Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu gây tắc nghẽn và phương pháp bảo trì đến tính thấm của bê tông xi măng rỗng thoát nước

Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-564- 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU GÂY TẮC NGHẼN VÀ 
PHƯƠNG PHÁP BẢO TRÌ ĐẾN TÍNH THẤM CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG 
RỖNG THOÁT NƯỚC 
Nguyễn Tuấn Cường 1, Nguyễn Hữu Duy1, Vũ Việt Hưng1* 
1 Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông Vận tải, 
Số 450-451 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh 
*Tác giả liên hệ: Email: hungvv_ph@utc.edu.vn. 
Tóm tắt. Gần đây, bê tông xi măng rỗng thoát nước (BTXMRTN) được xem là một 
trong những "Ứng dụng thực tế quản lý tốt nhất" trong việc thu và làm sạch nước mưa. 
Đặc tính nổi bật của loại bê tông này là độ rỗng tương đối cao (thông thường 15-30%) 
và sự liên kết của các lỗ rỗng, dẫn đến khả năng thấm cao và lưu giữ nước. Tuy nhiên, 
một trong những hạn chế sự áp dụng phổ biến của loại vật liệu này trong thực tế là do 
sự suy giảm của tính thấm theo thời gian do tác động của các vật liệu gây tắc nghẽn và 
không được bảo trì thường xuyên. Bài báo này trình bày kết quả phân tích, đánh giá 
ảnh hưởng của vật liệu cát gây tắc nghẽn và phương pháp bảo trì đến tính thấm của 
BTXMRTN. Từ đó, đề xuất các biện pháp bảo trì để đảm bảo tính thấm theo yêu cầu 
cho các kết cấu mặt phủ đô thị và thoát nước mặt bền vững. 
Từ khóa: bê tông xi măng, độ rỗng, tính thấm, tắc nghẽn, bảo trì. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Bê tông xi măng rỗng thoát nước (BTXMRTN), còn được gọi là bê tông không 
sử dụng cốt liệu nhỏ hoặc bê tông thấm nước, là vật liệu phủ bề mặt thân thiện với môi 
trường, và đã được công nhận là một trong những thành phần chính của phát triển bền 
vững ít tác động [1, 2]. Một cách tổng quan, BTXMRTN bao gồm các vật liệu thành 
phần cơ bản sau: xi măng, nước, cốt liệu thô cỡ hạt đồng nhất, và ít hoặc không có cốt 
liệu nhỏ, dẫn đến cấu trúc lỗ rỗng lớn và hệ thống các lỗ rỗng liên kết với nhau giữa 
các cốt liệu. Do đó, BTXMRTN có khả năng thấm nước tốt hơn so với mặt đường 
không thấm thông thường [3]. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng lâu dài loại bê tông 
này trong kết cấu mặt đường, các lỗ rỗng của BTXMR dễ bị tắc nghẽn bởi các hạt nhỏ 
khác nhau [4–7]. Trường hợp điển hình như khi các chất cặn từ lá cây phân hủy, đất và 
bụi từ môi trường xung quanh xâm nhập vào các lỗ rỗng, có thể thấy rằng các lỗ rỗng 
bị bít lại và do đó khả năng thấm nước giảm đi đáng kể, thậm chí gây tắc nghẽn hoàn 
toàn. Do vậy, việc bảo trì BTXMR thường xuyên là cần thiết để duy trì tính năng thấm 
và sử dụng hiệu quả loại vật liệu này [1,8]. 
Mục tiêu của bài báo này là khảo sát ảnh hưởng của vật liệu cát gây tắc nghẽn và 
phương pháp bảo trì đến tính thấm của BTXMRTN. Từ đó, đề xuất các biện pháp bảo 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-565- 
trì để đảm bảo tính thấm theo yêu cầu cho các kết cấu mặt phủ đô thị và thoát nước 
mặt bền vững. 
