá trình đào tạo (left on-the-jop training). Chương trình của dự án này nhằm đưa ra các thông tin về bê tông xi măng và các thành phần hợp thành nó cho các kỹ sư mới và để liên kết chúng như thế nào trong sửa chữa và phục hồi công trình. Các loại xi măng và phụ gia mới được nghiên cứu để áp dụng chúng cho mặt đường bê tông (một trong những vấn đề lớn nhất mà các kỹ sư phải đối diện). Thông tin của báo cáo này và các báo cáo khác, cũng như sự chuẩn đoán (diagnosis) hư hỏng (distress), thử nghiệm cốt liệu và bê tông, thiết kế thích hợp của hỗn hợp bê tông, sửa chữa và phục hồi, đã đợc biên soạn (compiled) và đánh giá trong hệ thống thiết bị đánh giá chuyên môn (computer-accessible expert systems), các băng đĩa và các khoá đào tạo (educational videotapes, and training manuals). Báo cáo này báo cho người đọc biết tình trạng trợ giúp của các quá trình đào tạo này.
State-of-the-Art Concrete
Như một phần của dự án này, Tổng hợp của State-of-the-art đã được chuẩn bị. Các tổng hợp hiện nay và công nghệ bê tông đường cao tốc (Whiting et al. 1993), tổng hợp các liên quan trong những năm gần đây, những phát triển có ý nghĩa đã được tiến hành cho vật liệu có sẵn sử dụng để sản xuất bê tông. Hỗn hợp của xi măng, cốt liệu, nước cũng có thể kết hợp với chất kết dính đặc biệt, phụ gia hoá học, phụ gia khoáng, cốt liệu đặc biệt, cốt sợi. Tác nhân cuốn khí thường được sử dụng để phát triển hệ thống lỗ rỗng không khí đáp ứng yêu cầu về độ bền. Phụ gia hoá học có thể sử dụng để tăng cường độ nén điều chỉnh tốc độ đóng rắn, cường độ ban đầu, cải thiện tính công tác, và cải thiện độ bền. Phụ gia khoáng như tro bay và silica fume đã được sử dụng để sản xuất bê tông chất lượng cao hơn và bê tông có khả năng thấm ít. Những loại xi măng mới có khả năng tăng rất nhanh tốc độ phát triển cường độ và nâng cao độ bền gần đây đã được đưa vào sử dụng, xi măng thông thường được xử lý bằng các phụ gia khác nhau, hỗn hợp đã được thiết kế để đạt được chất lượng tương đương với hỗn hợp có chất lượng cao.
Các kỹ sư đường đã tăng việc sử dụng những loại vật liệu này để nâng cao các tính chất của bê tông cho các công trình xây dựng mới, sửa chữa và nâng cấp. Sự phát triển tiếp theo và đánh giá của công nghệ bê tông đã được thảo luận ở trên sẽ có một ảnh hưởng to lớn đến ngành công nghiệp mặt đường bê tông. Các kỹ sư phải xây dựng nhanh mặt đường bê tông, mở ra cho chúng khả năng giao thông sớm và tin cậy vào các thiết kế cuối cùng (to rely on such to be long-lasting designs). Cùng với những thuận lợi này, bê tông sẽ là vật liệu thu hút hơn để sử dụng không chỉ trong thiết kế mới mà còn cho nâng cấp. Do công trình giữa các tiểu bang và hệ thống đầu tiên đã thay đổi từ xây dựng mới sang nâng cấp, sử dụng bê tông để nâng cấp các công trình chủ yếu. Nâng cấp các vùng đặc biệt được đề cập trong tổng hợp này và nó sẽ ảnh hưởng bởi các tiến bộ trong công nghệ bê tông bao gồm:
- Xây dựng lại
- Sửa chữa toàn bộ (full-depth repairs)/thay thế các tấm
- Sửa chữa một phần (partial - depth repairs)
- Các lớp mặt bê tông (bao gồm cả các lớp mặt cầu)
- Phục hồi bê tông. (concrete recycling)
Thực tiễn hiện nay và đề xuất để cải tiến cho từng lĩnh vực đã được mô tả trong báo cáo tổng hợp. Sự cần thiết để đưa các mặt đường sửa chữa sớm đưa vào sử dụng có thể thông qua khả năng sử dụng vật liệu đặc biệt và bê tông với tốc độ phát triển cường độ ban đầu nhanh. Những loại bê tông đóng rắn nhanh này sẽ cho phép sửa chữa và nâng cấp mặt đường và cầu nhanh, cải thiện khả năng làm việc của bê tông chống lại các điều kiện bất lợi và tăng cường độ giao thông.
Thêm vào đó để lựa chọn và thiết kế cho các ứng dụng sửa chữa, khả năng xây dựng là một vấn đề quan trọng khác cũng được đưa vào trong báo cáo tổng hợp. Phương pháp trộn và các mẻ trộn thử đã được mô tả, triển vọng của hệ thống tự động cao hơn được chú ý (note). Sử dụng ván khuôn trượt, cùng với các thiết bị sử dụng để đổ, gia cố và hoàn thiện. Các thanh truyền lực (dowel insertion) và khe hở (zero- clearance) của mặt đường được sử dụng thường xuyên hơn, đặc biệt là các vùng có giao thông nặng. Cuối cùng là xử lý mặt đường, gồm dưỡng hộ và làm mặt, nó đóng vai trò quan trọng cho đường cao tốc để đạt được tuổi thọ vĩnh cửu (long-lasting) và đảm bảo an toàn trên bề mặt.
Báo cáo tổng hợp cũng bao gồm các phát triển khác để thử nghiệm ngoài hiện trường và điều chỉnh chất lượng. Nó bao gồm đo hàm lượng nước, clo, lỗ rỗng không khí cũng như sự kiểm tra mức độ trưởng thành (maturity monitoring) và các phương pháp khác để xác định tốc độ phát triển cường độ ngoài hiện trường. Những phương pháp mới để đo độ chặt bê tông và lỗ rỗng cũng đã được thảo luận. Cuối cùng, một chương về đảm bảo chất lượng thoả mãn các yêu cầu của dự án mà tính toán cho các tính chất thay đổi trong cả thử nghiệm và các vật liệu và cho phép điều chỉnh các nhân tố dựa trên khả năng làm việc của nhà thầu.
Development of Test Methods for Fresh Concrete
Sau dự án này, bốn lĩnh vực cùng với các phương pháp điều chỉnh cho hỗn hợp bê tông và tối ưu hoá hỗn hợp đã được nghiên cứu. Bao gồm (1) đánh giá công nghệ xác định ngoài hiện trường để xác định hàm lượng nước của hỗn hợp bê tông bằng cách sử dụng lò vi sóng, (2) Phát triển chỉ dẫn để dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ đến các tấm bê tông mới đổ, (3) Phát triển một sổ tay để sử dụng trong công tác tối ưu hoá thành phần hạt của bê tông, (4) phát triển công nghệ để đo độ chặt của hỗn hợp bê tông tại các độ sâu khác nhau của tấm bê tông mới đổ.
Sự phát triển công nghệ để xác định tổng lượng nước của hỗn hợp bê tông đã được hoàn thành trong dự án C-206. Lượng nước được xác định bằng cách sấy khô hỗn hợp bê tông trong thời gian 14 phút trong lò vi sóng 900W. Điều này là cần thiết để lấy mẫu thử ra khỏi lò để nghiền (hand crushing) và sắp xếp mẫu thử trong khay sấy. Mẫu thử có khối lượng 1,5Kg, độ chính xác 1,6Kg/m3. Phương pháp này đã được áp dụng cho tấm mặt đường bê tông thông thường, bê tông latex cải tiến và silica fume của lớp phủ mặt cầu, bê tông sử dụng để sửa chữa nhanh mặt đường, tất cả đều có kết quả tốt. Một tiêu chuẩn đề xuất của AASHTO đã được đưa thêm vào trong báo cáo này.
Nhiệt độ và độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển cường độ ban đầu và cường độ cuối cùng. Một chỉ dẫn phát triển sau dự án C-206 (Andersen, Andersen, and Whiting 1992) đã giải thích về nhiệt độ của bê tông, nhiệt độ không khí và các đặc tính của hỗn hợp bê tông cho phép người sử dụng xác định được hay không các sự cố gây ra bởi nhiệt độ. Các chỉ dẫn để tránh các vấn đề về nhiệt độ cũng đã được đưa ra.
Chỉ dẫn đưa ra một số bảng dữ liệu cho xi măng loại I, II và III cũng như cho bê tông có chứa tro bay loại F. Các bảng dữ liệu có thể sử dụng để dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ cho hỗn hợp bê tông có chứa 312 và 445Kg/m3 xi măng trong hỗn hợp. Bảng dữ liệu đã được lấy từ thông số đầu ra của một mô hình tính toán (computer simulation) của lưu lượng nhiệt và sự phát triển cường độ. Mô phỏng đã được thực hiện trong suốt 72 giờ đầu sau khi đổ bê tông. Các thông số phải nhập vào bảng là: loại vật liệu chất kết dính, hàm lượng vật liệu kết dính, nhiệt độ bê tông, nhiệt độ khôngkhí, chiều dày của tấm bê tông. Ví dụ sử dụng các bảng cho các thành phần khác nhau của các thông số được đưa trong chỉ dẫn.
Thành phần hạt của cát với cốt liệu thô cho thấy có ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của cả hỗn hợp bê tông và bê tông. Sau dự án C-206, một chỉ dẫn để xác định thành phần hạt tối ưu cho cốt liệu của bê tông (Andersen and Johansen 1993) mô tả các ứng dụng lý thuyết xếp chặt hạt (particle packing) để đưa ra mật độ sắp xếp các hạt cho bộ khung (skeleton) cốt liệu trong bê tông. Đưa ra cho hỗn hợp bê tông tính công tác tốt nhất với mật độ sắp xếp các hạt cốt liệu lớn nhất, cũng như chỉ ra là tổng lượng hồ xi măng là nhỏ nhất. Việc cải thiện thành phần hạt và giảm hàm lượng hồ có thể giảm hiện tượng phân tầng xảy ra và tách nước làm cho bê tông có độ bền cao hơn. Điều này cũng làm cho bê tông có hiệu quả kinh tế hơn.
Chỉ dẫn này bao gồm các bảng liên quan đến các đặc tính phân bố kích thước hạt cốt liệu và mật độ sắp xếp để sắp xếp hai hoặc nhiều hơn các loại vật liệu khác nhau. Các bảng có thể sử dụng để pha trộn có hiệu quả các hạt cốt liệu thô hoặc hỗn hợp của cát và cốt liệu thô. Một chỉ dẫn bao gồm các phương pháp thử và sản xuất, chỉ dẫn sử dụng các bảng, và một tóm tắt về lý thuyết. Một giá trị giới hạn đã được thực hiện sử dụng để so sánh giá trị trong các bảng cùng với các phương pháp kết hợp thành phần hạt tiêu chuẩn. Trong khi đó một số kết quả có nhiều hy vọng đã đạt được, một đánh giá rõ ràng được viết trước khi các bảng có thể được đề xuất sử dụng phổ biến.
Một máy đo độ chặt có hai que thăm hạt nhân (twin-probe nuclear density gage) (Troxler model 2376) được dùng cho các áp dụng để cung cấp thông tin về độ chặt và mức độ gia cố mong muốn theo chiều sâu mặt đường. Dụng cụ dùng một nguồn Cs-137, 5-mCi (0.19-GBq); một ống đánh tia lửa (a scintillation tube detector); và một hộp đếm / đồng hồ đo tốc độ (scaler/ratemeter) để truyền các tính toán. Một nguồn phụ 1-Ci (37-kBq) được đặt trên máy dò (detector) để ổn định nguồn Cs-137 trong suốt quá trình thử. Nguồn và máy dò được đặt trong một ống dẫn hướng (guide tube) dài 305mm và đường kính 50mm được thiết kế có đầu côn để xâm nhập vào hỗn hợp bê tông. Đường cong hiệu chỉnh tính toán tương quan giữa độ chặt được phát triển theo phương pháp thử của kim loại chuẩn cùng với thiết bị có một phạm vi chuẩn của bê tông 1120 đến 2400 Kg/m3.
Thiết bị đã được kiểm tra trên một series lỗ rỗng tự do của bê tông và tìm ra độ chính xác trung bình xấp xỉ 19kg/m3. Khi áp dụng cho mẫu thử có chứa các thanh thép truyền lực, thiết bị có thể xác định chính xác độ chặt của các lớp bê tông liên tiếp trong khoảng 20mm của thanh truyền lực. Khi hướng đi của thiết bị gần đến thanh truyền lực, độ chặt ghi được sẽ tăng nhanh. Các ảnh hưởng trái ngược lại đã được quan sát thấy cùng với các lỗ rỗng được tái tạo trong bê tông, độ chặt sẽ giảm mạnh khi thiết bị đi đến vùng các lỗ rỗng. Một tiêu chuẩn được đề xuất bới AASHTO được đưa trong phụ lục của báo cáo này.
Một tóm tắt các sản phẩm được phát triển khác của SHRP về bê tông và kết cấu cũng được đưa trong báo cáo. Một mô tả ngắn gọn của các sản phẩm và tính thiết thực của nó đã được nêu ra cho
thiết thực của nó đã được nêu ra cho từng sản phẩm lựa chọn. Các sản phẩm nghiên cứu bao gồm các phương pháp thử mới cho tính thấm của bê tông, phương pháp đèn huỳnh quang; các phương pháp phát hiện sản phẩm phản ứng alkali-silica (ASR) trong bê tông, các phương pháp kiểm tra mới để xác định khả năng phản ứng của cốt liệu, các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông đảm bảo an toàn tránh khỏi phản ứng alkali-silica, nhận diện cốt liệu dễ bị ảnh hưởng (susceptible) bởi D-cracking, cải tiến phương pháp thử băng giá AASHTO T161, các phương pháp đo hằng số chống rung của bê tông (damping constant), kỹ thuật đo tần số âm (pulse-echo) để dò tìm các khuyết tật, và hỗn hợp bê tông chất lượng cao. Danh sách các sản phẩm được tham khảo trong các tài liệu và của SHRP được đưa chung với Catalog SHRP 1992.
