Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng nhựa đến một số chỉ tiêu của bê tông nhựa,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN THỊ TRÀ GIANG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG NHỰA ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CỦA BÊ TÔNG NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ : 60-58-30 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VIỆT HƯNG Thành Phố Hồ Chí Minh – 2013 Trang MỤC LỤC MỤC LỤC Phụ Lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị .10 PHẦN MỞ ĐẦU .12 Tính cấp thiết đề tài 12 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 12 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 13 Phương pháp nghiên cứu 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỰA ĐƯỜNG 14 1.1 Khái niệm phân loại 14 1.1.1 Khái niệm 14 1.1.2 Phân loại 14 1.2 Các tính chất bitum 14 1.2.1 Tính quánh 14 1.2.2 Tính dẻo 15 1.2.3 Tính ổn định nhiệt 15 1.2.4 Tính hóa già 17 1.2.5 Tính ổn định đun nóng 17 1.2.6 Nhiệt độ bốc cháy 17 1.2.7 Tính bám dính 18 1.3 Sự hóa cứng bitum 19 1.4 Các yêu cầu kỹ thuật bitum xây dựng đường 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 21 Trang 2.1 Khái niệm phân loại 21 2.1.1 Khái niệm 21 2.1.2 Phân loại 21 2.2 Vật liệu để chế tạo bê tông nhựa 22 2.2.1 Đá dăm: 22 2.2.2 Cát 24 2.2.3 Bột khoáng 24 2.2.4 Nhựa đường 25 2.3 Các đại lượng đặc trưng cho tính chất bê tông nhựa 26 2.3.1 Cường độ 26 2.3.1.1 Cường độ chịu nén 26 2.3.1.2 Cường độ chịu kéo 26 2.3.2 Tính biến dạng 27 2.3.3 Độ mài mòn 29 2.3.4 Tính ổn định nước 29 2.3.5 Độ rỗng bê tông nhựa 29 2.4 Thiết kế thành phần cấp phối: 29 2.4.1 Mục đích 29 2.4.2 Thiết kế tỷ lệ phối trộn cốt liệu 29 2.4.3 Xác định cấp nhựa bitum 30 2.4.4 Lựa chọn thành phần vật liệu khống để chế tạo bê tơng nhựa 30 2.4.5 Phương pháp thực nghiệm chế tạo bê tơng nhựa nóng 32 2.4.5.1 Sấy nung vật liệu khoáng 32 2.4.5.2 Nấu bitum 33 2.4.5.3 Cân đong vật liệu khoáng bitum 33 2.4.5.4 Trộn hỗn hợp vật liệu 33 2.5 Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 34 Trang 2.5.1 Các phương pháp thí nghiệm đá 34 2.5.1.1 Hàm lượng bụi, bùn, sét 34 2.5.1.2 Xác định khối lượng riêng 31 2.5.1.3 Xác định khối lượng thể tích xốp 35 2.5.2 Các phương pháp thí nghiệm cát 36 2.5.2.1 Hàm lượng bụi, bùn, sét 36 2.5.2.2 Xác định khối lượng riêng 37 2.5.2.3 Xác định khối lượng thể tích xốp 38 2.5.3 Các phương pháp thí nghiệm bột khoáng 38 2.5.3.1 Độ ẩm bột khoáng 38 2.5.3.2 Khối lượng riêng bột khoáng 39 2.5.3.3 Khối lượng riêng hỗn hợp bột khoáng nhựa 40 2.5.3.4 Khối lượng thể tích độ rỗng bột khống áp lực 400kg/cm 40 2.5.3.5 Chỉ số hàm lượng nhựa bột khoáng 41 2.5.3.6 Khối lượng thể tích, độ rỗng dư hỗn hợp bột khoáng nhựa đường 43 2.5.3.7 Xác định độ trương nở thể tích hỗn hợp bột khống nhựa đường 44 2.5.4 Các phương pháp thí nghiệm nhựa 45 2.5.4.1 Xác định độ kim lún (t = 250C) 45 2.5.4.2 Xác định độ kéo dài (t = 25 0C) 46 2.5.4.3 Nhiệt độ hóa mềm nhựa 46 2.5.4.4 Nhiệt độ bắt lửa 47 2.5.4.5 Lượng tổn thất sau đun nhựa 5h t = 1630C 48 2.5.4.6 Độ kim lún sau nung t = 1630C sau 5h 49 2.5.4.7 Lượng hòa tan dung môi trichloroethylene 49 Trang 2.5.4.8 Khối lượng riêng 250C 50 2.5.4.9 Độ dính bám với đá 51 2.5.5 Các phương pháp thí nghiệm bê tơng nhựa 53 2.5.5.1 Khối lượng thể tích bê tông nhựa 53 2.5.5.2 Độ rỗng cốt liệu độ rỗng dư hỗn hợp bê tông nhựa trạng thái đầm chặt 53 2.5.5.3 Độ bền độ dẻo bê tông nhựa theo phương pháp Marshall 55 2.5.5.4 Mô đun đàn hồi 57 2.5.5.5 Cường độ ép chẻ 59 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM 61 3.1 Thí nghiệm loại vật liệu để chế tạo bê tông nhựa 61 3.1.1 Kết thí nghiệm loại đá dăm dùng đề tài 61 3.1.2 Kết thí nghiệm cát dùng đề tài 64 3.1.3 Kết thí nghiệm bột khoáng dùng đề tài 65 3.1.4 Kết thí nghiệm nhựa đường dùng đề tài 67 3.2 Thiết kế mẫu bê tơng nhựa để thí nghiệm 67 3.3 Tiến hành đúc mẫu theo hàm lượng nhựa 69 3.3.1 Sấy nung vật liệu khoáng 69 3.3.2 Nấu bitum 70 3.3.3 Cân đong vật liệu khoáng bitum 71 3.3.4 Trộn hỗn hợp vật liệu 71 3.4 Tiến hành thí nghiệm 73 3.4.1 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích 73 3.4.2 Xác định độ rỗng dư 74 3.4.3 Thí nghiệm xác định độ bền Marshall 74 3.4.4 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ 75 Trang 3.4.5 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi vật liệu 76 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 78 4.1 Kết thí nghiệm 78 4.2 Phân tích kết 78 4.2.1 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích 78 4.2.2 Xác định độ rỗng dư 79 4.2.3 Thí nghiệm xác định độ bền Marshall 81 4.2.4 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ 82 4.2.5 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi vật liệu 83 4.2.6 Mối quan hệ tiêu lý bê tông nhựa 86 4.2.6.1 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến độ bền Marshall 87 4.2.6.2 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến mô đun đàn hồi 89 4.2.6.3 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến cường độ ép chẻ 90 4.2.6.4 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến khối lượng thể tích 92 4.2.6.5 Ảnh hưởng khối lượng thể tích đến độ bền Marshall 94 4.2.6.6 Ảnh hưởng khối lượng thể tích đến mô đun đàn hồi 96 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 5.1 Kết luận 99 5.2 Hạn chế luận văn 100 5.3 Hướng phát triển nghiên cứu 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 Trang PHỤ LỤC Phụ lục : Kết thí nghiệm đá 1x2 102 Phụ lục : Kết thí nghiệm đá mi sàng 104 Phụ lục : Kết thí nghiệm đá mi bụi 106 Phụ lục : Kết thí nghiệm cát 108 Phụ lục : Kết thí nghiệm bột khống 110 Phụ lục : Kết thí nghiệm nhựa đường 115 Phụ lục : Kết phân tích thành phần hạt 117 Phụ lục : Kết thí nghiệm theo phương pháp Marshall 119 Phụ lục : Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ 122 Phụ lục 10 : Kết thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu 124 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTNC: Bê tông nhựa chặt BTNR: Bê tông nhựa rỗng GTVT : Giao thông vận tải TLTS: Trọng lượng sàng TLLS : Trọng lượng lọt sàng TPK : Thiên phân kế Trang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bitum, yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử theo TCVN 7493:2005 20 Bảng 2.1 Các tiêu lý quy định cho đá dăm 23 Bảng 2.2 Các tiêu lý quy định cho cát 24 Bảng 2.3 Các tiêu lý quy định cho bột khoáng 25 Bảng 2.4 Thành phần hạt hỗn hợp bê tơng nhựa nóng 31 Bảng 2.5 Hệ số hiệu chỉnh độ ổn định Marshall 57 Bảng 3.1 Kết phân tích sàng đá 1x2cm 62 Bảng 3.2 Kết phân tích sàng đá mi sàng 63 Bảng 3.3 Kết phân tích sàng đá mi bụi 64 Bảng 3.4 Kết phân tích sàng cát 65 Bảng 3.5 Kết phân tích sàng bột khống 66 Bảng 3.6 Tỷ lệ phối trộn cốt liệu 68 Bảng 4.1 Khối lượng thể tích với hàm lượng nhựa khác 78 Bảng 4.2 Độ rỗng dư với hàm lượng nhựa khác 80 Bảng 4.3 Độ bền Marshall với hàm lượng nhựa khác 81 Bảng 4.4 Cường độ ép chẻ với hàm lượng nhựa khác 82 Bảng 4.5 Mô đun đàn hồi với hàm lượng nhựa khác 83 Bảng 4.6 Số liệu thí nghiệm độ rỗng dư theo hàm lượng nhựa 85 Bảng 4.7 Bảng phân tích phương sai cho bảng số liệu 4.6 85 Bảng 4.8 Độ lệch chuẩn hệ số biên thiên độ rỗng dư 86 Bảng 4.9 Độ lệch chuẩn hệ số biên thiên khối lượng thể tích 86 Bảng 4.10 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến độ bền Marshall 87 Bảng 4.11 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến mô đun đàn hồi 89 Bảng 4.12 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến cường độ ép chẻ 91 Bảng 4.13 Ảnh hưởng độ rỗng dư đến khối lượng thể tích 93 Trang Bảng 4.14 Ảnh hưởng khối lượng thể tích đến độ bền Marshall 95 Bảng 4.15 Ảnh hưởng khối lượng thể tích đến mơ đun đàn hồi 97 Trang 112 Khối lượng riêng hỗn hợp khoáng chất nhựa đường : Hàm Số lần thí nghiệm Hàm lượng bột lượng khoáng nhựa hỗn hợp hỗn hợp G1 (g) G2 (g) 90 14 Khối Khối Khối lượng lượng lượng riêng riêng nhựa bột khoáng đường riêng hỗn hợp HH K n 2.699 Ghi 1.028 2.215 Khối lượng thể tích độ rỗng bột khống nén áp lực 400 kG/cm2 Khối Số lần thí nghiệm lượng bột khống sau nén Khối Thể tích lượng thể tích khn (cm3) (g) Độ rỗng VK/K bột khoáng bột Ghi khoáng Vr (%) VK (g/cm3) 197.6 99.35 1.989 0.737 26.313 197.7 99.35 1.990 0.737 26.276 197.9 99.35 1.992 0.738 26.201 1.990 (g/cm3) - Khối lượng thể tích bột khống : VK - Độ rỗng trung bình bột khống: Vr = = 26.263 (%) Trang 113 Hàm lượng nhựa bột khoáng: Khối Số lần lượng thí nghiệm dầu AK (g) Khối lượng bột khoáng Hàm lượng nhựa Ghi Q nh (g/100cm3) (g) 15 64.53 64.53 15 64.46 62.81 15 64.37 62.90 Hàm lượng nhựa bột khoáng : 62.82 (g/100cm3) Qnh = Khối lượng thể tích, độ rỗng dư hỗm hợp bột khoáng nhựa đường Khối lượng nén áp lực 100 kg/cm2 % Trọng lượng nhựa hỗn hợp Bột khoáng Nhựa Khối lượng mẫu chưa bão hịa trong khơng