2. THÍ NGHIỆM 
3.1. Vật liệu và thành phần cấp phối của BTXMRTN 
Trong phạm vi bài báo này, BTXMRTN được thiết kế với tỷ lệ nước/xi măng 
(N/XM) và đá/xi măng (Đ/XM) lần lượt là 0,3 và 4,5 dựa theo hướng dẫn ACI 522R-
10 của Mỹ [9]. Để tạo nên khung cấu trúc lỗ rỗng, đá dùng trong bê tông có cùng kích 
cỡ hạt 5-10mm và hoàn toàn không dùng cốt liệu nhỏ (cát). Bảng 1 thể hiện các đặc 
tính cơ bản của đá. Các hạt đá được kết dính bởi hồ xi măng, trong đó sử dụng xi măng 
thông thường với khối lượng riêng là 3,5 T/m3 và để cải thiện tính công tác của bê 
tông, phụ gia siêu dẻo giảm nước gốc poly-carboxylate được sử dụng với hàm lượng 
1% khối lượng xi măng. Thành phần cấp phối thiết kế của bê tông xi măng rỗng với độ 
rỗng tối thiểu là 20% được thể hiện trong Bảng 2. 
Bảng 1. Đặc tính cơ bản của đá 5-10mm. 
Đặc tính Đơn vị Giá trị 
Kích cỡ hạt mm 5-10 
Bề mặt - Phẳng 
Hình dáng hạt - Góc cạnh và dạng khối 
Khối lượng riêng kg/m3 1.630 
Tỷ trọng riêng - 2,76 
Độ hút nước % 0,69 
Độ rỗng % 40 
Bảng 2. Thành phần cấp phối của BTXMRTN (kg/m3). 
Xi măng 
(XM) 
Nước (N) Đá 5-10mm 
(Đ) 
Phụ gia siêu dẻo 
358 107 1.625 1%XM (theo khối lượng) 
3.2. Quá trình trộn và chế tạo mẫu 
Quá trình trộn bê tông được thực hiện bằng máy trộn bê tông cưỡng bức trục 
đứng (Hình 1a). Đầu tiên trộn toàn bộ khối lượng đá 5-10mm, một phần nước + phụ 
gia siêu dẻo (khoảng 10%) và một phần xi măng (khoảng 10%) trong thời gian 2-3 
phút nhằm tạo một lớp vữa xi măng bao phủ đồng đều các hạt cốt liệu đá. Sau đó, đổ 
toàn bộ các thành phần còn lại và trộn trong thời gian 3 phút. Dừng máy, trộn bằng tay 
và kiểm tra độ đồng đều, tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi (Hình 1b). Cho máy 
trộn tiếp tục thêm 2 phút trước khi đổ bê tông vào khuôn (Hình 1c). 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-566- 
(a) (b) (c) 
Hình 1. Quá trình trộn bê tông. 
Quá trình đầm bê tông được tiến hành như sau: đổ bê tông vào khuôn hình trụ 
D100xH200mm và khuôn mẫu dạng block 200x200x12,5mm, chia làm hai lớp và đầm 
25 lần/lớp bằng thanh thép (chiều dài 500mm và đường kính 10mm). Sau khi đầm 
xong mỗi lớp, gõ nhẹ vào ván khuôn bằng búa cao su khoảng 10 lần. Theo đó, 3 mẫu 
hình trụ được sản xuất để xác định độ rỗng, độ thấm, cường độ nén 28 ngày tuổi và 3 
mẫu khối để đánh giá ảnh hưởng của cát gây tắc nghẽn và phương pháp bảo trì đến 
tính thấm của BTXMRTN. 
Ngay sau khi kết thúc quá trình đầm và hoàn thiện bề mặt, các mẫu bê tông được 
phủ bởi lớp ny lông nhằm tránh mất hơi nước và bảo dưỡng trong phòng với điều kiện 
nhiệt độ 25oC và độ ẩm tương đối 50-60% trong vòng 24 giờ (Hình 2a). Sau đó, tháo 
ván khuôn và bảo dưỡng mẫu đến 14 ngày tuổi trong môi trường nước nhiệt độ 20-
25oC (Hình 2b). Sau 14 ngày, toàn bộ các mẫu được bảo dưỡng trong không khí với 
điều kiện trong phòng như trên (Hình 2c). 