FIELD STUDIES OF NEW TEST PROCEDURES, MATERIALS, AND CRITERIA FOR CONCRETE REHABILITATION
Các nghiên cứu ngoài hiện trường được tiến hành để đánh giá các vật liệu bê tông, hỗn hợp có nhiều triển vọng để sớm đưa vào áp dụng và ở đó bê tông phải làm việc trong các môi trường cực kỳ bất lợi. Các lựa chọn để áp dụng bao gồm sửa chữa toàn bộ chiều sâu (full-depth) mặt đường, nơi mà giao thông phải được phép đi qua trên mặt đường trong một thời gian ngắn, các lớp phủ mặt cầu, nơi phải sớm đưa vào sử dụng để giảm thời gian kéo dài thi công.
Nghiên cứu về vật liệu bê tông và hỗn hợp của chúng được chọn làm cơ sở để tiến hành phát triển trong các nghiên cứu khác của SHRP, các nghiên cứu độc lập và các chương trình phát triển, với sự tham gia của ngành công nghiệp. Chúng bao gồm Bê tông đóng rắn rất nhanh (VES) và bê tông đóng rắn nhanh (HES) được phát triển sau dự án C-205 (tính chất cơ lý của bê tông chất lượng cao), hỗn hợp bê tông vận chuyển nhanh (Fast-Track concrete mixture) ban đầu được phát triển bởi Iowa Department Transportation (DOT), và hỗn hợp hiện nay đang được Georgia và Ohio DOTs sử dụng. Tất cả hỗn hợp này đều sử dụng chất kết dính theo AASHTO M85 và các vật liệu có sẵn tại địa phương cũng như là phụ gia đáp ứng yêu cầu AASHTO M194. Hỗn hợp đang sử dụng xi măng do hãng Pyrament và xi măng ninh kết nhanh cũng được đưa vào trong nghiên cứu do các vật liệu này đã trở lên phổ biến.
Thử nghiệm trên công trường đã được lựa chọn ở bang Georgia và Ohio để sửa chữa nhanh toàn bộ chiều sâu của mặt đường. Sửa chữa đã được tiến hành trên 10 điểm với cùng một loại vật liệu và được tiến hành thí nghiệm trên hai vị trí một. Công trường ở Georgia dài 4,8Km về hướng đông tây của Augusta. Công trường ở Ohio dài 6,4Km về hướng đông tây SR2 phía đông của Vermilion. Ba hỗn hợp (VES, Fast-Track, và một hỗn hợp của Georgia DOT) được đánh giá ở công trường Georgia trên tổng 60 mặt cắt, sửa chữa 20 điểm của cùng một hỗn hợp. Tám hỗn hợp (hai với xi măng Pyrament, hai với xi măng ninh kết nhanh, HES, VES, Fast-Track, và một hỗn hợp của Ohio DOT) được đánh giá trên tổng số 80 mặt cắt ở công trường Ohio.
Trước khi thử nghiệm ngoài công trường, các mẻ trộn thử trong phòng thí nghiệm đã được tiến hành với các vật liệu lấy từ công trường. Những mẻ trộn này được sử dụng để thiết lập mối quan hệ giữa tuổi ban đầu và các thông số như tốc độ phát triển, cường độ nén và mô đun phá hoại . Các mối tương quan giữa vận tốc dao động (pulse-velocity) và cường độ cũng được phát triển. Trong suốt quá trình đổ thực tế ngoài hiện trường, những mối quan hệ này đã được các điều tra viên sử dụng để theo dõi sự phát triển cường độ trong các tấm và thêm vào đó là xác định thời gian cho phép thông xe (time of opening). Dự đoán cường độ đã được kiểm tra lại (verify) bằng các kiểm tra trên các mẫu thử hình trụ được đúc ngoài công trường, các mẫu trụ được dưỡng hộ ở nhiệt độ thích hợp, và các lõi khoan được khoan từ các tấm. Thời gian thông xe (time openning) bao gồm các phạm vi từ 2 đến 4 giờ, 4 đến 6 giờ và 12 đến 24 giờ, tuỳ thuộc vào vật liệu cụ thể và cấp phối. Trong phần lớn các trường hợp, cường độ nén đo được đều vượt quá 13,8Mpa và modul phá hoại (MOR) vượt quá 2,1Mpa đã đạt được cùng với mục tiêu về thời gian.
Đánh giá các ảnh hưởng của việc thông xe sớm trên các tấm mặt đường được làm trên cơ sở của các phân tích mỏi sử dụng phương pháp của Miner. Ảnh hưởng của cường độ bê tông ở thời gian ban đầu đến khả năng chịu ứng suất của các thanh truyền lực cũng được kiểm tra. Dữ liệu về giao thông và sự phân bố, xe tải nặng trên mặt đường ngoài công trường đã được thu thập. Chúng được sử dụng để tính toán tỷ lệ mật độ xe đi qua (pass-coverage) (p/c) cần thiết cho các phân tích mỏi. Các hư hỏng tích luỹ do mỏi trong suốt 14 ngày đầu sau khi đưa vào khai thác đã được xem xét và quy hư hỏng là do mỏi để nghiên cứu khả năng khai thác sớm. Cả lực và nhiệt độ gây ra ứng suất đều được xem xét.
Các phân tích được kiểm soát bằng kết quả thử trong phòng thí nghiệm và các dữ liệu thu thập được trong suốt quá trình lắp đặt để đánh giá các hư hỏng có thể quy cho (attributable) mỏi để sớm đưa vào khai thác và xác định cường độ cần thiết đảm bảo các tính năng cơ lý chấp nhận được khi đưa vào khia thác. Từ một số áp dụng, việc xác định cường độ cần thiết khi khai thác sử dụng là hướng quan trọng nhất. Dựa trên các kết quả thu được, cho thấy cường độ yêu cầu để sớm khai thác sử dụng -- cường độ uốn là 2.1Mpa hoặc cường độ nén là 13.8Mpa -- là hợp lý trong phần lớn các điều kiện để sửa chữa một đoạn có chiều dài đến 3.7m. Cường độ nén chính xác hơn khi đưa vào sử dụng cho những mặt cắt rất ngắn -- 1.8m hoặc nhỏ hơn -- do ứng suất của các thanh truyền lực là nhân tố then chốt trong các trường hợp này. Qua sự kiểm tra trong một thời gian dài, các dữ liệu làm việc cần được phát triển cho các chỉ dẫn chính xác hơn để sớm có thể đưa vào sử dụng.
Các nghiên cứu chứng minh ngoài hiện trường cần sớm được đưa vào sử dụng. Vẫn còn tồn tại một ít hạn chế trong các nghiên cứu với những loại vật liệu này, và bất cứ sự trì hoãn nào cũng có thể có ảnh hưởng bất lợi đên khả năng của người công nhân trong khi đổ khuôn, gia cố và hoàn thiện bề mặt. Thời gian làm việc ngắn (thường nhỏ hơn 45 phút) và thời gian chuyên chở bê tông phải được giảm nhỏ tối thiểu. Một lượng lớn xi măng trong các hỗn hợp này là nguyên nhân gây ra nhiệt thuỷ hoá và giảm nhanh tính công tác so với bê tông thông thường. Nhiều hỗn hợp dễ bị hỏng khi có sự thay đổi nhỏ về lượng nước. Khả năng khai thác sớm có thể đạt được, trong một số trường hợp có thể khai thác trong khoảng 2 đến 4 giờ; Tuy nhiên, công nhân phải có kiến thức (aware) về loại bê tông đặc biệt này trước khi sử dụng chúng cho bất kỳ công việc nào ngoài hiện trường.
Các áp dụng cho lớp phủ mặt cầu cũng đã được nghiên cứu. Bê tông latex cải tiến (LMC) sử dụng xi măng loại III và bê tông silica fume được đổ tại 4 vị trí riêng biệt. Hai cầu được lựa chọn ở Ohio trên tuyến I-270 ở Columbus và US 52 Đông nam Cicinnati. Hai cầu ở Kentucky trên tuyến I-265 đến KY 22 phía đông Louisville và US41 đến KY 351 ở Henderson. Tại mỗi vị trí, cả hai loại bê tông đều đã được làm trên hai làn đường song song. Các kết quả cho thấy, sử dụng xi măng loại III, LMC có thể thông đường trong 24giờ. Các điều kiện lạnh (nhiệt độ giao động nhỏ hơn 100C) có thể yêu cầu thời gian dưỡng hộ dài hơn. Trong khi bê tông silica fume sử dụng xi măng loại I yêu cầu thời gian dưỡng hộ dài hơn, cường độ có dấu hiệu cao hơn, tính thấm clo thấp hơn so với LMC loại III.
Theo dõi cả hai cầu tại các vị trí mặt cầu và mặt đường. Tại vị trí mặt cầu, quan sát điều kiện mặt cầu và thăm dò bề mặt các chỗ lõm đã được thử nghiệm. Các kết quả cho thấy là các lớp phủ thường không hỏng, chỉ có một trong bốn vị trí phủ cho thấy giảm ứng suất. Trong trường hợp này, có một số vết nứt nhỏ trong cả hai loại bê tông latex cải tiến và silica fume cũng như một số dấu hiệu không dính kết của vật liệu phủ gần mối nối xây dựng giữa hai vị trí phủ.
Tại vị trí sửa chữa mặt đường, tiếp tục kiểm tra bao gồm quan sát những vị trí giảm ứng suất, kiểm tra biến dạng. Quan sát vị trí giảm ứng suất ở Georgia cho thấy không có vết nứt nào hoặc các dấu hiệu rõ ràng khác của sự giảm ứng suất sau hai tháng phục vụ. Cường độ của lõi khoan trong phạm vi thấp hơn từ 10% đến 20% so với cường độ mẫu trụ bảo dưỡng trong phòng thí nghiệm. Chỉ có các vết nứt rất nhỏ được phát hiện (detect) trong một lõi khoan lấy từ một vị trí. Tại công trường ở Ohio, một số dấu hiệu đã được tìm thấy cho các vết nứt theo chiều dọc. Tất cả các vết nứt đều xuất hiện ở giữa tấm, cùng với nhân tố đóng góp chính cho sự xuất hiện các vết nứt là gradient nhiệt độ cao sinh ra trong giai đoạn sau khi đổ khuôn, nó chủ yếu có thể sinh ra ứng suất trong các tấm. Sự mở rộng của các vết nứt nhỏ trong các lõi khoan lấy từ nhiêu vị trí trong những vùng này, biểu thị (indicative) của ứng suất kéo ban đầu nó có thể được sinh ra bởi sự phát triển cao nhiệt độ trong các tấm.
Expert Systems
Các hệ thống chuyên môn cho xi măng và bê tông đã được giới hạn bằng kinh nghiệm từ những năm 1980. Những hệ thống này có thể được đặc trưng bằng yêu cầu về sự phát triển lâu dài, dựa trên giới hạn hiểu biết và nguồn gốc hạn chế có sẵn để phát triển chúng. Gần đây hơn, phần mềm tính toán và phần cứng có thể nâng cao cả nguồn dữ liệu cho thiết kế hoặc sự hoà nhập (integration) của các kiến thức khác nhau và cải tiến các giao diện sử dụng, kết quả là giảm thời gian phát triển. Đây là một môi trường mới, cùng với sự tổng hợp (synthesize) một số lượng lớn kiến thức về xi măng và bê tông, dẫn đến sự chấp nhận lớn hơn cho các hệ thống chuyên môn và sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng thêm các quyết định sử dụng cho đường cao tốc.
Trong dự án này, hệ thống chuyên môn được phát triển để trợ giúp cho các cơ quan đường cao tốc về (1) nhận diện và xác định các nguyên nhân làm giảm ứng suất của vật liệu; (2) lựa chọn các loại vật liệu để tránh các vấn đề như phản ứng alkali-cốt liệu, tác động của băng giá, ăn mòn cốt thép và sự tấn công của sulfate; (3) lựa chọn các vật liệu cho bê tông tái sinh, cơ sở của tính thấm, và bê tông Fast - Track; (4) lựa chọn vật liệu để sửa chữa toàn bộ hoặc một phần chiều sâu, dính kết và không dính kết giữa các lớp phủ. Các kết cấu trong hệ thống bao gồm liên kết và mặt đường bê tông cốt thép liên tục, mặt cầu và các kết cấu khác của đường (như cột, móng cầu, tường chắn). Mục tiêu cho hệ thống tính toán bao gồm các chỉ dẫn bê tông cho kỹ sư, giám sát và công nhân những người có tay nghề từ chưa có kinh nghiệm đến những người có trình độ trung bình. Sự hoạt động của hệ thống đòi hỏi các thông số đầu vào của người sử dụng, người diễn tả các quan sát ngoài hiện trường của các kết cấu bị giảm ứng suất hoặc các chỉ dẫn để thiết kế bê tông. Hệ thống chuyên môn khi đó sẽ đưa ra các kết luận về các nguyên nhân và đề xuất thiết kế hoặc các phương pháp thích hợp nhất cho kết cấu đó. Hệ thống cũng đưa ra các phương pháp thử và quy trình trong phòng theo các kết luận và đề xuất.
Hệ thống tính toán yêu cầu một màn hình IBM tương thích hoặc máy tính cá nhân thích hợp. Yêu cầu phần mềm gồm MS-DOS và Microsoft Windows. Hệ thống chỉ phân bố theo một kiểu chỉ chạy cho phép người sử dụng làm việc với hệ thống. Hệ thống được thiết kế sử dụng một cấu trúc mục tiêu-định hướng (object-oriented architecture) nó cho phép hệ thống thêm vào một kiến thức mới và cho phép cải tiến các kiến thức hiện tại cho các hoạt động trong tương lai. Các thiết lập khác nhau của kiến thức được sử dụng trong hệ thống, (3) thông tin giải thích và (4) thông tin thư mục. Một tài liệu mô tả các lắp đặt và cung cấp một đánh giá của hệ thống đã được phát triển, cùng với các thông tin tham khảo mô tả khái niệm thiết kế, kết câu và phương pháp để cải tiến hệ thống máy tính.
1. INTRODUCTION
Needs
Mục tiêu về nghiên cứu bê tông của viện nghiên cứu chiến lược đường cao tốc (SHRP) là phát triển các yêu cầu chính để sản xuất bê tông có độ bền cao hơn cho các áp dụng khác nhau của đường cao tốc. Nghiên cứu này bao gồm 6 dự án: C-201 Cấu trúc vi mô của bê tông; C-202, Loại trừ hoặc giảm nhỏ tối thiểu phản ứng Alkali-silica; C-203, Hạn chế ảnh hưởng của tan băng và đóng băng đến bê tông; C-204, Các phương pháp kiểm tra không phá huỷ để phân tích điều chỉnh chất lượng của bê tông; C-205, Tính năng cơ lý của bê tông chất lượng cao; C-206, Tối ưu hoá công nghệ bê tông. Các tài liệu, phương pháp thử , quy trình công nghệ mới này sẽ cho phép người thi công sản xuất bê tông đáp ứng được các nhiệm vụ ngày càng khó khăn của giao thông và những điều kiện tác động đến đường ngày nay và tương lai.
