Nghiên cứu ứng dụng của xỉ thép làm cốt liệu trong 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 - - TẠ THỊ HUỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU TRONG BÊ TÔNG NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thành Phố Hồ Chí Minh - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - TẠ THỊ HUỆ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU TRONG BÊ TÔNG NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ : 60 – 58 – 02 – 05 – 01 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG Thành Phố Hồ Chí Minh - 2014 LỜI CÁM ƠN Trước hết em xin chân thành cám ơn q Thầy, Cơ tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt khóa học lớp Cao học Xây dựng đường ôtô thành phố _ K20, Trường Đại học Giao thông vận tải – Cơ sở II, Thành phố Hồ Chí Minh Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Văn Hùng – Thầy ThS.Nguyễn Văn Du Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thơng Vận tải - Cơ sở tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn, giúp em hiểu rõ mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu từ có định hướng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu đắn để thực tôt nội dung đề tài luận văn Thạc sĩ Em xin chân thành cám ơn lãnh đạo nhà trường, Thầy cô khoa đào tạo sau đại học Trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ em học tập thực luận văn Em xin chân thành cám ơn anh , chị làm việc trung tâm Đào tạo thực hành chuyển giao công nghệ Trường Đại học Giao thông Vận tải - Cơ sở Các bạn sinh viên em làm thí nghiệm suốt thời gian làm luận văn thạc sĩ Tuy nhiên kiến thức điều kiện vật chất hạn chế nên em gặp khó khăn định Rất mong đóng góp ý kiến thầy, để em học tập, tiếp thu thêm nhiều kiến thức TP, Hồ Chí Minh, Tháng năm 2014 Tạ Thị Huệ TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Giáo viên hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Tạ Thị Huệ Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1987 Nơi sinh: Khoái Châu – Hưng Yên Quê quán: Khoái Châu – Hưng Yên Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác: Giảng viên Bộ môn – Trường ĐH GTVT sở II Địa liên lạc: Đường – Khu Phố – Tăng Nhơn Phú B – Quận – TP,HCM Điện thoại di động: 098.82.81.855 Điện thoại nhà riêng: E-mail: huevip113@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đào tạo đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: năm (20052010) Nơi học: Trường ĐH GTVT sở II - Tăng Nhơn Phú A – Quận – TP,HCM Ngành học: Cơng trình giao thơng cơng mơi trường Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Đồ án tốt nghiệp chun nghành “Cơng trình giao thơng cơng mơi trường” Người hướng dẫn: Ths Trần Quang Vượng Bằng tốt nghiệp loại: Giỏi Đào tạo trình độ thạc sĩ: Điểm trung bình mơn học: Tên đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng xỉ thép làm cốt liệu Bê tông nhựa” Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng Trình độ ngoại ngữ: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 2010 đến 2014 Nơi công tác Trường ĐH GTVT sở II – 450 Lê Văn Việt - Tăng Nhơn Phú A – Quận – TP,HCM Công việc đảm nhiệm - Giảng dạy … IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ: … … Ngày 15 tháng 04 năm 2014 Người khai ký tên DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT MVa – Khối lượng thể tích biểu kiến mẫu cách đo hình học (g/cm3) MVA - Khối lượng thể tích biểu kiến mẫu cân thủy tĩnh (g/cm3) ρr - Khối lượng thể tích thực tế cốt liệu (g/cm3) MVR - Khối lượng thể tích thực tế hỗn hợp Hydrocacbon (g/cm3) v – Tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng t – Nhiệt độ thí nghiệm o C m – Khối lượng mẫu đối chứng với chiều cao lý thuyết 63,5mm,( g) m i – Khối lượng mẫu, (g) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng thành phần hóa xỉ thép (TFHRC) [1] .17 Bảng 2.2 Bảng thông tin thành phần chất nguy hại [1] .17 Bảng 2.3 Tính chất vật lý xỉ thép (TFHRC nhận năm2008) [1] 18 Bảng 2.4 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm tiêu lý xỉ thép số nghiên cứu nước giới[10] 24 Bảng 2.5 Hằng số C liên quan đến sai sót loại I II [15] 27 Bảng 3.1 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC)[12] .38 Bảng 3.2 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa rỗng (BTNR)[12] 39 Bảng 3.3 Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC)[12] .40 Bảng 3.4 Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa rỗng (BTNR)[12] 41 Bảng 3.5 Các tiêu lý quy định cho đá dăm[12] .43 Bảng 3.6 Các tiêu lý quy định cho cát 44 Bảng 3.7 Các tiêu lý quy định cho bột khoáng[12] .45 Bảng 3.8 Các tiêu chất lượng bitum 49 Bảng 4.1 Bảng thành phần cấp phối bê tơng nhựa nóng 59 Bảng 4.2 Các tiêu lý quy định cho đá dăm [12] 63 Bảng 4.3 Bảng tổng hợp kết qủa thí nghiệm chất lượng đá [17] 64 Bảng 4.4 Bảng kết thí nghiệm Marshall Bê tơng nhựa cốt liệu xỉ với cấp phối miền 70 Bảng 4.5 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm Marshall với cấp phối miền .71 Bảng 4.6 Bảng kết tính chất lý bê tơng nhựa theo thí nghiệm Marshall với hàm lượng nhựa tối ưu cấp phối miền .72 Bảng 4.7 Các tiêu kỹ thuật bê tông nhựa cốt liệu xỉ cấp phối miền so với yêu cầu kỹ thuật bê tông nhựa chặt (BTNC) 72 Bảng 4.8 Bảng kết thí nghiệm Marshall Bê tông nhựa cốt liệu xỉ với cấp phối miền 73 Bảng 4.9 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm Marshall với cấp phối miền .74 Bảng 4.10: Bảng kết tính chất lý bê tơng nhựa theo thí nghiệm Marshall với hàm lượng nhựa tối ưu cấp phối miền .75 Bảng 4.11: Các tiêu kỹ thuật bê tông nhựa cốt liệu xỉ cấp phối miền so với yêu cầu kỹ thuật bê tông nhựa chặt (BTNC) 75 Bảng 4.12: Bảng kết thí nghiệm Marshall Bê tông nhựa cốt liệu xỉ với cấp phối miền 76 Bảng 4.13: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm Marshall với cấp phối miền 77 Bảng 4.14: Bảng kết tính chất lý bê tơng nhựa theo thí nghiệm Marshall với hàm lượng nhựa tối ưu cấp phối miền 78 Bảng 4.15: Các tiêu kỹ thuật bê tông nhựa cốt liệu xỉ so cấp phối miền với yêu cầu kỹ thuật bê tông nhựa chặt (BTNC) 78 Bảng 4.16: Bảng kết thí nghiệm Marshall Bê tơng nhựa cốt liệu đá với cấp phối miền .79 Bảng 4.17: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm Marshall với cấp phối miền 80 Bảng 4.18: Bảng kết tính chất lý bê tơng nhựa theo thí nghiệm Marshall với hàm lượng nhựa tối ưu cấp phối miền 81 Bảng 4.19: Các tiêu kỹ thuật bê