(a) (b) (c) 
Hình 2. Quá trình bảo dưỡng bê tông. 
3.3. Thí nghiệm một số tính chất cơ học điển hình của hỗn hợp BTXMRTN 
Xác định khối lượng thể tích ( [kg/m3]) của BTXMRTN sau khi hóa cứng theo 
công thức sau: 
LD
AK


=
2
 (1) 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-567- 
Trong đó: 
A = Khối lượng khô của mẫu (g) 
D = Đường kính trung bình của mẫu (mm) 
L = Chiều cao trung bình của mẫu (mm) 
K = 1.273.240 (hệ đơn vị SI) 
Độ rỗng () của BTXMRTN được xác định dựa trên sự sai lệch giữa tổng thể tích 
của mẫu và phần thể tích thay đổi khi ngâm mẫu trong nước theo công thức sau: 
( )
1001
2


















−
−=
LD
BAK
w
 (2) 
Trong đó: 
B = Khối lượng cân trong nước của mẫu (g) 
w = Khối lượng riêng của nước (kg/m
3) 
Cường độ nén 28 ngày tuổi (Rn [MPa]) của mẫu bê tông được xác định dựa theo 
tiêu chuẩn ASTM C39/C39M-17b về thí nghiệm xác định cường độ nén của mẫu bê 
tông hình trụ D100xH200mm: 
2
max4000
D
P
Rn


=

 (3) 
Trong đó: 
Pmax = Tải trọng nén phá hoại của mẫu (kN) 
D = Đường kính trung bình của mẫu (mm) 
3.4. Thí nghiệm xác định khả năng thấm và ảnh hưởng của vật liệu cát gây tắc 
nghẽn và phương pháp bảo trì đến tính thấm của BTXMRTN 
Tính thấm là một trong những đặc tính quan trọng của bê tông xi măng rỗng. Tuy 
nhiên, trong quá trình sử dụng, các lỗ rỗng của BTXMR dễ bị tắc nghẽn bởi các hạt 
nhỏ khác nhau và do đó tính thấm nước bị giảm đi đáng kể, thậm chí gây tắc nghẽn 
hoàn toàn. Trong bài báo này, khả năng thấm của mẫu trụ D100xH150mm và mẫu 
khối 200x200x12,5mm được tính toán với chiều cao mực nước thay đổi trong phạm vi 
từ 10-15mm so với bề mặt trên của mẫu (Hình 3): trường hợp chiều cao mực nước gần 
như không thay đổi, gần giống với tiêu chuẩn ASTM C1701/C1701M-17a về thí 
nghiệm xác định khả năng thấm của bê tông xi măng rỗng tại hiện trường (Công thức 
(4)). 
tD
MK
I


=
36002
 (4) 
 Trong đó: 
I = Khả năng thấm (mm/s) 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-568- 
M = Lượng nước thấm qua mẫu (kg) 
D = Đường kính trong của ống chứa nước (mm) 
t = Thời gian cần thiết để lượng nước thấm qua mẫu (s) 
K = 4.583.666.000 (hệ đơn vị SI) 
Hình 3. Thí nghiệm xác định hệ số thấm với chiều cao mực nước 10-15mm cho mẫu 
trụ (trái) và mẫu khối (phải). 