Sự thay đổi có ý nghĩa của các tài liệu, phương pháp thử trong bê tông và đường cao tốc yêu cầu phải được thông qua trước khi chúng được đưa vào áp dụng cho công việc thực tiễn hàng ngày. Những thay đổi này bao gồm sử dụng vật liệu như silica fume, latex cải tiến, xi măng ninh kết nhanh, bê tông chất lượng cao, phụ gia hoá học và các vấn đề khác. Các phương pháp thử để xác định các thành phần của hỗn hợp bê tông, tốc độ tăng trưởng cường độ, tính nhạy cảm (susceptibility) đến các vết nứt, gia cố, và các tính chất khác được phát triển trong dự án của SHRP và các trương trình khác nhưng cần phải thông qua sự xác nhận ngoài hiện trường.
Có lẽ quan trọng nhất được tạo ra từ một lượng lớn thông tin là một hệ thống thông tin trao đổi mà có thể sử dụng để truyền đến những người sẽ sử dụng các tài liệu và quy trình công nghệ mới này trong công việc hàng ngày của họ. Thông tin phải được tổng hợp và làm sẵn trong các hình thức thích hợp cùng với mô hình công nghệ. Trợ giúp của máy tính dựa trên các phép đo để đi đến một lượng lớn các thông tin trong một hướng dẫn nhanh. Các phương tiện như băng video và các bản trình bày slide cho phép các đối tượng kỹ thuật cao được miêu tả sinh động trong một hình thức dễ hiểu. Trong mô tả của báo cáo này, tất cả các phương pháp này được sử dụng để phát triển một chuỗi các thông tin đầy đủ có thể được sử dụng để truyền các thông tin mới nhất về công nghệ bê tông đường cho các cơ quan đường cần những thông tin này.
Objectives and Approach
Theo các mục tiêu được đúc kết lại và phạm vi áp dụng được thiết lập làm mục tiêu cho nghiên cứu này.
Mục tiêu: Tổng hợp những thông tin hiện tại và phát triển một tài liệu mới, thực tiễn xây dựng đường cao tốc và trong các tài liệu hiện nay của state-of-the-art có sẵn. Phạm vi: Thôngtin này đạt được từ các dự án của SHRP cũng như từ các lý thuyết và kết quả của các nghiên cứu khác trong lĩnh vực đường cao tốc.
Mục tiêu: Đánh giá và thông qua các phương pháp thử được phát triển mới để xác định mức chấp nhận cho các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông. Phạm vi: Các phương pháp có triển vọng nhất dựa trên các kết quả sơ bộ đạt được trong SHRP C-204 được lựa chọn cho các đánh giá xa hơn. Các phương pháp có thể sử dụng trong áp dụng thực tế ngoài hiện trường được ưu tiên cho nghiên cứu này.
Mục tiêu: Đánh giá và thông qua (validate) các phương pháp này, các tài liệu được phát triển mới, hỗn hợp bê tông trong lắp đặt thực tế ngoài hiện trờng. Phạm vi: Dựa trên cơ sở của các thông tin được phát triển trong suốt quá trình biên soạn (compilation) tài liệu tổng hợp, những lắp đạt này được lựa chọn tiêu biểu cho phần lớn các kỹ thuật sửa chữa thông thường mà sử dụng vật liệu bê tông xi măng portland.
Mục tiêu: Phát triển một phương pháp luận để chẩn đoán các vấn đề của bê tông, lựa chọn vật liệu, các áp dụng sửa chữa mà có thể cho người sử dụng truy cập nhanh chóng. Phạm vi: Một cơ sở máy tính cũng như sự trợ giúp của máy tính hoặc hệ thống chuyên môn (expert system) mong muốn, tăng sử dụng của máy tính trong hầu hết tất cả các phương diện của mô hình công nghệ. Một hệ thống chuyên môn phù hợp để sử dụng trên máy tính cá nhân được sử dụng để phát triển sản phẩm này.
Mục tiêu: Truyền các phát triển mới trong lĩnh vực bê tông cho người sử dụng có thể dễ dàng sử dụng, dễ hiểu. Phạm vi: Thiết lập một sự bổ sung bao gồm các tài liệu phát triển mới nhất trong kiểm tra vật liệu bê tông, điều chỉnh chất lượng bê tông ngoài hiện trường, sửa chữa đường và mặt cầu, sớm đưa đường vào sử dụng (early opening). Sử dụng băng hình, các slide và thiết kế cho thực tiễn và cho tất cả mọi người trong các cơ quan đường sử dụng.
2. STATE-OF-THE-ART CONCRETE HIGHWAY TECHNOLOGY
Needs
Khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng và các kết cấu tuỳ thuộc vào thiết kế của kết cấu; thành phần và chất lượng của vật liệu làm bê tông; quá trình đổ bê tông, gia cố và hoàn thiện; quá trình dưỡng hộ; và môi trường xung quang. Nó cũng phải được công nhận là các chỉ dẫn của nhiều vật liệu xây dựng không hoàn toàn được định rõ về thành phần hoặc khả năng làm việc của bất kì loại vật liệu đưa ra khi sử dụng trong bê tông. Lựa chọn và thử nghiệm cẩn thận các vật liệu ở địa phương là cần thiết để đảm bảo tính năng cơ lý dưới các điều kiện trong suốt quá trình xây dựng thực tế. Nhiều thành viên trong Post-World War II có kinh nghiệm và kiến thức thực tế trong các lĩnh vực này do vậy cần đào tạo nhanh thế hệ kế tiếp về công nghệ vật liệu bê tông, điều này rất quan trọng để sản xuất bê tông và kết cấu có chất lượng. Trong khi đó mô hình đào tạo của phần lớn các trường đại học là về các vật liệu, các tính chất và tính năng cơ lý thường không được chú ý và xa với quá trình đào tạo trên công trường. Mục tiêu của dự án C-206 là tổng hợp các phát triển và tổng hợp công nghệ bê tông đường cao tốc hiện nay (Whiting et al. 1993) để các kỹ sư mới có đủ kiến thức cơ bản về bê tông xi măng portland, các vật liệu thành phần của nó và sự áp dụng của nó trong các lĩnh vực quan trọng để sửa chữa và nâng cấp công trình bê tông. Tổng hợp chi tiết hơn về các lĩnh vực khác nhau để có thể công bố. Số lượng tài liệu tham khảo trong các lĩnh vực khác nhau cũng có thể được tổng hợp để công bố.
Nó có thể được đề nghị để các cơ quan đường cao tốc thu được nhiều bản sao chép của các tổng hợp và sử dụng chúng trong đào tạo những người mới và những người hiện nay trong các lĩnh vực yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về công nghệ bê tông.
Xi măng
Xi măng đáp ứng yêu cầu của AASHTO M85 (ASTM C150) được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bê tông chất lượng cao. Xi măng loại I và II được sử dụng rộng rãi nhất và có thể đạt được theo dạng thấp alkali khi phản ứng alkali - cốt liệu là một mối quan tâm. Thành phần hoá học và tính chất vật lý của xi măng có thể ảnh hưởng đến nhiều thông số làm việc quan trọng, bao gồm độ dễ thi công, cường độ đạt được, co ngót khô, tính thấm, hạn chế sulfate và ăn mòn cốt thép. Dẫu sao các
thử nghiệm cũng được tiến hành trong một lỗ lực để điều chỉng các sản phẩm của nó, mối quan hệ giữa khả năng làm việc của xi măng và bê tông vẫn chưa là số lượng hoàn toàn xác định. Điều này đặc biệt đúng khi sử dụng phụ gia, sự chuẩn bị các mẻ trộn thử đỏi hỏi như một điều kiện (prerequisite) quan trọng khi bắt đầu một dự án mới. Sự làm việc của phụ gia đã được biết là bị ảnh hưởng bởi hàm lượng aluminate và alkali của xi măng, độ mịn của nó, loại và lượng hỗn hợp sulfate thêm vào để điều chỉnh (regulate) tốc độ ninh kết
Các loại xi măng khác xi măng loại I và II, thông qua sử dụng để giới hạn phạm vi, như bê tông HES sử dụng xi măng loại III hoặc loại V hạn chế sulfate. Xi măng có thể được trộn với cá phụ gia khoáng để sản xuất xi măng portland pozzolan hoặc portland xỉ. Sử dụng các vật liệu này có thể giảm lượng nước trộn yêu cầu, cải thiện tính công tác, giảm tính thấm, ngăn chặn (inhibit) phant ứng alkali-cốt liệu, giảm nhiệt thuỷ hoá. Tuy nhiên, ở nước Mỹ các nhà sản xuất bê tông thích cho các pozzolan này vào tại trạm trộn bê tông hơn để duy trì và kiểm tra phần trăm vật liệu thêm vào, hoặc sử dụng thay thế cho xi măng. Cho riêng biệt như thế cũng cho phép tăng hiệu quả kinh tế, như phần lớn vật liệu pozzolanic thường không đắt hơn xi măng.
Xi măng được sử dụng cho các mục tiêu đặc biệt cũng có sẵn. Chúng bao gồm nhiều loại xi măng (thường có sẵn như xi măng loại K hoặc xi măng không co (shrinkage-compensating cement)), nó có chứa chất kết dính thuỷ lực mà nở phồng ra trong quá trình thuỷ hoá và do đó có thể bù (compensate) và phần thể tích co ngót cùng với xi măng portland. Xi măng dãn nở đã được sử dụng cùng với sự thành công rõ ràng trong cả đường cao tốc và xây dựng sân bay, dẫu sao cũng có một vùng giới hạn tương đối vừa phải.
Các loại xi măng đặc biệt cũng bao gồm cả loại có khả năng phát triển cường độ rất nhanh. Điển hình, cường độ của xi măng portland thông thường không thích hợp cho mục tiêu trong vòng 24 giờ đầu khi đổ và dưỡng hộ dưới các điều kiện xung quanh. Xi măng như xi măng alumin, xi măng magiê photphat, có thể điều chỉnh tốc độ ninh kết của xi măng, xi măng sulfo - alumin, xi măng pozzolanic hỗn hợp sử dụng alkali-activated alumino-silicate đã có sẵn và được sử dụng trong các áp dụng khi cần thiết phải thông đườnghoặc các kết cấu trong một giai đoạn thời gian rất ngắn. Nhiều nghiên cứu và thử nghiệm cần tiến hành trên những loại xi măng này, tuy nhiên cần phải đặc biệt quan tâm đến các ảnh hưởng ở tuổi ban đầu độ bền và khả năng làm việc ở sau này.
Cốt liệu
Thường không đúng như mô tả như là chất lấp đầy trơ (inert) trong hỗn hợp bê tông, cốt liệu chiếm 70 đến 80% thể tích của bê tông và đóng vai trò quan trọng hợp thành bê tông. Các tính chất như kích thước, thành phần hạt và hình dạng hạt đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến lượng nước yêu cầu, tính công tác và độ bền của bê tông. Thành phần hạt là một đặc trưng quan trọng của cốt liệu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của nó. Quá nhiều hoặc quá thiếu vật liệu trên một hoặc nhiều cỡ sàng có thể làm cho hỗn hợp phân bố kém, yêu cầu lượng nước nhiều hơn và có thể dẫn đến phân tầng và tách nước. Bằng cách bổ xung thêm hoặc trộnlẫn hai hoặc nhiều cỡ hạt riêng biệt của cốt liệu có thể khắc phục được các thiếu hụt này (deficiencies). Các bảng biểu dựa trên lý thuyết sắp xếp hạt (Andersen and Johansen 1993) có thể giúp ta tìm được cấp phối hạt tối ưu với độ rỗng nhỏ nhất và tính công tác lớn nhất. Nó phải được nhận ra là thử nghiệm với các vật liệu địa phương là cần thiết cho cấp phối bê tông cuốicùng ngoài hiện trường.
Cốt liệu cũng góp phần cho tính chống mòn (abrasion) và ma sát (friction) của bề mặt bê tông. Tính chất cuối cùng là đặc biệt quan trọng để áp dụng cho mặt đường và mặt cầu, cốt liệu mà thích gợp để đưa ra độ ma sát tốt được ưu tiên hơn. Độ ma sát của cốt liệu thô là đặc biệt quan trọng sau khi các hạt cốt liệu thô bị phơi bày trên bề mặt của đường.
Tuy nhiên sự thiếu hụt của cốt liệu có chất lượng và độ bền cao (ASTM 1976). Điều này có thể là thuộc tính (attributed) để đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt (stringent), Giới hạn khoanh vùng trên cốt liệu sản xuất, điều chỉnh sự ô nhiễm , và phí tổn. Các mỏ cốt liệu có thể được bảo tồn và mở rộng thông qua việc sử dụng đá macnơ biển, nó vẫn đáp ứng được yêu cầu mong muốn về khả năng làm việc, lợi ích của các cốt liệu có chất lượng kém, điều chỉnh các chỉ dẫn (cũng như để làm nổi bật (emphasize) khả lăng làm việc vượt xa các quy định), sử dụng vật liệu phế thải cũng như phosphate slimes hoặc các phế phẩm của mỏ (mine tailings), và sản xuất cốt liệu từ bê tông phế thải. Các vật liệu như xỉ và rác thải thành phố (municipal waste) cũng đang được nghiên cứu tiếp cho cốt liệu. Thậm chí ngay cả với cốt liệu tự nhiên thông thường, các vấn đề như D-cracking và phản ứng alkali-silica vẫn là những mối quan tâm quan trọng. Các vấn đề cho biết cần thiết có những thử nghiệm mới để tìm ra những cái dễ ảnh hưởng đến quá trình này. Nơi mà các điểm kế tiếp không thể xác định được, các phương pháp sử dụng của các cốt liệu nhạy cảm (susceptible aggregate) đang được phát triển. Chúng bao gồm sử dụng pozzolan và các chất ức chế hoá học để tránh phản ứng alkali-silica và giảm kích thước lớn nhất của cốt liệu dễ bị ảnh hưởng bởi D-cracking.