tông nhựa cốt liệu đá cấp phối miền so với yêu cầu kỹ thuật bê tông nhựa chặt (BTNC) 81 Bảng 4.20: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm Marshall có thay đổi hàm lượng cốt liệu đá xỉ 82 Bảng 4.21: Bảng tổng hợp kết độ ổn định Marshall có thay đổi hàm lượng cốt liệu đá xỉ 83 Bảng 4.22: Bảng tổng hợp kết độ dẻo Marshall có thay đổi hàm lượng cốt liệu đá xỉ 83 Bảng 4.23: Bảng giá tiền cốt liệu làm bê tông nhựa 85 Bảng 4.24: Bảng giá cước phí vận chuyển đến cơng trình 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Quá trình hình thành xỉ thép……………………………………… ………7 Hình 1.2: Nguyên nhiên liệu sử dụng phát thải mơi trườngcủa ngành sản xuất thép lị điện Hình 1.3: Núi xỉ thép – Cửa ngõ vào thành phố Pittsburgh – Mỹ Hình 1.4: Khu nhà cao cấp Summerset xây dựng núi xỉ thép Hình 1.5: Tồn cảnh khu bất động sản cao cấp Summerset xây dựng núi xỉ thép10 Hình 1.6: Gạch bê tông rỗng 14 Hình 1.7: Sản xuất gạch không nung .15 Hình 1.8: Đường tạm dẫn vào cảng POSCO 16 Hình 1.9: Cơng trình nhà máy sản xuất nhơm định hình tồn cầu 16 Hình 1.10: Cơng trình nhà xưởng Ba ConCò .16 Hình 1.11: Nhà máy sản xuất thép đặc biệt POSCO SS – VINA 16 Hình 2.1: Bãi chứa xỉ thép 18 Hinh 3.1: Sơ đồ cấu trúc bitum dạng “SOL” ………………………………… 47 Hinh 3.2: R-Chuỗi Aliphatic, napthenic cacbon thơm ……………………….48 Hình 3.3:Sơ đồ cấu trúc bitum dạng “GEL” ………………………………… 48 Hình 4.1: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền ………………………60 Hình 4.2: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền Trên ………………………60 Hình 4.3: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền ………………………61 Hình 4.4: Cối đầm Bê tơng nhựa nóng ……………………………………………66 Hình 4.5: chày đầm Bê tơng nhựa nóng ………………………………………… 67 Hình 4.6: Khn chứa mẫu Bê tơng nhựa để làm thí nghiệm Marshall ……………67 Hình 4.7: Máy nén Marshall ………………………………………………………68 Hình 4.8: Biểu đồ thể độ ổn định Marshall tương ứng với hàm lượng nhựa tối ưu …………………………………………………………………………… 84 Hình 4.9: Biểu đồ thể độ dẻo Marshall tương ứng với hàm lượng nhựa tối ưu ……………………………………………………………………………84 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Tạ Thị Huệ 55 - Tiến hành thí nghiệm xác định độ ổn định độ dẻo với tổ mẫu BTN ứng với giá trị hàm lượng nhựa khác chọn, tổ mẫu - Tiến hành trộn, gia nhiệt, đầm nén hỗn hợp khuôn Marshall Gia nhiệt cho mẫu đến nhiệt độ thí nghiệm 60 ±10C cách ngâm bồn nước ổn nhiệt thời gian 40 ±1 phút Lau mặt khuôn nén Vớt mẫu khỏi bồn nước ổn nhiệt nhanh chóng đặt vào khn nén, đưa khn nén vào vị trí thí nghiệm máy nén, gá đồng hồ đo độ dẻo điều chỉnh kim đồng hồ - Gia tải cho mẫu quan sát đồng hồ đo lực, đồng hồ đo biến dạng mẫu Khi đồng hồ đo lực đạt giá trị lớn (và bắt đầu có xu hướng giảm) ghi lại số đọc đồng hồ đo lực đồng thời ghi lại số đọc đồng hồ đo biến dạng - Thời gian thử nghiệm từ lấy mẫu BTN khỏi bồn ổn nhiệt đến xác định giá trị lực nén lớn không vượt 30 s - Hiệu chỉnh kết thí nghiệm độ ổn định với mẫu có chiều cao khác với chiều cao mẫu chuẩn (63,5 mm với phương pháp Marshall thông thường 95,2 mm với phương pháp Marshall cải tiến) cách áp dụng hệ số hiệu chỉnh (TCVN 8860-1: 2011) - Tính độ dẻo trung bình tổ mẫu ứng với hàm