Để đánh giá ảnh hưởng của đất cát gây tắc nghẽn và tính hiệu quả của phương 
pháp bảo trì của BTXMRTN, các thí nghiệm thấm được thực hiện bằng cách tích lũy 
cát cỡ hạt ≤0,15mm với hàm lượng 5 lần x 8,3g/l nước chảy qua mẫu dạng khối trong 
3 chu kỳ như thể hiện trong (a) và (b) của Hình 4. Sau mỗi chu kỳ, biện pháp bảo trì 
bằng vòi nước áp suất cao và hút chân không được thực hiện như trong (c) và (d) của 
Hình 4 để phục hồi tính thấm của BTXMRTN. 
(a) Rải cát trên bề mặt mẫu (b) Cho nước chảy qua mẫu 
(c) Vòi nước áp lực (d) Hút chân không bề mặt 
Hình 4. Thí nghiệm ảnh hưởng của cát gây tắc nghẽn và biện pháp bảo trì đến 
tính thấm của BTXMRTN. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-569- 
3. ĐÁNH GIÁ PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP BẢO TRÌ 
3.5 Một số tính chất cơ học điển hình của hỗn hợp BTXMRTN 
Khối lượng thể tích và độ rỗng trung bình của các mẫu bê tông hình trụ được xác 
định lần lượt là 2.068 kg/m3 và 22,2 %. Theo kết quả thí nghiệm, cường độ nén của bê 
tông xi măng rỗng trong nghiên cứu này từ 10,3-11,9 MPa và giá trị cường độ nén 
trung bình ở 28 ngày tuổi khoảng 11 MPa. Có thể thấy rằng, các giá trị đạt được trong 
bài báo này nằm trong phạm vi thường gặp khi đối chiếu tham khảo với các nghiên 
cứu khác [1, 2, 9]. 
3.6 Khả năng thấm và ảnh hưởng của vật liệu cát gây tắc nghẽn & phương pháp 
bảo trì đến tính thấm của BTXMRTN 
Theo kết quả thí nghiệm, bê tông xi măng rỗng có hệ số thấm khoảng 1,62-
4,23mm/s ứng với độ rỗng từ 22,0-22,3%. Tuy nhiên, có thể thấy rằng mặc dù độ rỗng 
các mẫu gần bằng nhau nhưng có sự khác nhau tương đối lớn về hệ số thấm. Điều này 
là do hệ số thấm bị ảnh hưởng khi các lỗ rỗng trong mẫu không được kết nối liên tục 
hoặc các lỗ rỗng phân bố riêng rẽ. Nói cách khác, khả năng thấm của BTXMRTN phụ 
thuộc vào sự kết nối của các lỗ rỗng hơn là giá trị độ rỗng [10]. 
Bảng 3 thể hiện kết quả thử nghiệm ảnh hưởng tắc nghẽn lỗ rỗng do cát và biện 
pháp bảo trì áp dụng nhằm duy trì hệ số thấm của BTXMRTN. Hệ số thấm trung bình 
ban đầu của mẫu khối là 1,72mm/s trước khi thử nghiệm, giảm xuống 0,77mm/s sau 
chu kỳ thứ 1 và phục hồi đạt 1,11mm/s sau khi biện pháp bảo trì được áp dụng. Có thể 
thấy hệ số thấm của mẫu BTXMRTN giảm 35% so với hệ số thấm ban đầu ở chu kỳ 
đầu tiên. Sau khi hoàn thành chu kỳ thứ 2 và thứ 3, hệ số thấm lần lượt là 0,65 và 
0,68mm/s. Các giá trị này lần lượt đạt 38% và 40% so với hệ số thấm ban đầu. Kết quả 
thí nghiệm cho thấy phương pháp làm sạch hút chân không và tưới nước áp lực cao có 
hiệu quả trong việc duy trì và phục hồi độ thấm của BTXMRTN. Kết quả tương tự 
cũng được quan sát trong [1,11]. Tuy nhiên, các thí nghiệm và nghiên cứu sâu hơn là 
cần thiết nhằm đánh giá chính xác ảnh hưởng và hiệu quả của biện pháp bảo trì đến 
tính thấm của BTXMRTN. 