Phụ gia
Phụ gia được định nghĩa như mnột chất nào đó khác nước, xi măng, cốt liệu, hoặc cốt thép mà được thêm vào trong bê tông ngay trước khi hoặc trong khi trộn. Phụ gia có thể được sử dụng để rút ngắn hoặc kéo dài thời gian ninh kết, để giảm lượng nước và cải thiện cường độ, để tăng độ sụt, hoặc để giảm hàm lượng xi măng. Các phụ gia có thể nâng cao khả năng hoàn thiện và làm cho bê tông dễ dàng khống chế hơn trong các điều kiện khó khăn. Các phụ gia có thể tăng khả năng chống băng giá, hạn chế (inhibit) phản ứng alkali - cốt liệu, cải thiện khả năng chống sulfate, tăng khả năng hạn chế ăn mòn cốt thép, giảm nhiệt thuỷ hoá trong quá trình dưỡng hộ và có thể đổ bê tông trong các điều kiện rất nóng hoặc rất lạnh.
Phụ gia hoá học có thể được sử dụng rộng rãi và có thể có mặt trong hơn 80% bê tông ngày nay. Nếu tính cả tác nhân cuốn khí thì gần như là 100% bê tông có một hoặc nhiều loại phụ gia. Tác nhân cuốn khí sẽ tạo ra một hệ thống lỗ rỗng không khí rất nhỏ (tiny) cho bê tông, do đó làm giảm áp lực sinh ra khi đóng băng. Lượng và độ ổn định của hệ thống lỗ rỗng không khí là một hàm của độ mịn và hàm lượng alkali của xi măng, thiết kế hỗn hợp, biện pháp đổ và gia cố, và sự có mặt của các loại phụ gia khác có trong bê tông. Các loại phụ gia hoá học khác bao gồm đóng rắn nhanh, kéo dài ninh kết, giảm nước và siêu dẻo (hoặc giảm nước tầm cao). Trợ giúp cho quá trình đổ bê tông trong khí hậu nóng hoặc lạnh và thời gian thi công dài dới các điều kiện thay đổi.
Các phụ gia khoáng, được chấp nhận chậm hơn trong đường cao tốc, bây giờ đã sử dụng nhiều hơn để đáp ứng sự hoạt động và đáp ứng các yêu cầu về sử dụng phế thải. Chủ yếu các phụ gia khoáng thông thường là các sản phẩm như tro bay và xỉ lò cao. Tro bay có thể được sử dụng rộng rãi như một phần thay thế cho xi măng với hàm lượng thông thường đến 25% hàm lượng xi măng. Thêm vào đó là hiệu quả kinh tế của nó, tro bay chất lượng tốt có thể cải thiện tính công tác, giảm tác nước, giảm nhiệt thuỷ hoá và tính thấm, và có thể góp phần tăng cường độ ở những tuổi sau này. Xỉ lò cao có thể được sử dụng với mức độ thay thế cao hơn và cũng có những lợi ích tương tự. Silica fume là một vật liệu pozzolan mà đã được sử dụng nhiều hơn trong bê tông, ban đầu là cho sản xuất bê tông cường độ cao (lớn hơn 69Mpa) và bê tông có tính thấm rất thấp đáp ứng các yêu cầu cho bản mặt cầu mỏng. Những vật liệu khác như boiler slags, municipal wastes và bụi của lò xi măng đang được nghiên cứu sử dụng trong tương lai.
Sản xuất bê tông
Ngay cả khi với vật liệu tốt nhất vẫn có thể có trục chặc nếu sự kết hợp trong bê tông không thích hợp hoặc nếu bê tông được trộn không đúng cách hoặc vận chuyển. Phương pháp thiết kế hỗn hợp có lý, nó dựa vào (rely) thành phần của bê tông để đáp ứng các nhu cầu về độ dễ đổ, cường độ, độ bền, để đưa ra biện pháp tốt nhất để đạt được khả năng làm việc mong muốn. Thiết kế hỗn hợp mà dựa vào lượng cố định của xi măng và các vật liệu khác của bê tông là không đủ mềm dẻo để đáp ứng nhu cầu thay đổi của ngày nay. Phương pháp thiết kế thành phần theo ACI 211 được chấp nhận rộng rãi và không kể cho các cải tiến khác đã được làm cùng với nhiều định nghĩa chính xác của thành phần hạt và tỷ lệ tương đối của cốt liệu mịn và thô, phải đáp ứng được cho các ngành công nghiệp trong tương lai. Các vâtk liệu kết dính như tro bay và xỉ lò cao đang được sử dụng ngày càng nhiều và trong phương pháp thiết kế thành phần hiện nay. Thêm vào đó là phương pháp tính toán thành phần và các hệ thống chuyên môn trong báo cáo này đã được chấp nhận và trở lên rộng rãi trong những năm tới.
Các mẻ trộn phải chính xác để đạt được các tính chất của bê tông. Xi măng và cốt liệu nên đong theo trọng lượng, nước và phụ gia được đong theo trọng lượng hoặc thể tích. Các phương pháp và thiết bị ảnh hưởng đến độ đồng nhất trong sản xuất bao gồm các mẻ trộn, các cổng điều chỉnh bằng khí nén (pressurized), các cổng rung (oscillatory gates), băng tải vận chuyển trong phễu cân, và pressurized admixture dispensers. Duy trì tính toàn vẹn (integrity) của các thành phần riêng biệt cho tất cả các vật liệu mịn sử dụng trong mẻ trộn (ví dụ xi măng và tro bay) cũng quan trọng nếu tránh đợc các lỗi nghiêm trọng. Phương hướng trong tương lai sử dụng điều khiển tự động và các trương trình lựa chọn vật liệu, nó sẽ tự động thay đổi cho thích hợp với lượng vật liệu đáp ứng nhu cầu cho hỗn hợp bê tông. Trong khi trạm trộn trung tâm dễ dàng được ưu tiên để tăng tính đồng nhất trên công trường lớn, các xe trộn có thể được sử dụng thuận lợi, miễn là quan tâm đến trọng lượng của xe và thích hợp với phương pháp trộn.
Highway Pavement Construction
Dẫu sao mặt đường bê tông vẫn được đổ sử dụng ván khuôn cố định để sản xuất, các dự án chính hiện nay sử dụng ván khuôn trượt. Bê tông là hỗn hợp chính và được vận chuyển bằng các xe ben (dump truck) hoặc xe trộn bê tông, cùng với các xe bốc dỡ hàng (front-discharge truck) là thích hợp. Dụng cụ đo bên ngoài thích hợp cho toàn bộ chiều rộng của mặt đường. Cũng như các máy rải thích hợp (paving machine), bộ dụng cụ rung để đổ bê tông và gia cố nó và đưa ra hình dạng thích hợp. Thanh san (clary screed) và là phẳng sau đó là các bước hoàn thiện cuối cùng. Đây là quá trình tự động hoá cao để mặt đường bằng phẳng và đặc chắc.
Các thanh truyền lực tại các mối nối được đặt bằng cách sử dụng bộ phận lắp ráp (assemblies) được lắp đặct cố định trước hoặc bằng một bộ phận của máy rải bê tông. Bộ phận chèn thanh truyền lực tự động (DBIs), đã được giới thiệu trong nhiều năm gần đây, có sự thuận lợi đáng kể trong lao động và sự cố gằng được khắc phục cho các bộ phận lắp ráp thông thường. Phương pháp tự động cũng đã được áp dụng cho các thanh nối và cho mặt đường cốt thép liên tục. Sự cải tiến khác trong công nghệ mặt đường là sử dụng zero-clearance pavers, nó cho phép giới hạn cho một làn đường trong khi giao thông vẫn có thể tiếp tục trên các làn bên cạnh. Cuối cùng người hoàn thiện cũng cải thiện chất lượng của bề mặt bằng các thiết bị hoàn thiện bề mặt tự động ngay sau khi Pan. Thiết bị điện tử đã có tác động đến công nghệ mặt đường trong thiết kế để tự động điều chỉnh sự liên kết thẳng hàng (alignment) và theo mặt nghiêng (profile).
Để cung cấp yêu cầu về độ mài mòn, mặt đường phải có một kết cấu. Điều này có thể thực hiện từ hỗn hợp bê tông hoặc bê tông. Các thanh ngang sử dụng các thanh thép ngang đàn hồi (spring steel) thông thường được tiến hành ngay khi đổ bê tông tươi. Nó có thể được kết hợp với lớp đất mặt theo chiều dọc (longitudinal artificial turf) hoặc vải kết cấu (burlap texturing). The drag precedes the tining operation. Kết cấu của bê tông cứng rắn có thể được tiến hành cho mặt đường mới nhưng ngày nay các áp dụng điển hình nhiều hơn như một phương pháp phục hồi. Nó có thể được tiến hành bởi diamond grinding, grooving, sandblasting, or water blasting. Cưa rãnh ngang trợ giúp tốt nhất cho độ ma sát.
Bước cuối cùng, dưỡng hộ bê tông, bao gồm duy trì cho độ ẩm bên trong để xi măng thuỷ hoá cũng như để đạt được cường độ dự định và bảo vệ bê tông khỏi bị quá nhiệt hoặc đóng băng. Hỗn hợp dưỡng hộ White-pigmented là lựa chọn tốt nhất cho các công trường đường dài - thẳng (long-line), dẫu sao các kỹ thuật khác như vải ướt hoặc sương mù có thể được sử dụng trên các công trường nhỏ như mặt cầu, các lớp phủ, sửa chữa mặt đường. Các ảnh hởng của nhiệt có thể được bù đắp bằng việc cẩn thận điều chỉnh nhiệt độ của bê tông tại công trường (Andersen, Andersen, and Whiting 1992). Thêm vào đó, các ảnh hưởng có thể được giảm bằng việc sử dụng hàm lượng xi măng ít hơn và các vật liệu thay thế xi măng như tro bay, sẽ giảm nhiệt độ thuỷ hoá xuống thấp hơn trong khi dưỡng hộ bê tông. Dưới các điều kiện khí hậu lạnh, lớp phủ cách nhiệt có thể được yêu cầu để ngăn cản đóng băng và cho phép bê tông đạt được mức độ cường độ mong muốn (ACI 1992a)
Applications of Concrete Highway Technology
Sự phát triển tiếp tục và thay đổi của công nghệ bê tông sẽ có tác động to lớn đến ngành công nghiệp bê tông. Mặt đường bê tông có thể được xây dựng nhanh, sớm đưa vào khai thác, đáng tin cậy, có thể chọn để thay cho các thiết kế bền vững. Với những thuận lợi này, bê tông sẽ là loại vật liệu thu hút không chỉ cho xây dựng công trình mới mà còn sử dụng để nâng cấp, cải tạo. Do công trường giữa các bang và hệ thống ban đầu có sự thay đổi (shift) từ xây dựng mới sang nâng cấp, khả năng sử dụng bê tông trong khu vực nâng cấp là chủ yếu. Các vùng nâng cấp đặc biệt sẽ bị ảnh hưởng của công nghệ bê tông như các lĩnh vực sau:
Xây dựng lại
Đối với các vùng bị hư hỏng trầm trọng, xây dựng lại toàn bộ thường thích hợp hơn là nâng cấp. Tuy nhiên, thường phải duy trì giao thông trên đường đến mức lớn nhất cho phép, đặc biệt là các khu vực gần thành phố. Để duy trì giao thông trong suốt quá trình xây dựng lại, một công nghệ xây dựng nhanh gọi là Fast-Track đã được phát triển. Bê tông có thể được đổ, dưỡng hộ và đưa vào khai thác trong khoảng thời gian 4 đến 6 giờ. Những hỗn hợp này sử dụng xi măng đóng rắn nhanh, hàm lượng xi măng cao, tỷ lệ N/X thấp để đẩy nhanh quá trình ninh kết. Lớp phủ dưỡng hộ có thể được sử dụng để duy trì nhiệt thuỷ hoá trong các tấm và góp phần tăng tốc độ phát triển cường độ ban đầu. Công nghệ này đã được áp dụng thành công cho các đường giao nhau (intersection), đường tránh (access road), và đường sân bay.
Sự thay thế sửa chữa toàn bộ chiều sâu (Full-Depth Repairs Replacements)
Nơi hư hỏng bị hạn chế bởi các mối nối hoặc các phần hoàn toàn khác nhau của mặt đường và nơi mặt đường bê tông có rất nhiều mối nối bị phá vỡ nghiêm trọng (với một lượng nhỏ hơn 10 đến 20%) hoặc các tấm bị nứt, phần lớn các phương pháp sửa chữa có hiệu quả kinh tế để sửa chữa toàn bộ chiều sâu hoặc thay thế các tấm. Trong những trường hợp này, khả năng sớm đưa vào khai thác cũng có thể được gọi cho phương pháp này, đặc biệt là các đường giao thông nặng nơi chỉ có một số ít mặt cắt được sửa chữa và đường tránh (detours) rất đông và tắc nghẽn (congestion). Các sửa chữa có thể được làm trong 2-4 giờ sử dụng cả tác nhân đóng rắn nhanh (accelerated version) của hỗn hợp sớm được khai thác trong giai đoạn trước hoặc sử dụng xi măng đặc biệt có khả năng đạt được hoàn toàn trong thời gian dưỡng hộ không nhiều hơn 2 giờ. Kinh phí để trả cho vật liệu này thường được bù đắp bằng việc giảm giá thành điều chỉnh giao thông cũng như giảm sự phiền phức ( inconvenience) trong giao thông công cộng.
Sửa chữa một phần (Partial-Depth Repairs)
Sửa chữa một phần bê tông được làm cho các vị trí mảnh nối nhỏ. Tuy nhiên, những mảnh này được vá cùng vật liệu asphalt do việc thi công chúng nhanh và có khả năng khai thác ngay lập tức. Tuy nhiên, những vật liệu này thường có giới hạn về độ bền và thời gian phục vụ ngắn. Do đó, vật liệu kết dính có độ bền lớn hơn đóng vai trò quan trọng và được phát triển và có thể thi công nhanh, khai thác sớm nất khi có thể. Những vật liệu này được đánh giá trong chương trình của SHRP, và đề suất để sớm có thể sử dụng chúng (Good Mojab et al. 1993)
Các lớp phủ bê tông (Concrete Overlays)
Cả các lớp phủ bê tông dính và không dính đang được áp dụng nhiều như vật liệu thay thế để nâng cấp. Lớp phủ dính có khuynh hướng để cung cấp thêm cho các kết cấu mặt đường có cấu trúc hư hỏng ít; lớp phủ không dính được xây dựng trên các mặt đường bê tông bị hư hỏng nhưng sử dụng làm một lớp riêng để ngăn cản ứng suất trượt của lớp mặt đường bên dưới từ phản hồi của lớp mặt đường mới. Hệ thống dính yêu cầu một lớp nền có ứng suất trượt tự do lớn hơn và bởi vậy sửa chữa trong phạm vi rộng của các lớp phủ trước. Tuy nhiên các hệ thống này có thể áp dụng nhiều hơn cho những nơi đã được làm rõ các vấn đề và có thể được hoàn thành nhanh hơn, đặc biệt nơi bị phá huỷ bởi các phương pháp chuẩn bị cho lớp bên dưới nhanh như cán nguội (cold-milling) và shotblasting. Các lớp phủ bê tông cũng là một phương pháp quan trọng để nâng cấp các hư hỏng của lớp mặt cầu, nơi có vật liệu bền và không thấm nước được sử dụng làm phụ gia như nhũ tương (latex emulsion) latex và silica fume là cần thiết.