lượng nhựa tính độ ổn định trung bình sau hiệu chỉnh tổ mẫu c Xác định hàm lượng bi tum tối ưu: Thông qua biểu đồ thiết lập biểu thị quan hệ hàm lượng bitum với: độ rỗng dư, độ rỗng lấp đầy bitum, độ ổn định, độ dẻo (tính trung bình cho mẫu) Đối chiếu với quy định để tìm khoảng hàm lượng bitum thoả mãn tiêu Sau xác định miền hàm lượng bitum thoả mãn tất tiêu lựa chọn giá trị hàm lượng bitum khoảng đó, hàm lượng bitum tối ưu Giá trị hàm lượng bitum tối ưu lấy trung bình cộng giá trị hàm lượng bitum thoả mãn tiêu 3.4.2.4.Lựa chọn thiết kế cuối Hỗn hợp asphalt cuối lựa chọn (với hàm lượng bitum tối ưu) thường hỗn hợp kinh tế thoả mãn tất yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên, hỗn hợp bê 56 tông nhựa thiết kế để thoả mãn tối ưu đặc tính đặc biệt Những hỗn hợp có độ ổn định Marshall cao cách khơng bình thường cần xem xét mặt đường sử dụng loại hỗn hợp thường bền nứt sớm tác dụng lưu lượng xe lớn Tình đặc biệt nghiêm trọng nơi mà vật liệu lớp móng (base) đất (sugrade) bên mặt đường yếu gây độ võng mặt đường cao tác dụng phương tiện giao thông Hàm lượng bitum thiết kế chọn cho thoả mãn tất đặc tính hỗn hợp Việc lựa chọn hàm lượng bitum thiết kế hiệu chỉnh phạm vi hẹp để đảm bảo cho hỗn hợp có đặc tính phù hợp với yêu cầu kỹ thuật dự án Các đặc tính khác có u cầu kỹ thuật khác trường hợp khác nhau, phụ thuộc vào giao thông, kết cấu, khí hậu, thiết bị thi cơng nhân tố khác Do đó, q trình hiệu chỉnh không giống mặt đường hỗn hợp Sau số vấn đề cần phải xem xét truớc thức hố hàm lượng nhựa thiết kế cuối cùng: - Ảnh hưởng độ rỗng cốt liệu Nên tránh hàm lượng bitum nằm phía tăng bên phải đường cong VMA mà nên chọn điểm lân cận phía trái điểm thấp đường cong để tránh xu hướng chảy bitum thừa làm giảm tiếp xúc cốt liệu trí gây vệt bánh xe bị dồn đống Tuy nhiên lựa chọn lùi phía trái hỗn hợp q khơ sẩy tượng phân tầng độ rỗng dư cao - Ảnh hưởng độ rỗng dư độ rỗng dư từ 3–6% phạm vi thích hợp lựa chọn theo kinh nghiệm nhiều năm Phạm vi độ rỗng dư thường đạt thiết kế khoảng 4% độ rỗng dư ngồi cơng trường sau thi công xong khoảng 8% Nếu độ rỗng dư cuối nhỏ 3% mặt đường bị lún bị dồn đống Nếu độ rỗng dư cuối lớn 5% phịng thí nghiệm lớn 8% ngồi cơng trường xuất giịn, nứt sớm, bong bật, trượt Nên lựa chọn hàm lượng bitum phù hợp với phạm vi xấp xỉ phía trái phạm vi trung bình cho phép 57 - Ảnh hưởng độ rỗng hỗn hợp cốt liệu (VMA) Yêu cầu kỹ thuật VMA giúp người thiết kế tránh hỗn hợp có giá trị VMA nằm phạm vi biên cho phép VMA hạn chế độ rỗng dư cho phép hỗn hợp - Ảnh hưởng độ rỗng lấp đầy bitum (VFA) Tác dụng tiêu VFA giới hạn trị số lớn VFA hàm lượng bitum, tránh hỗn hợp dễ bị lún tác dụng giao thông nặng - Ảnh hưởng mức độ đầm nén: hàm lượng bitum, độ rỗng dư độ rỗng cốt liệu giảm mức độ đầm nén tăng lên Trong phương pháp thiết kế Marshall có ba mức độ đầm nén dùng để mơ tình trạng làm việc thực tế hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường Việc lựa chọn mức độ đầm nén sử dụng chọn phịng thí nghiệm thiết kế hỗn hợp quan trọng Và đó, hỗn hợp bê tơng nhựa phải thi cơng đầm nén ngồi trường với thiết bị đầm nén tương ứng để đạt độ chặt ban đầu tương đương với mức đầm nén phòng - Ảnh hưởng mùa thi công: Thi công mặt đường bê tông nhựa vào mùa hè thường cần hàm lượng bitum nhỏ hơn, thi công mặt đường bê tơng nhựa vào mùa xn mùa khác cần hàm lượng bitum lớn để đảm bảo trình lu lèn tốt việc lu lèn có liên quan đến nhiệt độ Bất kỳ thay đổi hàm lượng bitum hỗn hợp cho dù nhỏ phải đảm bảo thoả mãn tiêu chuẩn kỹ thuật nêu Chính vậy, việc xác định hàm lượng bitum theo khoảng (khơng theo giá trị trung bình) có ưu điểm dễ xác định giá trị hàm lượng bi tum thiết kế cuối cách dịch cận dưói hay cân khoảng - Ảnh hưởng lượng xe lưu thông: Số lượng hoạt động phương tiện giao thơng ảnh hưởng đến định cuối nhằm điều chỉnh hàm lượng bitum thiết kế Nếu tình hình giao thơng thực tế vào cận thấp cận cao bảng phân loại giao thông dùng để lựa chọn mức độ đầm nén phịng thí nghiệm u cầu kỹ thuật, hàm lượng bitum cần hiệu chỉnh tương ứng Những khu vực có giao thơng nặng cần hàm lượng nhựa nằm phạm vi cho phép nhỏ Trong trường hợp hỗn hợp dùng làm lớp phủ tăng cường vị trí đường vòng, nơi mà kết áo đường chịu tác động tập trung phương tiện 58 giao thơng (tính phân dòng cao, tốc độ chậm, nhiều cấp độ khác nhau) phải ý thêm đến tất giai đoạn trình sản xuất Nên lựa chọn hàm lượng nhựa thiết kế từ cận phạm vi yêu cầu kỹ thuật yêu cầu đầm nén ban đầu phải thoả mãn Trong thời gian mặt đường bê tông nhựa nguội, hạn chế phương tiện giao thông lên mặt đường 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ NGHIÊN ỨNG DỤNG XỈ THÉP LÀM CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG NHỰA NĨNG 4.1 Thiết kế thành phần cấp phối điển hình cho Bê tơng Asphalt Để có hỗn hợp nhựa phù hợp với yêu cầu cấp phối tiêu kỹ thuật quy định phải tiến hành thiết kế tỉ lệ phối hợp cốt liệu (cấp phối cốt liệu) Các quy định kỹ thuật cấp phối cốt liệu để thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa yêu cầu phải chế tạo hỗn hợp chặt bền Muốn hình dạng đường cong cấp phối cốt liệu phải nằm đường cong cấp phối tiêu chuẩn Trong phạm vi nghiên cứu đề tài tác giả tác giả ứng dụng chọn cấp phối theo đường biên đường cong cấp phối cấp phối giá trị miền đường cong cấp phối Số liệu cấp phối thể bảng kết bảng 4.1 Bảng 4.1: Bảng thành phần cấp phối bê tơng nhựa nóng THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG NHỰA Cỡ sàng % lọt sàng cấp phối thiết kế BTNC 12,5 mm theo TCVN 8819 : 2011 Miền Miền Miền (mm) (%) (%) (%) 19 100.0 100.0 100.0 12.5 90.0 95.0 100.0 9.5 74.0 81.5 89.0 4.75 48.0 59.5 71.0 2.36 30.0 42.5 55.0 1.18 21.0 30.5 40.0 0.6 15.0 23.0 31.0 0.3 11.0 16.5 22.0 0.150 8.0 11.5 15.0 0.075 6.0 8.0 10.0 < 0.075 0.0 0.0 0.0 60 Hình 4.1: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền Hình 4.2: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền Trên 61 Hình 4.3: Biểu đồ thể đường cong cấp phối miền 4.2 Nghiên cứu ứng dụng xỉ thép làm cốt liệu cho bê tơng nhựa nóng Ảnh hưởng cốt liệu đến tính chất khả chịu lực hỗn hợp BTAP lớn Cốt liệu lý tưởng cho hỗn hợp BTAP phải có cấp phối hợp lý, cường độ, khả chịu hao mịn lớn hình dạng góc cạnh Những tính chất khác bao gồm độ rỗng thấp, bề mặt xù xì, khơng bị bẩn, có tính ghét nước [16] Cấp phối hạt, cường độ, độ hao mịn, hình dạng cốt liệu