nước khí G2 G1 (g) (g) Khối Khối Độ lượng rỗng thể tích dư VHH RHH (g/cm3) (%) (g/cm3) lượng riêng hỗn hợp HH 12 264 36 28.45 15.16 2.141 5.218 2.259 12 264 36 28.41 15.11 2.136 5.422 2.259 12 264 36 28.46 15.16 2.140 5.256 2.259 13 261 39 27.76 14.82 2.145 3.723 2.228 13 261 39 27.79 14.83 2.144 3.768 2.228 13 261 39 27.83 14.85 2.144 3.778 2.228 Trang 114 14 258 42 27.82 14.87 2.148 2.296 2.199 14 258 42 27.79 14.86 2.149 2.250 2.199 14 258 42 27.91 14.92 2.149 2.282 2.199 15 255 45 27.18 14.44 2.133 1.685 2.170 15 255 45 27.22 14.46 2.133 1.695 2.170 15 255 45 27.20 14.45 2.133 1.690 2.170 Độ tương nở thể tích hỗn hợp bột khoáng nhựa đường: Khối lượng mẫu Số lần Chưa bão hịa Độ Đã bão hịa trương thí Trong khơng Trong Trong Trong nở nghiệm khí nước khơng khí nước thể tích G1 (g) G2 (g) G3 (g) G4 (g) H (%) 27.82 14.87 28.74 15.61 1.390 27.79 14.86 28.75 15.65 1.315 27.91 14.92 28.91 15.75 1.309 Độ trương nở thể tích : H = 1.34 Ghi Trang 115 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NHỰA ĐƯỜNG Kết STT Tên tiêu Đơn thí nghiệm vị chuẩn Mẫu thí Tiêu Thí nghiệm nghiệm Trung bình ngành Ghi 22 Chú TCN 279-01 Độ kim lún 25˚C Độ kéo dài 25˚C, 5cm/phút Nhiệt độ hóa mềm Nhiệt độ bắt lửa 0.1mm cm ˚C ˚C Độ kim lún 25˚C sau nung 163˚C 0.1mm Tỷ lệ độ kim lún nhựa sau đun 163˚C so với đọ kim lún 25˚C % 68 67 69 >130 >130 >130 48.5 49.0 340 349 345 59 59 59 86.76 88.06 85.51 68 >130 48.8 345 60 - 70 100 46 - 55 230 59.0 86.78 75 Trang 116 Lượng tổn thất sau đun 163 ˚C % Lượng hịa tan dung mơi % Trichloroethylene(C2CL4) 10 Khối lượng riêng 250C Độ dính bám với đá g/cm3 cấp 0.075 0.081 0.079 99.67 99.73 1.029 1.029 1.028 IV IV IV 0.078 99.700 1.029 IV max 0.5 99.0 1.00 1.05 ≥ cấp III Trang 117 PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT CỦA CỐT LIỆU ĐÁ, CÁT, BỘT KHỐNG Đá 10×20mm Kích thước mắc sàng TLTS tích lũy Đá mi sàng % % TLTS TLLS tích tích lũy lũy (%) (%) TLTS tích lũy (g) Đá mi bụi % % TLTS TLLS tích tích lũy lũy (%) (%) TLTS tích lũy (g) % TLTS tích lũy Bột khống Cát vàng % TLTS TLLS tích tích lũy lũy (%) (g) % % TLTS TLLS tích tích lũy lũy (%) (%) TLTS tích lũy TLTS tích lũy % TLLS tích lũy ( mm ) (g) 19.0 0 100 0 100 0 100 12.5 3305 48.40 51.60 320 9.65 90.35 47 1.70 98.30 9.5 6452 94.48 5.52 1027 30.98 69.02 467 16.87 83.13 0.00 100 4.75 6807 99.68 0.32 2338 70.53 29.47 1616 58.41 41.59 313 12.52 87.48 2.36 6828 99.99 0.01 3114 93.94 6.06 2201 79.56 20.44 412 16.46 83.54 1.18 6829 100 0.00 3143 94.81 5.19 2407 87.00 13.00 667 26.65 73.35 0.32 99.68 0.6 6829 100 0.00 3196 96.41 3.59 2573 93.00 7.00 1133 45.31 54.69 156.0 12.56 87.44 0.3 6829 100 0.00 3220 97.13 2.87 2602 94.07 5.93 1637 65.46 34.54 342.5 27.58 72.42 0.15 6829 100 0.00 3253 98.13 1.87 2616 94.56 5.44 2180 87.16 12.84 554.5 44.65 55.35 (%) (g) % 4.0 (%) (%) Trang 118 0.075 6829 100 0.00 3288 99.19 0.81 2619 94.69 5.31 2280 91.15 8.85 985.0 79.31 20.69