Phục chế bê tông (Concrete Recycling)
Tầm quan trọng của việc dùng lại các vật liệu phế thải và sự cần thiết để bảo vệ môi trường đã dẫn đến sự quan tâm về bê tông tái sinh. Gần đây các tiến bộ trong thay đổi mặt đường và thiết bị công nghệ đẻ chế tạo nó có thể sản xuất cốt liệu tái sinh từ các mặt đường bị hư hỏng. Mặt đường bê tông tái sinh có thể được sử dụng cho các lớp subbase, base hoặc lề đường (shoulder), hoặc nó có thể sử dụng như cốt liệu trong bê tông mới. Sử dụng bê tông tái sinh có thể tiết kiệm đáng kể, đặc biệt đối với các vùng gần thành phố, nơi có giá thành để vứt bỏ (disposal) rác cao. Bằng cốt liệu tái sinh, sử dụng phần có kích thước nỏ hơn hoặc kết hợp với cốt liệu tự nhiên, hầu như bất kỳ loại bê tông mặt đường nào đều có thể sử dụng lại. Cốt liệu tái sinh hiện nay đang được sử dụng trong nhiều trường hợp nơi mà cốt liệu thông thường thường được sử dụng trong các dự án xây dựng lại mặt đường bê tông.
Các phát triển khác (Other Developments)
Tổng hợp này cũng đưa ra các phát triển mới cho công việc kiểm tra ngoài hiện trường và điều chỉnh chất lượng của bê tông. Những lĩnh vực này đã không được chú ý trong nhiều năm qua, cùng với giá trị độ sụt, hàm lượng không khí, cường độ nén, uốn là các thông số được nhấn mạnh để điều chỉnh chất lượng bê tông. Cùng với việc sử dụng công nghệ mới, nó có khả năng đo hàm lượng nước, xi măng của bê tông trên công trường, xác định hàm lượng clo của vật liệu, và xác định độ chặt ngoài hiện trường. Các phương pháp kiểm tra độ tăng trưởng và kiểm tra cường độ ngoài hiện trường có thể được sử dụng để kiểm tra tốc độ phát triển cường độ bằng phương pháp không phá huỷ. Lỗ rỗng không khí và các hư hỏng khác trong bê tông có thể được xác định bằng những phương pháp như siêu âm (penetrating radar) và kiểm tra sự tác động của âm thanh (impact-echo testing).
Cuối cùng, mặc dù sự bổ sung từ xa xưa vẫn rất chậm (although implementation has so far been very slow), có sự tiến triển dần dần từ các phương pháp thực hiện của các chỉ dẫn và sự làm việc theo hướng các chỉ dẫn liên hệ đến tính làm việc kết hợp với các áp dụng của hệ thống đảm bảo chất lượng (SQA). Trong SQA, chấp nhận các kế hoạch được phát triển mà đã tính toán cho các thay đổi trong vật liệu và phương pháp kiểm tra. Cả nhà thầu và chủ đầu tư có thể đi đến sự tán thành về một kế hoạch đặc biệt để sử dụng dựa trên việc cân bằng các yếu tố giữa giá thành của dự án và mức rủi ro chấp nhận được cho cả hai bên. Các nhân tố sinh lợi có thể đi kèm cho nhà thầu, và cũng có thể áp dụng các lợi tức chia thêm (bonuses). Các thuận lợi của chỉ dẫn làm việc và SQA đã được nhân gấp đôi (twofold). Đầu tiên, họ nhận ra rằng nó là sản phẩm cuối cùng đóng vai trò quan trọng để công khai. Thứ hai, Có thể thay đổi các vật liệu vốn có và xây dựng, những thay đổi này có thể được thoả thuận cùng với một logic và hợp lý dựa trên các yếu tố thống kê đầy đủ hơn là sự tuân theo cứng nhắc để tuân theo các quy định không thực tế, nó thường được lý tưởng hoá và không được bổ sung trong thực tế.
Tổng hợp này bao gồm các phụ lục tóm tắt sự phát triển trong công nghệ đường cao tốc của các nước Châu Âu. Trong suốt những năm vừa qua, nước này đã nhận thức rõ (thường bằng những bài học đau đớn) mà một phần là mục tiêu kinh tế và thói quen cả chúng ta hoặc cách giải quyết của chúng ta có thể độc lập với các lĩnh vực khác. Trong khi kinh tế, kỹ thuật, xã hội và điều kiện môi trường là khác nhau đối với các nước, có quá nhiều bài học từ kinh nghiệm. Phụ lục này phải được quan tâm cho tất cả các lĩnh vực trong đường cao tốc.
3. PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG
Tình trạng hiện nay và các yêu cầu
Công tác kiểm tra ngoài hiện trường của bê tông có thay đổi chút ít trong phần lớn các công việc. Dẫu sao sự giải thích về phương pháp kiểm tra cường độ nén đã được đưa thành luật trong ACI 214 (ACI 1992b), cơ sở của các công nhận của nén mẫu trụ hoặc uốn mẫu dầm vẫn được duy trì dưỡng hộ trong thời gian lý thuyết dưới các điều kiện nhân tạo. trước khi bê tông cứng rắn, cơ sở để công nhận dựa vào thử nghiệm độ sụt (AASHTO T119) và hàm lượng không khí (AASHTO T152 và T196). Các phương pháp này đơn giản và tồn tại trong một thời gian dài; tuy nhiên, sự tin cậy hoàn toàn dựa trên các phương pháp thử dộc lập là kết quả không xác thực để thừa nhận một số đóng góp quan trọng cho khả năng làm việc của bê tông. Cùng với sự chú ý cho hỗn hợp bê tông, nó phải được nhận ra là thử độ sụt, như một phương pháp kiểm tra tính đồng nhất đơn giản, không đủ khả năng đo tiềm năng của bê tông để đi tới cường độ danh nghĩa của nó hoặc độ bền mong đợi của nó. Độ sụt là một phương pháp đo kém cho dự đoán sự thay đổi cường dộ của bê tông từ load to load on a large job (shilstone 1988). Thành phần hỗn hợp, đặc biệt tỷ lệ N/X để hợp thành chất kết dính, có một ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc cuối cùng, và có thể đo những tính chất này của hỗn hợp bê tông sẽ cho phép đưa ra những thiếu hụt (deficient) của bê tông trong thành phần theo danh nghĩa. Sự am hiểu đúng đắn về tỷ lệ N/X của hỗn hợp bê tông một cách vắn tắt là có thể dự đoán chính xác hơn cường độ và độ bền của bê tông. Gia cố bê tông cũng có thể có một ảnh hưởng sâu sắc đến cường độ và các tính chất cơ lý khác (Whiting et al. 1987). Một phương pháp chính xác đo mức độ gia cố của hỗn hợp bê tông trong suốt chiều dày của mặt đường sẽ cho phép gia cố lại của vùng bê tông gia cố kém trước khi bê tông cứng rắn.
Nghiên cứu trong lĩnh vực này được bắt đầu trong SHRP C-204, phương pháp thử không phá hoại để điều chỉnh chất lượng/ phân tích chất lượng của bê tông, nhưng sự cố gắng để định giới hạn trước khi có thể sử dụng sản phẩm được phát triển. Công việc trong những lĩnh vực này đã được tiếp tục sau dự án C-206, và qui trình công nghệ hiện trường được mô tả trong chương này đã được phát triển. Thêm vào đó, sau dự án SHRP C-201, Vi cấu trúc bê tông, làm cơ sở để dự đoán các ảnh hưởng của nhiệt độ trong hỗn hợp bê tông mới đổ và để sử dụng cho lý thuyết sắp xếp để phát triển thành phần bê tông. Những nỗ lực này vẫn được tiếp tục trong SHRP C-201 cùng với mục đích phát triển các sản phẩm hữu ích cho người điều chỉng chất lượng.
Xác định hàm lượng nước trong hỗn hợp bê tông
Các công việc trong giai đoạn trước.
Các cơ quan đường và AASHTO đã công nhận sự cần thiết của các phương pháp đo hàm lượng nước và xi măng và N/CKD của bê tông từ đầu nững năm 1970. Một số phương pháp đã được phát triển và được đánh giá trong những năm cuối của thế kỷ XX (Whiting 1993). Không may mắn, không phương pháp nào trong số những phương pháp đã hoàn thành thoả mãn sự cần thiết của các cơ quan đường và sử dụng cho bê tông. Phần lớn là phức tạp và đắt. Nhiệm vụ chính cho những phương pháp này là có thể áp dụng ngoài hiện trường, phải đơn giản và nhanh. Thật không may mắn, những kỹ thuật hiện nay đều có rât nhiều hạn chế, như cần người sử dụng phải khéo léo, thời gian thử dài, và khó áp dụng trong các điều kiện hiện trường. Dẫu sao mục tiêu lý tưởng là đo cùng một lúc hàm lượng của xi măng và nước hoặc ít nhất là đo chúng một cách riêng biệt sau đó tính tỷ lệ N/X mà sẽ thoả mãn yêu cầu kỹ thuật. Họ có thể tuyên bố là do hàm lượng xi măng được quản lý tốt, sự phát triển phương pháp đáng tin cậy và đơn giản để đo hàm lượng nước và sau đó tính toán tỷ lệ N/X bằng hàm lượng xi măngđã được biết sẽ là đầy đủ, xét về sự phức tạp và đắt của phương pháp đo hiện trường hiện nay để xác định hàm lượng xi măng. Nghiên cứu C-206 cũng trùng hợp với kết quả này, cho phần lớn các thay đổi của N/X của bê tông là nguyên nhân bởi lượng nước dư thừa mà có thể được đưa vào trong bê tông bằng nước trong xe trộn, có thể được người lái xe thêm vào khi hỗn hợp cứng hoặc có thể nhận được từ nước thừa bị giữ lại trong cốt liệu.
Các thay đổi kỹ thuật đã được nghiên cứu để xác định hàm lượng nước của hỗn hợp bê tông. Những phạm vi này xuất phát từ các phương pháp hoá học phức tạp (Kelly và Vail 1968) để không gây khó khăn cho tấm sấy nóng (Tom và Magoun 1986). Kỹ thuật có triển vọng nhất có cơ sở dựa trên sử dụng lò vi sóng để sấy nhanh hỗn hợp bê tông. Kỹ thuật này được phát triển đầu tiên bởi North Dakota State Highway Department (1978). Nó liên quan đến phân tích trọng lượng (gravimetric) của hàm lượng nước bằng thiết bị lò vi sóng cùng với một chu kỳ đóng băng. Chu kỳ đóng băng là cần thiết để ngăn cản sự đun quá nóng của mẫu thử và nấu chảy (fusion) xi măng. Thử nghiệm, 1Kg mẫu thử được đặt vào đĩa sứ, cân, và đắt vào trong lò. Mộu thử khi đó sẽ được sấy khô đến khối lượng không đổi, sử dụng chế độ tan đóng băng (defrost mode) khoảng 1 giờ. Báo cáo có độ chính xác đến 1,8Kg/m3 tại độ tin cậy 95% cho một hàm lượng nước trung bình là 148 Kg/m3. Độ lệch chuẩn 0,74Kg/m3. Phương pháp này xác định trực tiếp được lượng nước và không đắt (lò vi sóng có giá từ 200 - 500$). Không may mắn là phương pháp thử này tương đối chậm, thời gian yêu cầu lên tới 60 phút. Vẫn cần có một phương pháp thử mà đưa ra kết quả trong khoảng thời gian như thời gian của xác định độ sụt và hàm lượng khôn gkhí của bê tông. Người kiểm tra có thể tiến hành trong khoảng thời gian 15phút.
Một lò vi sóng có ceramic ashing block được sử dụng trong các nghiên cứu gần đây (NCHRP 1990) để đo hàm lượng nước. Phương pháp đo đã đạt được trong khoảng thời gian 10 phút. Chỉ có một vấn đề là phương pháp này giới hạn kích thước của mẫu thử yêu cầu (500g), nó có thể được ứng dụng cho vữa nhưng không cho bê tông có cốt liệu thô.
Nghiên cứu của SHRP C-204 đã kiểm soát một loạt mẫu thử bằng việc sử dụng một lò vi sóng có thể điều chỉnh công suất (lên tới 1400 W) và cùng với việc sử dụng của kích thước mẫu thử khác nhau (500, 1000, 1500, 2000, 2500 và 3000g). Họ có thể kết luận rằng kích thước mẫu thử có ảnh hưởng chính đến hàm lượng nước thực tế đo được và khi sấy khô một mẫu thử 1,5Kg trong lò vi sóng với công suất 900W trong 10 phút là tối ưu nhất. Mục tiêu nghiên cứu tiếp theo sau dự án C-206 và được mô tả trong chương này là cải tiến tinh tế hơn (refine) công nghệ trong C-204 và nghiên cứu khả năng áp dụng để thay đổi cho bê tông trong cả phòng thí nghiệm và hiện trường. Kết quả hiện trường được mô tả trong phụ lục A.
Mục tiêu
Mục tiêu của chương trình nghiên cứu này để đánh giá phương pháp lò vi sóng để đo hàm lượng nước hỗn hợp bê tông. Đối tượng nghiên cứu đã đạt được bằng phân tích trọng lượng của hàm lượng nước trong một loạt mẫu thử đã được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm bằng cách sấy khô bê tông trong lò vi sóng và so sánh các giá trị này với khối lượng nước sử dụng trong mẻ trộn của những hỗn hợp này. Yêu cầu khắc nghiệt ngoài hiện trường đã được kiểm tra lại dưới các điều kiện thực tế ngoài hiện trường tại nơi đổ các bản mặt cầu và các mặt đường phải sửa chữa (xem phụ lục A)
Vật liệu bê tông và đánh giá hỗn hợp
Lựa chọn vật liệu để đánh giá trong phòng thí nghiệm như sau: (1) Xi măng loại I lấy từ Lafarge Corp.; (2) Cát tự nhiên có phần lớn là khoáng silic và canxi có khối lượngiêng 2,71, độ hấp thụ nước 0,80% và mô đun độ mịn là 3,01; (3) Cốt liệu thô có kích thước lớn nhất 25mm, khối lượng riêng 2,63, độ hấp thụ nước 0,32%; (4) Cốt liệu thô từ đá vôi có kích thước lớn nhất 25mm, khối lượng riêng 2,45 va độ hấp thụ nước 3,82%; (5) Cốt liệu thô từ đá vôi dolomic nghiền có kích thước lớn nhất 25mm, khối lượng riêng 2,70, độ hấp thụ nước 1,40%.