Bảng 3. Sự thay đổi hệ số thấm theo quá trình tích lũy vật liệu cát gây tắc nghẽn và 
ảnh hưởng của biện pháp bảo trì. 
Chu kỳ thí nghiệm 
Số lần tích lũy (rải) cát trên bề mặt mẫu 
1 2 3 4 5 
Chu kỳ thứ 1 
Hệ số thấm (mm/s) 1,72 1,42 1,21 0,93 0,77 
Tỷ lệ (%) 100 83 70 54 45 
Chu kỳ thứ 2 
Hệ số thấm (mm/s) 1,11 0,93 0,83 0,73 0,65 
Tỷ lệ (%) 65 54 48 42 38 
Chu kỳ thứ 3 
Hệ số thấm (mm/s) 0,98 0,81 0,78 0,72 0,68 
Tỷ lệ (%) 57 47 45 42 40 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-570- 
3.7 Đề xuất phương pháp bảo trì đảm bảo tính thấm theo yêu cầu cho các kết 
cấu mặt phủ đô thị sử dụng BTXMRTN 
Mục tiêu chính của việc bảo trì là ngăn chặn kết cấu mặt phủ bê tông rỗng không 
bị tắc nghẽn bởi các loại hạt mịn. Vì vậy, để đảm bảo tính thấm như ban đầu thì kết 
cấu phải được làm sạch thường xuyên và được phục hồi khi bị tắc nghẽn. 
Đối với lớp phủ bề mặt sử dụng BTXMRTN có thể chia ra các cấp độ bảo trì như 
sau: 
1/ Bảo trì định kỳ: kiểm tra định kỳ hàng tháng đối với lớp bề mặt bằng trực quan 
và đảm bảo bề mặt kết cấu là sạch, thoát nước tốt giữa các trận mưa. Tại những vị trí 
bị đọng tạo thành vũng nước thì đó là dấu hiệu cho thấy bề mặt phủ đã đến lúc phải 
được làm sạch. Việc vệ sinh bảo dưỡng định kỳ sẽ được thực hiện bằng máy hút bụi 
hoặc máy quét chân không với chu kỳ bảo dưỡng thường 6 tháng/1lần. Nếu bề mặt vỉa 
hè đã bị tắc nghẽn đến nỗi việc quét chân không không thể khôi phục được tính thấm 
thì có thể cần xử lý ở mức độ cao hơn. Khi đó, có thể áp dụng kỹ thuật rửa bề mặt bê 
tông rỗng bằng nước sạch với áp suất thấp, sau đó là dùng máy hút bụi. Trong một số 
trường hợp, sự phát triển của rêu cũng là một vấn đề. Khi đó, có thể sử dụng Baking 
Soda rắc lên bề mặt, sau đó sử dụng máy hút bụi trong khoảng vài tuần. Cũng có thể 
làm chậm sự phát triển của rêu hoặc loại bỏ rêu bằng nước vôi. Tuy nhiên, khi sử dụng 
các hóa chất này ở những khu vực nền đất có khả năng thấm tốt thì phải đánh giá tác 
động của chúng đối với chất lượng nước ngầm. 
2/ Bảo trì đột xuất: đối với những khu vực không được bảo trì và làm sạch định 
kỳ thì kết cấu bê tông rỗng dễ bị tắc nghẽn bởi các hạt cặn theo thời gian. Thông 
thường tốc độ thấm trung bình bị giảm 25% so với giá trị ban đầu [12]. Trong trường 
hợp này, cách bảo trì tốt nhất là kết hợp giữa kỹ thuật rửa bề mặt bằng áp lực nước (áp 
suất 860 kPa đến 3,450 kPa) và hút bụi đồng thời. Tuy nhiên, tránh rửa bề mặt với áp 
lực nước quá cao vì sẽ làm giảm sự kết dính của xi măng và cốt liệu, gây bong bật vật 
liệu của kết cấu mặt phủ. Mặt khác, áp suất của nước rửa bề mặt cao có thể đẩy các hạt 
cặn đi sâu vào trong các tầng lớp vật liệu tiếp theo nằm phía dưới lớp bê tông rỗng. 