Phụ ia bao gồm: (1) Force-10000 silica fume (dạng hồ (slurry)); (2) Daravair, a neutralized Vinsol resin air-entraining agent (tác nhân cuốn khí); (3) WRDA - 19, Loại F phụ gia giảm nước tầm cao. Thêm vào đó là
In addition, LMC mixes were produced using DPS Modifier A, a
styrene-butadiene latex emulsion produced by Dow Chemical Co. Fly ash used was a Class F ash from the Indiana-Michigan Power Co., Rockport, Indiana plant.
Hỗn hợp bê tông thông thường với hàm lượng xi măng 356Kg/m3 được sử dụng cùng với hàm lượng nước ban đầu khoảng 178Kg/m3. Hàm lượng nước được thay đổi để đạt được ba mục tiêu về độ sụt (thấp, trung bình, cao). 3 loại cốt liệu với lượng lước hấp phụ thấp, trung bình, cao được sử dụng trong nghiên cứu này để nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính hấp phụ nước của cốt liệu đến phương pháp thử. Hỗn hợp có chứa Silica fume, với hàm lượngcủa xi măng là 415Kg/m3 và 41,5Kg/m3 silica fume (theo phần rắn) và 3 loại cốt liệu đã được nghiên cứu. Thêm vào đó, cốt liệu có độ hấp thụ nước 0,32% và 3,82% đã được sử dụng trong hỗn hợp có kết hợp với tro bay và latex. Trong hỗn hợp có tro bay, tro bay được sử dụng là 71Kg/m3 và xi măng là 285Kg/m3. Trong hỗn hợp có latex cải tiến, tye lệ latex cứng và xi măng là 0,15 và hàm lượng xi măng là 392Kg/m3. Các tính chất của hỗn hợp được sử dụng trong nghiên cứu này được đưa ra trong bảng 3.1. Tổng lượng nước trong một mẻ trộn để so sánh với lượng nước lấy lại được được mô tả trong chương này.
Thiết bị và phương pháp thử
Thiếy bị và vật liệu sử dụng cho nghiên cứu này gồm: (1) một lò vi sóng có nút điều chỉnh đén 900W (SHARP kiểu R-9H93, có 10 lấc điều chỉnh, trong phạm vi từ 100% đến 10% công suất lớn nhất); (2) Một khay thuỷ tinh chịu nhiệt kích thước 230mm sâu 50mm; (3) một khăn cách nhiệt làm bằng sợi thuỷ tinh; (4) cân 5000g; (5) một kẹp sắt nhỏ, (6) một chày nghiền.
Phương pháp để sấy khô hỗn hợp bê tông trong lò vi sóng như sau: Một khăn cách nhiệt bằng sợi kim loại đủ lớn để bao phủ khay và thừa ra ngoài các cạnh khoảng 150mm. Khăn và khay được cân cùng với nhau. Một mẫu thử bê tông có khối lượngkhoảng 1,5Kg được lấy ngay sau khi trộn, được đặt lên khăn trong khay, và bọc lại. Khay và mẫu thử bê tông sau đó sẽ được cân. Lò vi sóng được đặt ở mức cao nhất (900W), đặt mẫu thử vào trong lò, quá trình sấy khô bắt đầu. Ban đàu mẫu thử sẽ được sấy khô trong 10phút và cân ngay sau khi lấy mẫu thử ra khỏi lò. Sau một số mẻ thử, nó cho thấy là, trong 5 phút đầu sấy khô, có sự thay đổi khối lượng của phần cứng trong mẫu thử, cùng với một số nước ẩm đọng lại và hơi nước trong nó. Điều này làm cho mẫu thử không được sấy khô hoàn toàn. Để tránh vấn đề này, nó được quyết định là sau 5 phút mẫu thử sẽ được lấy ra và mở khăn, dùng kẹp làm vỡ các viên lớn cho đến khi cốt liệu thô tách riêng khỏi vữa, và sau đó nghiền vữa bằng chày để diện tích bề mặt của nó lớn hơn, quá trình này sẽ được làm cẩn thận để tránh mất bất kỳ một lượng vật liệu nào và tiến hành không quá 45 giây. Sau đó, bọc khăn lại và tiếp tục sấy trong 5 phút. Khay và mẫu thử được cân ngay sau khi lấy ra khỏi lò. Mẫu thử sau đó sẽ được sấy trong hai phút cuối cùng, và cân để so sánh với khối lượng cân được sau 10 phút sấy.
Sự khác nhau giữa khối lượng ban đầu của nẫu thử (Wi) và khối lượngsấy khô cuối cùng là hàm lượng nước của mẫu thử (WS). Hàm lượng nước trong 1m3 bê tông được tính toán như sau:
Trong đó:
W = Hàm lượng nước của hỗn hợp bê tông (Kg/m3)
UW = Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (Kg/m3)
và 27 là hằng số (Không sử dụng đơn vị SI)
Hỗn hơp trong phòng thí nghiệm, như tổng khối lượng của mẻ trộn bê tông đã được biết chính xác, hàm lượng nước đo được tính toán đơn giản bằng phần trăm trong mẫu thử ( như xác định qua lò sấy vi sóng) nhân khối lượng của toàn bộ mẻ trộn bê tông.
Kết quả thử
Theo phương pháp được mô tả ở trên, cùng với sự chấp nhận bước nghiền, đã được phát triển sau dự án C-204. Nó lần đầu tiên được áp dụng cho bê tông và được đưa ra trong bảng 3.1 để phát triển các dữ liệu ban đầu mà có thể chỉ ra khả năng để cải tiến phương pháp. Đo hàm lượng nước từ 10 đến 12 phút cũng như tính nhanh hàm lượng nước ban đầu theo phần trăm của mẻ trộn, được đưa ra trong bảng 3.2. sau 12 phút, phạm vi lấy lại được từ 91 đến 97% tổng hàm lượng nước của mẻ trộn. Có vẻ như là không có mối quan hệ của lượng nước lấy lại được và lượng nước ban đầu của hỗn hợp hoặc lượng nước hấp thụ của cốt liệu. Dường như phạm vi có chiều hướng thấp cho hỗn hợp có tro bay và LMC, nhưng chỉ có hai trong những loại bê tông này đã được kiểm tra. Sự sai lệch trong hàm lượng nước mong đợi làm cho các nhà nghiên cứu giả định thời gian sấy dài hơn là cần thiết. Tuy nhiên để loại bỏ hết nước là rất chậm và sẽ không hợp với mục tiêu đưa ra của phương pháp mà sẽ sử dụng để điều chỉnh ngoài hịên trường. Nó sẽ không thiết thực để kéo dài sự vận chuyển bê tông muộn hơn 20 phút , điều này sẽ tạo ra sự chậm lại của quá trình sản xuất ngoài hiện trường và thêm đáng kể vào giá thành xây dựng.
Tóm tắt và đề xuất
Phương pháp lò vi sóng để xác định lượng nước của hỗn hợp bê tông bao gồm sấy khô một mẫu thử 1500g trong lò vi sóng 900W cùng với một đĩa phẳng để quá trình sấy được đồng đều. Toàn bộ thời gian của phơng pháp là 16phút, bao gồm thời gian dể thử và kiểm tra trọng lượng hai lần trong suốt quá trình sấy. Kỹ thuật nà là thích hợp cho mục tiêu kiểm tra ngoài hiện trường và không phụ thuộc vào các ảnh hưởng của lượng lước hấp phụ của cốt liệu hoặc độ đồng nhất của bê tông, Phương pháp có thể được áp dụng cho bê tông có latex cải tiến và silica fume cũng như nhiều hỗn hợp thông thường khác. Phương pháp được xem xét và chấp nhận trên các mẻ thử cơ sở do đó nó có thể được đánh giá nhiều hơn cùng với các vật liệu thay đổi lớn và các điều kiện mà có thể không bao hàm trong giới hạn của chương trình thử nghiệm được mô tả trong báo cáo này.
Chỉ dẩn dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ trong hỗn hợp bê tông.
Các ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm trong thời gian đầu của bê tông ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ ban đầu và độ bền dài hạn. Một chỉ dẫn, được phát triển bởi SHRP sau C-206 (Andersen, Andersen, and Whiting 1992), đã giả thích cách làm thế nào để hiểu biết về nhiệt độ của bê tông, nhiệt độ không khí, các đặc tính của hỗn hợp bê tông cho phép người sử dụng xác định được hay không các vấn đề do nhiệt độ có thể được mong đợi. Các chỉ dẫn để tránh các vấn đề cũng đã được đưa ra.
Các điều kiện nhiệt độ, nếu không được chú ý có thể dẫn tới các vấn đề nghiêm trọng bao gồm các vấn đề sau:
- Các vết nứt gây ra bởi sự khác biệt lớn về nhiệt độ bên trong bê tông và nhiệt độ môi trường bên ngoài.
- Sự giảm cường độ do bê tông đóng băng trước khi nó đạt đủ cường độ.
- Giảm cường độ do nhiệt độ bên trong bê tông cao.
Để tránh các vấn đề này, tốc độ phát triển nhiệt độ bên trong bê tông cũng như sự toả nhiệt (dissipation) ra môi trường bên ngoài phải được biết đến. Sự thuỷ hoá của xi măng là quá trình toả nhiệt (exothermic) trong đó nhiệt độ được giải phóng trong suốt quá trình phản ứng của xi măng với nước. Lượng nhiệt giải phóng ra là một hàm số của các thành phần trong xi măng, độ mịn của xi măng, và nhiệt độ tại nơi thuỷ hoá. Xi măng có hàm lượng C3S cao và độ mịn cao như xi măng loại III lượng nhiệt sinh ra ban đầu cao hơn trong quá trình thuỷ hoá. Xi măng có hamg lượng C3S thấp và độ mịn thấp, như xi măng loại II, có nhiệt thuỷ hoá tương đối thấp. Phụ gia Pozzolan, đặc biệt là tro bay loại F, có thể được sử dụng để thay thế một phần xi măng và do đó nhiệt thuỷ hoá sẽ thấp hơn. Tro bay loại C có thể có tính kết dính đáng kể và do đó nó cũng giải phóng nhiệt trong quá trình thuỷ hoá. Nếu sử dụng để thay thế một phần của xi măng, tro bay loại C sẽ không nhất thiết giảm nhiệt thuỷ hoá cho bất kỳ phạm vi đáng kể nào. (Barrow et al. 1989).
Sự phát triển nhiệt trong bê tông do thỷ hoá của xi măng là một hàm số của mức độ trưởng thành của bê tông. Tính trưởng thành là một hàm nhiệt độ/thời gian mà yêu cầu sự am hiểu về năng lượng hoạt động của xi măng được sử dụng. Năng lượng hoạt động cho các xi măng khác nhau được xác định trong nghiên cứu này và được sử dụng để phát triển mối quan hệ giữa phát triển nhiệt độ và tính trưởng thành. Các mối quan hệ giữa tóc độ phát triển cường độ và tính trưởng thành cho những loại xi măng này cũng đã được xác định. Tính trưởng thành thường có liên quan đến điều kiện tham khảo. Ví dụ, Tính trưởng thành sau 72 giờ cho thấy bê tông có đạt được một mức độ thuỷ hoá (và tương ứng với sự phát triển nhiệt độ) tương đương cho 72 giờ dưỡng hộ ở nhiệt độ tham khảo là 200C.
Nhiệt độ được sinh ra bên trong bê tông, sự trao đổi với môi trường bên ngoài bắt đầu. Sự trao đổi nhiệt độ xảy ra cả hai phía từ đỉnh của tấm vào môi trường không khí và từ đáy tấm vào lớp base. Nhiệt độ được trao đổi bởi điều kiện nhiệt, sự đối lưu (convection) và bức xạ (radiation). Điều kiện nhiệt được được điểu chỉnh trước hết bởi tính dẫn nhiệt của bê tông và lớp base và bởi gradient nhiệt độ hiện tại. Sự đối lưu được điều chỉnh bằng hệ số đối lưu bề mặt trên và sự khác biệt giữa nhiệt độ của bê tông và nhiệt độ của không khí. Bức xạ được điều chỉnh bởi hằng số bức xạ và nhiệt độ bề mặt.
Sự cân bằng giữa nhiệt độ sinh ra và nhiệt độ mất đi được điều chỉnh bằng một số lượng của các thông số, sự am hiểu về nó cho phép dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ trong một phạm vi điều kiện rộng lớn. Các thông số sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm loại xi măng (và tốc độ phát triển nhiệt thuỷ hoá của chúng), lượng xi măng sử dụng trong một đơn vị thể tích bê tông, sự có mặt của phụ gia pozzolan, nhiệt độ khi đổ bê tông, nhiệt độ tại nơi đổ bê tông, năng lượng của sự hoạt hoá xi măng, tốc độ gió, chiều dày tấm, các tính chất nhiệt của lớp base và sử dụng lớp bao phủ bề mặt bê tông sau khi kết thúc (nếu có). Để đạt được thông số hợp lý của bảng, các tính chất của lớp base, tốc độ gió, và tính dẫn nhiệt đã được giả định là một hằng số. Do phần lớn các mặt đường bê tông là light colored (white curing compound được sử dụng rộng rãi), Các ảnh hưởng của bức xạ mặt trời trên bề mặt được cho là nhỏ và không đưa vào. Bảo vệ bề mặt được tiến hành trong 3 giờ đầu sau khi đổ bê tông để nhiệt độ thấp hơn 50C.
Các bảng đã được đưa ra từ một mô hình tính toán của dòng nhiệt và sự phát triển cường độ cùng với việc sử dụng các thông số mô tả ở trên. Một ví dụ về bảng các ảnh hưởng của nhiệt độ, sao chép từ chỉ dẫn, được đưa ra trong hình 3.1. Mô hình đã được tiến hành trong suốt 72 giờ đầu sau khi đổ bê tông. Theo đó các thông số phải được nhập vào trong bảng để sử dụng là:
- Loại vật liệu kết dính: xi măng loại I, II và III được đưa ra trong bảng. Các bảng chỉ cho thây trường hợp khi thay thế 20% xi măng bằng tro bay loại F cũng được đưa ra. Bảng không có nghĩa là để áp dụng cho các loại xi măng khác hoặc xi măng đặc biệt. Thêm vào đó, có thể không áp dụng trong trường hợp sử dụng tro bay loại C, những loại tro bay này có thể sinh nhiệt trong suốt quá trình thuỷ hoá của bê tông.
- Hàm lượng vật liệu kết dính: tổng hàm lượng vật liệu kết dính trong phạm vi 311 đến 445Kg/m3. Bảng không áp dụng khi hàm lượng chất kết dính vượt ra ngoài phạm vi giới hạn này.
- Nhiệt độ bê tông: Nhiệt độ của bê tông từ 10 đến 380C có thể sử dụng khi nhiệt độ cao hơn 5.50C. Nhiệt độ bê tông phải trong phạm vi này.
- Nhiệt độ không khí: áp dụng trong điều kiện khôngkhí dao động trong khoảng -180C đến 380C.
- Chiều dày tấm: Chiều dày của tấm có thể điều chỉnh bằng tay. Thông thường chiều dày thiết kế trong khoảng 0.2 đến 0.5m. Các lớp phủ mỏng nằm bên ngoài phạm vi áp dụng của bảng.
Thông số đầu ra của bảng bao gồm một trong bốn biểu hiện sau cho bất kỳ kết hợp nào của các thông số đầu vào:
XI MĂNG LOẠI I, HÀM LƯỢNG 371 KG/M3
Nhiệt độ không khí (0C) Nhiệt độ bê tông (0C) Chiều dày tấm (mm)
10 15.5 21 26.6 32.2 37.8
-17.8 50.8
40.6
30.5
20.3
-6.7 50.8
40.6
30.5
20.3
4.4 50.8
40.6
30.5
20.3
15.5 50.8
40.6
30.5
20.3
26.7 50.8
40.6
30.5
20.3
37.8 50.8
40.6
30.5
20.3
Ghi chú:
* = Thoả mãn các điều kiện nhiệt
TD = Có rủi ro do chênh lệch về nhiệt độ trongtấm bê tông trong phạm vi quá lớn
EF = Có rủi ro khi đóng băng ở tuổi ban đầu
HT = Có rủi ro do nhiệt độ trong tấm bê tông quá cao
Hình 3.1 Bảng ví dụ về các ảnh hưởng của nhiệt độ
* = Thoả mãn các điều kiện nhiệt độ
TD = Rủi ro về chênh lệch nhiệt độ trong bê tông là rất lớn
EF = Rủi ro khi bị băng giá sớm
HT = Rủi ro của nhiệt độ trong bê tông rất cao
Sự chênh lệch nhiệt độ sớm có thể được làm nhỏ bằng cách giảm nhiệt độ của hỗn hợp bê tông , giảm lượng hoặc thay đổi loại xi măng trong hỗn hợp, giảm chiều dày tấm hoặc cách li tấm đó để sự chênh lệch nhiệt độ giảm. Tất cả những cảnh báo này (ngoại trừ cách li) có thể cũng được áp dụng để giảm nhiệt độ thuỷ hoá trong bê tông. Rủi ro do đóng băng sớm có thể tránh được bằng cách tăng nhiệt độ của bê tông, tăng lượng vật liệu kết dính, tăng chiều dày tấm và cách li tấm.
Hình 3.1 cung cấp nhiều trạng thái mà có thể xảy ra tuỳ thuộc vào nhiệt độ và lượng của các thành phân khác. Hỗn hợp được chọn cho thử nghiệm này là điển hình của rất nhiều ứng dụng cho đường cao tốc. Khi tấm dầy được đổ dưới các điều kiện rất nóng (380C) và nhiệt độ của bê tông không được hạn chế, sẽ có rủi ro do sự quá nhiệt trong bê tông. Nó có thể được làm giảm đi, ví dụ, bằng cách giảm nhiệt của bê tông tại công trường hoặc bằng cách thay thế xi măng bằng tro bay, chỉ dẫn cũng đưa ra ảnh hưởng khi thay thế 20% xi măng bằng tro bay. Ví dụ khác cũng được đưa ra trong chỉ dẫn. Thảo luận chi tiết của phạm vi chủ yếu (fundamental background) và khả năng thay đổi các thông số đầu vào cũng được đưa ra.
Cơ sở sắp xếp của cấp phối cốt liệu.
Thành phần cấp phối của cát đến cốt liệu thô có ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của cả hỗn hợp bê tông và bê tông. Công việc này đã được tiến hành trong dự án SHRP C-201, Vi cấu trúc bê tông, các lý thuyết sắp xếp hạt đã được chứng minh (Johansen và Andersen 1991) có thể được sử dụng để xác định sự pha trộn tối ưu của hỗn hợp cốt liệu để có thành phần có độ chặt cao nhất. Sổ tay hướng dẫn C-206 Chỉ dẫn để xác định cấp phối cốt liệu tối ưu cho bê tông (Andersen và Johansen 1993) mô tả sự áp dụng lý thuyết sắp xếp hạt để sản xuất bộ khung (skeleton) cốt liệu chặt cho hỗn hợp bê tông. Báo cáo cho thấy tại điểm mà cốt liệu có độ chặt cao nhất tính công tác của bê tông sẽ lớn nhất. Cải tiến cấp phối hạt và giảm lượng hồ có thể giảm khả năng phân tầng, tách nước và dẫn đến một hỗn hợp bê tông có độ bền cao hơn; Chúng cũng dẫn đến hiệu quả kinh tế của hỗn hợp bê tông cao hơn. Sổ tay này bao gồm các bảng có liên hệ đến các đặc tính của sự phân bố kích thớc hạt cốt liệu (biểu hiện bằng D) và mật độ sắp xếp (được xác định bằng một thông số thử cơ lý đơn giản) cho sắp xếp của hai hay nhiều hơn các vật liệu khác nhau. Bảng này có thể được sử dụng để phối hợp các thành phần cốt liệu thô có hiệu quả hoặc hỗn hợp của cát và cốt liệu thô. Chỉ dẫn bao gồm một mô tả về các phương pháp thử, hướng dẫn sử dụng các bảng, và tóm tắt các lý thuyết.
Các thiết lập của bẳng trong chỉ dẫn bao gồm. (1) các bảng để pha trộn hai loại cốt liệu thô, (2) các bảng để pha trộn ba loại cốt liệu thô, (3) các bảng để pha trộ cát và cốt liệu thô. Hai thiết lập ban đầu được sử dụng khinhà sản xuất có nhiều hơn một loại cốt liệu thô và và muốn tối ưu thành phần hạt của cốt liệu thô trước khi pha trộn với cát. Thiết lập sau cùng được sử dụng để xác định phần trăm của cốt liệu thô so với tổng thể tích cốt liệu. Các bảng không có ý định để thay thế (substitute) cho ACI 211 (ACI 1992c) hoặc các phương pháp tiêu chuẩn khác để thiết kế thành phần bê tông. Chúng chỉ đơn giản là một phương pháp thay thế cho việc xác định thể tích cốt liệu trong một đơn vị thể tích bê tông. Để sử dụng sổ tay cùng với (conjunction) ACI 211, Lượng nước trong một đơn vị thể tích cần thiết để đạt được độ sụt mong muốn dược lựa chọn, Tỷ lệ N/X cần thiết để đạt được cường độ danh nghĩa được lựa chọn, và thể tích của xi măng được tính toán từ hai đại lượng này. Sau khi lượng nước, xi măng và phụ gia cuốn khí được xác định, thể tích còn lại khi đó là của cốt liệu thô và mịn. Tỷ lệ của cốt liệu thô và mịn sẽ được xác định qua chỉ dẫn này.
Trước khi sử dụng các bảng, phải phân tích thành phần hạt cho từng cốt liệu để phối trộn. Các kết quả (như phần trăm lọt sàng) được vẽ trên một biểu đồ phần trăm logarit, và đường tốt nhất là đường thẳng vẽ qua các điểm. Các đặc tính về đường kính hạt (D) khi đó được xác định từ đường kính đại diện cho 63% vật liệu lọt sàng.
mô hình sắp xếp của cốt liệu khi đó được thiết lập bằng cách xác định hàm lượng lỗ rỗng của từng vật liệu tiến hành theo phương pháp đầm khô của AASHTO T19. Mật độ xếp chặt của vật liệu khô (PHI) được tính toán theo công thức:
PHI = 1 - (% lỗ rỗng/100)
7. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
SHRP C-206, Tối ưu hoá công nghệ bê tông đường, là một chương trình đa dạng (multiface) bao gồm một số hoạt động song song. Trái ngược với dự án nghiên cứu cổ điển là cố gắng để đánh giá một giả thuyết (hypothesis), C-206 kết hợp các lĩnh vực của nghiên cứu vật liệu - đánh giá phương pháp kiển tra, chuyển đổi công nghệ và huấn luyện kỹ thuật. Bao gồm cả các khu vực knowledge assimilation and transfer (trình bày trong tài liệu tổng hợp và HWYCON modules), lĩnh vực nghiên cứu (trình bày các nỗ lực trong các lớp phủ mặt cầu và sớm đưa các công trình sửa chữa vào sử dụng), chuyển đổi công nghệ và đào tạo (trình bày bằng sự đánh giá của các thay đổi trong phương pháp thử nghiệm bê tông mới). Chương này là các kết luận có thể rút ra từ các nỗ lực đó, cùng với các đề xuất như làm thế nào để thực hiện (implement) tốt nhất trong thực tiễn đường cao tốc hiên tại. Thêm vào đó, với các công việc xa hơn yêu cầu trước khi đạt được kết quả trong dự án này có thể được thực hiện, các đề xuất chung quanh vấn đề làm thế nào để đi đến mục tiêu. Như được ghi chú ở trên, nó khó để rút ra bất cứ mục tiêu nào từ một dự án như cấu trúc. Tuy nhiên, nếu bất cứ bài học nào có thể được học từ những nỗ lực này (cũng như các nỗ lực khác của SHRP), nó là bài học hết sức phức tạp, dễ bị ảnh hưởng bởi vật liệu thành phần, làm thế nào để sản xuất nó và điều chỉnh dưới các điều kiện thực tế. Rất nhiều chỉ định đã không được công nhận đặc điểm đầu tiên này của bê tông và xử lý nó giống như điều chỉnh ở mức độ cao của hợp kim (alloy) hoặc tương tự vật liệu được sản xuất dưới các điểu kiện hạn chế sử dụng gần giống như các vật liệu thành phần không coi trọng (irrespective) đến vị trí. Vật liệu bê tông tuỳ thuộc nhiều vào các nguồn cung cấp tại địa phương và bê tông là kết quả phản chiếu của sự kết hợp các vật liệu này. Hơn nữa, hai dấu hiệu về bê tông đã được chỉ rõ, làm sao chúng ta có thể vận chuyển, đổ, gia cố và dưỡng hộ, có thể cho kết quả đột ngột về khả năng làm việc. Trong quá khứ những đặc tính này đã được học sau nhiều năm kinh nghiệm ngoài hiện trường; các khả năng của hệ thống đường cao tốc không được lường trước (anticipate) bằng kinh nghiệm và sự hiểu biết của nhân viên trong nhiều công ty đường của Mỹ. Tuy nhiên, một số lượng lớn những nhân viên này đang hoàn thành các phạm vi liên quan của họ, và chịu trách nhiệm cung cấp các thông tin mới cho các kỹ thuật viên và kỹ sư ít kinh nghiệm. Để có thể sử dụng hiệu quả các vật liệu bê tông mới và các hỗn hợp được giới thiệu, các kỹ sư trẻ cần thu được (gain) một đánh giá nhanh về chất lượng vật liệu và đặc tính của bê tông. Họ phải đọc báo cáo này và liên hệ (intrigue) với thực tế mà thông tin trong báo cáo này có thể thông qua cũng như HWYCON và các bổ sung (implementation). Sử dụng các tài liệu đào tạo này hoặc tài liệu khác phải góp phần (contribute) đánh giá (appreciation) tốt hơn của các quan tâm cần thiết trong kiểm tra và sản xuất bê tông như một thế hệ mới, bê tông đường và các kết cấu do đó phải tiếp tục cung cấp các điều kiện thuận lợi (facility) có hiệu quả và an toàn.
Tổng hợp các báo cáo hiện tai và công nghệ đường cao tốc
Tổng hợp phát triển sau SHRP C-206 danh mục (entitle) Tổng hợp hiện tại và dự án công nghệ bê tông đường phải đáp ứng như một tài liệu hữu ích bao gồm nhiệu khía cạnh của bê tông xi măng portland, các vật liệu thành phần của nó, các áp dụng cho những lĩng vực quan trọng của nâng cấp và sửa chữa công trình bê tông. Các kỹ sư mới cần sử dụng tài liệu để thu được thông tin về chất kết dính có sẵn, các đặc tính của cốt liệu, và khả năng làm việc của vật liệu gần đây, như silica fume và phụ gia giảm nước tầm cao. Tài liệu tóm tắt về trộn bê tông (concrete batching) và xây dựng đường cao tốc phải đặc biệt hữu ích cho công nhân hiện trường. Các chương về phương pháp kiểm tra mới và đảm bảo chất lượng ổn định phải giúp cho người đang tìm kiếm để thực hiện phương pháp mới.
Tài liệu tổng hợp phải được thông báo công khai như một sự trợ giúp cho người thực hiện trong lĩnh vực đường cao tốc hơn là một tài liệu tham khảo về lý thuyết của các nghiên cứu. Nếu cách tiếp cận được mô tả trong tài liệu được sử dụng, các nhân viên phải được trang bị kiến thức và phải được cung cấp các trình bày đầy đủ và tài liệu tham khảo của bản công bố gốc. Phải quan tâm đến các phương pháp theo truy cập định kỳ các thông tin trong tài liệu, có lẽ theo lịch sét lại tài liệu phạm vi tổng hợp của NCHRP hoặc tài liệu côngbố trong những ngày sau của trươngtrình chuyển đổi công nghệ FHWA.