4. KẾT LUẬN 
Để áp dụng giải pháp thoát nước mặt bền vững trong các đô thị, nhóm tác giả đã 
thực hiện nghiên cứu chế tạo loại bê tông xi măng rỗng có khả năng thấm nước cao 
thay thế cho lớp mặt phủ bê tông xi măng truyền thống (bê tông chặt, độ rỗng nhỏ). 
Trên cơ sở phân tích các kết quả trong phòng thí nghiệm về đánh giá ảnh hưởng 
của đất cát gây tắc nghẽn lỗ rỗng và hiệu quả của biện pháp bảo trì đến tính thấm của 
BTXMRTN, có thể kết luận rằng hệ số thấm nước của bê tông xi măng rỗng được 
phục hồi với tỷ lệ nhất định sau khi khả năng thấm giảm và sau đó được làm sạch bằng 
máy hút bụi chân không và phun nước áp lực cao. Tuy nhiên, việc khôi phục hoàn toàn 
hệ số thấm ban đầu là rất khó khăn. Do đó, cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu và phát 
triển thêm. Ngoài ra, các biện pháp bảo trì được đề xuất nhằm đảm bảo tính thấm theo 
yêu cầu cho các kết cấu mặt phủ đô thị đáp ứng thoát nước mặt bền vững. 
Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải 
-571- 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Alalea Kia, Hong S. Wong, Christopher R. Cheeseman, Clogging in permeable 
concrete : A review, Journal of Environmental Management, 193 (2017) 221-233. 
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.02.018. 
[2]. Avishreshth Singh, Prasanna Venkatesh Sampath, Krishna Prapoorna Biligiri, A 
review of sustainable pervious concrete systems : Emphasis on clogging, material 
characterization, and environmental aspects, Construction and Building Materials, 261 
(2020). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120491. 
[3]. P. Chindaprasirt, S. Hatanaka, T. Chareerat, et al., Cement paste characteristics 
and porous concrete properties, Constr. Build. Mater. 22 (5) (2008) 894–901. 
[4]. Wuguang Lin, Dae-Geun Park, Sung Woo Ryu, Byeong-Tae Lee, Yoon-Ho Cho, 
Development of permeability test method for porous concrete block pavement 
materials considering clogging, Construct. Build. Mater. 118 (2016) 20–26. 
[5]. Na Zhang, Experimental Investigation on Clogging Mechanism of Pervious 
Concrete, Shandong University, 2014. 
[6]. Liv M. Haselbach, Potential for clay clogging of pervious concrete under extreme 
conditions, J. Hydrol. Eng. 15 (1) (2010). 
[7]. Jiayi Yuan, Xudong Chen, Saisai Liu, Shengtao Li, Nan Shen, Effect of water 
head, gradation of clogging agent, and horizontal flow velocity on the clogging 
characteristics of pervious concrete, J. Mater. Civil Eng. 30 (9) (2018). 
[8]. Michael F. Hein, Mark Dougherty, Turner Hobbs, Cleaning methods for pervious 
concrete pavements, Int. J. Construct. Educ. Res. 9 (2) (2013). 
[9]. ACI 522R-10, Report on Pervious Concrete, American Concrete Institute, 2010. 
[10]. Mohammed Sonebi, Mohamed Bassuoni, Ammar Yahia, Pervious Concrete : 
Mix Design, Properties and Applications, RILEM Technical Letters 1 (2016) 109–115. 
[11]. Michael F. Hein, Mark Dougherty, Turner Hobbs, Cleaning methods for pervious 
concrete pavements, Int. J. Construct. Educ. Res. 9 (2) (2013). 
[12]. National Ready Mixed Concrete Association, Pervious Concrete Pavement 
Maintenance and Operations Guide, 2006.