Tổng hợp các báo cáo hiện tai và công nghệ đường cao tốc
Tổng hợp phát triển sau SHRP C-206 danh mục (entitle) Tổng hợp hiện tại và dự án công nghệ bê tông đường phải đáp ứng như một tài liệu hữu ích bao gồm nhiệu khía cạnh của bê tông xi măng portland, các vật liệu thành phần của nó, các áp dụng cho những lĩng vực quan trọng của nâng cấp và sửa chữa công trình bê tông. Các kỹ sư mới cần sử dụng tài liệu để thu được thông tin về chất kết dính có sẵn, các đặc tính của cốt liệu, và khả năng làm việc của vật liệu gần đây, như silica fume và phụ gia giảm nước tầm cao. Tài liệu tóm tắt về trộn bê tông (concrete batching) và xây dựng đường cao tốc phải đặc biệt hữu ích cho công nhân hiện trường. Các chương về phương pháp kiểm tra mới và đảm bảo chất lượng ổn định phải giúp cho người đang tìm kiếm để thực hiện phương pháp mới.
Tài liệu tổng hợp phải được thông báo công khai như một sự trợ giúp cho người thực hiện trong lĩnh vực đường cao tốc hơn là một tài liệu tham khảo về lý thuyết của các nghiên cứu. Nếu cách tiếp cận được mô tả trong tài liệu được sử dụng, các nhân viên phải được trang bị kiến thức và phải được cung cấp các trình bày đầy đủ và tài liệu tham khảo của bản công bố gốc. Phải quan tâm đến các phương pháp theo truy cập định kỳ các thông tin trong tài liệu, có lẽ theo lịch sét lại tài liệu phạm vi tổng hợp của NCHRP hoặc tài liệu côngbố trong những ngày sau của trươngtrình chuyển đổi công nghệ FHWA.
Hệ thống chuyên môn đường cao tốc (Highway Concrete Expert System)
Trong dự án này, một hệ thống chuyên môn (HWYCON) đã được phát triển để trợ giúp các cơ quan đường trong (1) nhận diện và xác định các nguyên nhân của vật liệu liên quan đến sự giảm ứng suất; (2) lụa chọn các vật liệu để tránh các vấn đề như phản ứng alkali cốt liệu, tác động của băng giá, ăn mòn cốt thép và sự tấn công của sulfate; (3) lựa chọn vật liệu cho bê tông tái sinh, cơ sở của tính thấm và bê tông Fast-track; và (4) lựa chọn vật liệu cho sửa chữa một phần hoặc toàn bộ, lớp phủ dính kết và khôngdính kết, và diamond grinding and milling. Các kết cấu trong hệ thống bao gồm mối nối mặt đường và mặt đường cốt thép liên tục, bản mặt cầu và các cấu trúc khác của đường cao tốc ( ví dụ: cột, móng cầu và tường chắn (parapet wall)). Hệ thống có thể được sử dụng bởi người thanh tra hoặc các kỹ sư, người chỉ định bê tông và nhà chế tạo là những người là những người biết về phạm vi hoạt động từ người chưa có kinh nghiệm (novice) đến người có kỹ năng trung bình. Các kết luận và đề xuất đưa ra bằng hệ thống chuyên môn được mong đợi như một hệ thống quyết định. Cuối cùng là trách nhiệm (responsibility) cho sự quyết định vẫn là việc (lies with) của nguời sử dụng. Ngời sử dụng phải áp dụng đầu tiên các hệ thống để giải quyết hoàn cảnh(hypothetical situation) hoặc các áp dụng không then chốt do đó họ có thể biết rõ phạm vi áp dụng và các giới hạn của hệ thống trước khi áp dụng nó cho trường hợp then chốt.
Một diễn đàn để hệ thống có thể được truy cập, mở rộng và/hoặc được làm theo yêu cầu để thích hợp với các đơn vị cụ thể. Nó được duy trì bới FHWA, sau trương trình NCHRP, hoặc AASHTO. Kiến thức mới mà phát sinh trong các nghiên cứu hoặc các chương trình chứng minh có thể sau đó được thêm vào cho hệ thống này để người sử dụng có thể thu được phần lớn cá thông tin mới. Thêm vào đó hệ thống phải duy trì để tương hợp với phần lớn các phần mềm và phần cứng tính toán hiện nay.
Nghiên cứu hiện trường của các phương pháp thử mới, vật liệu và mức chấp nhận chophục hồi công trình bê tông.
Các nghiên cứu hiện trường được tiến hành để đánh giá vật liệu bê tông và thành phần mà đưa ra sự hứa hẹn lớn khi sử dụng trong các công trình cần thông xe sớm và cho sử dụng tại những nơi mà bê tông là đối tượng của các môi trường cực kì khắc nghiệt. Các áp dụng lựa chọn bao gồm (1) sửa chữa toàn bộ mặt đường khi mà giao thông trên mặt đường yêu cầu phải được trở lại trong thời gian ngắn và (2) lớp phủ mặt cầu cần sớm đưa vào vận hành để rút ngắn thời gian thi công.
Các vật liệu bê tông và thành phần hỗn hợp cho các nghiên cứu này được lựa chọn dựa trên cơ sở của sự phát triển được tiến hành trong các nghiên cứu khác của SHRP, không lệ thuộc vào các chơpng trình của R&D và kỹ nghệ riêng biệt. Chúng bao gồm Bê tông đóng rắn rất nhanh (VES) và bê tông cường độ cao được phát triển sau dự án SHRP C-205 (Tính năng cơ lý của bê tông chất lượng cao); Fast-Track concrete và những hỗn hợp sớm đưa cong trình vào khai thác sử dụng hoá chất đóng rắn nhanh; và các hỗn hợp sử dụng xi măng Pyrament và xi măng đóng rắn nhanh. Các lớp phủ mặt cầu, bê tông latex cải tiến sử dụng xi măng loại III và bê tông silica fume đã được đánh giá. Ngoài ra các kết quả đạt được cùng với đánh giá các vật liệu này là hoàn toàn hợp lý (strictly valid) chỉ cho các vật liệu riêng biệt và các hỗn hợp sử dụng trong nghiên cứu này. Bê tông là một vật liệukhông đồng nhất (heterogeneous), khả năng làm việc của chúng tuỳ thuộc nhiều vào các vật liệu địa phương và các điều kiện. Ngoại suy (Extrapolation) của các kết luận này cho các vật liệu khác phải được làm cùng với sự thận trọng sau khi cân nhắc đén các điều kiện riêng mà có thể gặp phải (encountered). Từ các kết quả đạt được rút ra được những kết luận sau.
- Bê tông được sử dụng cho các côngtrình cần thông xe sớm có tốc độ phát triển cường độ ban đầu cao và phát triển đáng kể về nhiệt thuỷ hoá trong suốt những giờ đầu sau khi đổ khuôn.
Sự tăng nhiệt độ là vấn đề lớn nhất cho các hỗn hợp sử dụng hàm lượng xi măng lớn (lớn hơn 470Kg/m3) của xi măng loại III và hoá chất đóng rắn nhanh. Nhiệt độ cao đi cùng với tốc độ phát triển cường độ nhanh cho phép vị trí đổ được khai thác sớm trong vòng 4 - 6 giờ. Xi măng phát triển cường độ nhanh như Pyrament and Rapid-Set, cho thấy tốc độ phát triển cường độ nhanh nhưng giải phóng ít nhiệt và nhiệt độ sinh ra thấp hơn trong phạm vi sửa chữa của các tấm.
- Một thay đổi của các phương pháp có thể được sử dụng để dự đoán ở công trường tốc độ phát triển cường độ của bê tông cho các công trường đưa vào khai thác sớm. Các kỹ thuật như độ trưởng thành của bê tông (maturity), vận tốc xung (pulse velocity), nhệt độ dưỡng hộ thích hợp và sử dụng mẫu trụ được dưỡng hộ cách ly (well-insulated test) có thể đánh giá cường độ trong phạm vi 20% cường độ trung bình của mẫu khoan lấy ngoài công trường. Sử dụng khuôn trụ bằng chất dẻo 100x200mm đặt trong một vị trí dầy của rigid foam insulation cored để nhận được các mẫu trụ cung cấp một sự lựa chọn đơn giản, không đắt cho nhiều phương pháp thử không phá hoại phức tạp hơn, dẫu sao may kiểm tra cường độ nén có thể xách tay (portable) là cần thiết để kiểm tra các mậu trụ ngoài hiện trường.
- Phần lớn các hỗn hợp early opening tiếp tục phát triển cường độ đến tối thiểu 90ngày sau khi đổ (là một giai đoạn kiểm tra dài nhất trong nghiên cứu này). Cường độ ở mức độ 70Mpa đã đạt được cùng với những hỗn hợp được chuẩn bị bằng xi măng Pyrament. Dẫu sao sự biểu lộ về tốc độ phát triển cường độ nhanh hơn (2-4giờ), thời gian ninh kết của xi măng nhanh hơn cho thấy chỉ tăng vừa phải (moderate) cường độ sau 1 ngày.
- Trên cơ sở các kết quả đạt được từ các phân tích mỏi, có thể thấy rằng cường độ điển hình yêu cầu cho khả năng thông xe sớm - cường độ uốn (MOR) là 2.1MPa hoặc cường độ nén 13,8MPa -- là mức chấp nhận hợp lý trong phần lớn các điều kiện để sửa chữa đến 3,7m chiều dài. Cường độ nén được chỉ thị chính xác hơn cho các mặt cắt cngắn hơn 1,8m hoặc nhỏ hơn -- do các thanh truyền lực là nhân tố then chốt trong các trường hợp này.
- Hàm lượng không khí thích hợp và hệ thống lỗ rỗng thích đáng (adequate) là cần thiết -- nhưng không phải là điều kiện đủ (sufficient) -- Các điều kiện để đạt được độ bền băng giá mong muốn cho bê tông early opening. Nhiệt thuỷ hoá cao trong độ tuổi ban đầu của các loại bê tông này có thể góp phần (contribute) cho các vết nứt và độ bền băng giá kém.
- Các lớp phủ mặt cầu sử dụng bê tông latex cải tiến có thể mở ra khả năng giao thông sớm trong vòng 24 giờ nếu sử dụng xi măng loại III (đóng rắn nhanh) thay thế xi măng loại I trong hỗn hợp. Cường độ ở 24 giờ phải vượt quá 14Mpa khi ử dụng các phương pháp này, với điều kiện là tỷ lệ N/X được duy trì dưới 0,40 và nhiệt độ tối thiểu trong suốt 24 giờ đầu không dưới 100C.
- Độ bền của các lớp phủ bê tông có tính thấm rất thấp có thể được sản xuất bằng cách sử dụng bê tông silica fume (SFC). Cường độ nén của SFC nói chung cao hơn đáng kể so với bê tông latex cải tiến (LMC) sử dụng cho các lớp phủ, trong khi cường độ kéo của hai loại này thường tương đương nhau. Tính thấm ion clo được đo theo AASHTO T277 thường SFC thấp hơn so với LMC.
Các nghiên cứu ở độ tuổi lâu dài (đến 10 năm) phải được kiểm soát (conduct) trên những vị trí kiểm tra để đánh giá khả năng làm việc của chúng dưới các tác động kết hợp của môi trường và giao thông. Đối với các vị trí mặt đường, ước lượng bằng mắt (visual rating), và khoan để khiểm tra cường độ và thạch học (petrographic) đã được đề xuất. Đề xuất cho các nghiên cứu về bản mặt cầu bao gồm nghiên cứu ăn mòn, lấy mẫu cloride, sưa xắp xếp của các lớp (delamination mapping), và đo tốc độ ăn mòn.
Các câu hỏi về độ bền của bê tông được thiết kế cho các áp dụng của bê tông đóng rắn nhanh vẫn được giữ nguyên. Như đã ghi chú ở trên, các vết nứt trong bê tông, nó có thể xuất hiện do nhiệt, có thể tính cho một số tính năng kém trong thử nghiệm băng giá. Phải tránh sử dụng canxi cloride do nó góp phần (contribute) làm giảm khả năng chống băng giá. Trong khi đó các phương pháp thử băng giá để đánh giá độ bền phải được thừa nhận là rất khắt khe, thêm vào đó độ bền của hỗn hợp bê tông đóng rắn nhanh phải được được đánh giá trước khi sử dụng chúng tại các vùng phía Bắc nơi có các điều kiện rất khắc nghiệt trong mùa Đông vẫn chữa được đánh giá rõ ràng. Những vấn đề này và sự cần thiết cần kiểm tra trên các vùng thử qua một thời gian dài phải không ngăn chặn sự áp dụng của công nghệ thi công nhanh cho sửa chữa các mặt đường. Thực vậy, như quan sát trong suốt quá trình tiến hành nghiên cứu, một số cơ quan đường đã phát triển hỗn hợp bê tông đóng rắn nhanh của họ, dẫu sao, các thành phần cấu thành và độ bền của những hỗn hợp này cần cải tiến thêm nữa. Nó đã được đề nghị cho những hỗn hợp và các chỉ dẫn trong báo cáo này và thêm vào đó là các tài liệu bổ sung (Hệ thống chuyên môn HWYCON và các phần bổ sung) được áp dụng cho các dự án trong đó công trình sớm được đưa vào khai thác có thể tiết kiệm được giá thành và giảm sự bất tiện cho giao thông công cộng.
Phát triển các phương pháp thử cho hỗn hợp bê tông.
Sau dự án này, bốn lĩnh vực cùng với các phương pháp kiểm tra cho hỗn hợp bê tông và tối ưu hỗn hợp đã được nghiên cứu. Đó là đánh giá kỹ thuật xác định hàm lượng nước của bê tông ngoài hiện trường bằng lò vi sóng, phát triển chỉ dẫn để dự đoán các ảnh hưởng của nhiệt độ trong các tấm bê tông mới đổ, phát triển một sổ tay sử dụng để tối ưu thành phần cốt liệu trong bê tông, và phát triển kỹ thuật đo độ chặt của bê tông tại các chiều sâu khác nhau của tấm bê tông mới đổ.
Tìm kiếm Blog này
Tiêu đề
-
▼
2009
(15)
-
▼
08/09
(10)
- Các Bí mật về điện thoại
- Đà Điểu khu du lịch trại rắn Đồng Tâm - Tiền Giang
- Bể lọc giếng khoan
- CLip vui
- Đánh máy nhanh bằng mười ngón
- Tối ưu hoá công nghệ bê tông đường (Phần 1)
- LỚP CÁT GIA CỐ XI MĂNG TRONG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ...
- LỚP MÓNG CẤP PHỐI ĐÁ DĂM TRONG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô ...
- MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA - QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THI ...
- Công tác đất -Thi công và nghiệm thu TCVN 4447 - 87
-
▼
08/09
(10)
Hello !..