quan trọng ảnh hưởng đến ổn định kết cấu Độ rỗng đặc trưng bề mặt vật liệu khoáng ảnh hưởng lớn mối liên kết bitum bề mặt vật liệu khống Chất kết dính asphalt hay sản phẩm phải dính chặt vào cốt liệu đồng thời phải bao phủ toàn bề mặt cốt liệu Nếu cốt liệu có độ rỗng thấp trơn nhẵn chất kết dính asphalt khơng thể dính vào cốt liệu Sự dính bám trở thành tiêu quan trọng hỗn hợp bê tông bị đặt môi trường nước Nếu cốt liệu dễ thấm ướt, nước cạnh tranh với bitum để ngấm vào bề mặt cốt liệu cốt liệu bị tách khơng dính vào bitum Hiện tượng biết gọi bong, tróc bitum với vật liệu khoáng Yêu cầu chất lượng đá dăm [12],[16] 62 - Chất lượng đá dăm hay sỏi cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt, thành phần khống vật có ảnh hưởng lớn đến chất lượng BTAP - Đá dăm dùng để chế tạo BTAP đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên, đá dăm chế tạo từ cuội, đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, phải phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn Cốt liệu đá Bê tơng nhựa vai trị định đến hầu hết tính chất lý đặc trưng bê tông nhựa Cốt liệu sử dụng có cỡ hạt, phối trộn hai hat ba loại cỡ hạt với nhau, nguyên lý để tạo cấu trúc hở, liên tục bê tơng nhựa Ngồi ra, hình dạng hạt, tính chất bề mặt hạt cốt liệu ảnh hưởng tới độ dính kết cốt liệu với nhựa đường từ ảnh hưởng đến cường độ bê tông nhựa Mặt khác, yếu tố hình dạng hạt cốt liệu, độ lèn chặt, góc cạnh bề mặt tiếp xúc ảnh hưởng đến độ chặt bê tơng nhựa, hình dạng hạt cốt liệu khác tạo nên xếp ngẫu nhiên hạt khác Hàm lượng hạt thoi dẹt (tỷ lệ 1/3) cốt liệu đá nhiều khơng có lợi Trước tiên làm giảm khả chịu lực bê tông nhựa tác dụng tải trọng hạt dễ bị gãy bị uốn làm cho bê tông nhựa bị phá hoại điểm tiếp xúc mối nối nhựa đường chưa bị phá vỡ Khi kích thước đá lớn bề mặt bê tơng nhựa gồ ghề, ngược lại đá có kích thước nhỏ cho bề mặt bê tông phẳng Vì kích thước cỡ hạt đá ảnh hưởng đến u cầu thẩm mỹ cơng trình Như vậy, chất lượng đá dăm phụ thuộc vào nguồn gốc đá gốc, dây chuyền công nghệ sản xuất Trong phạm vi đề tài, tác giả nghiên cứu tiêu lý xỉ đối chứng với tiêu lý đá dăm theo TCVN 7572:2006 sau: - TCVN 7572-4 : 2006 : Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích độ hút nước; - TCVN 7572-8 : 2006: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu hàm lượng sét cục cốt liệu nhỏ; - TCVN 7572-11 : 2006: Xác định độ nén dập vỡ hệ số hoá mềm cốt liệu lớn; 63 - TCVN 7572-12 : 2006: Xác định độ hao mòn va đập cốt liệu lớn máy mài mòn va đập Los Angeles; - TCVN 7572-13 : 2006: Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt cốt liệu lớn; - TCVN 7504 : 2005: Bitum - Phương pháp xác định độ bám dính với đá Kết thí nghiệm trình bày bảng 3.6 Bảng 4.2: Các tiêu lý quy định cho đá dăm [12] BẢNG TỔNG HP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ BTNC ST CHỈ TIÊU THÍ ĐƠN Lớp Lớp T NGHIÊÏM VỊ mặt mặt kg/m3 - g/cm3 - + Khối lượng riêng + Khối lượng thể tích Đá dăm Xỉ thép - 2.82 ÷ 2.88 3.31 ÷  3.82 - 2.73 ÷ 2.77 3.07÷  3.57 GHI CHÚ Xỉ nặng Đá dăm Xỉ nặng Đá dăm Độ hút nước + Độ hút nước % - - 0.76 ÷ 1.54 1.44÷  3.25 Xỉ lớn Đá dăm + Xác định tạp chất hữu + Hàm lượng hạt thoi dẹt + Độ hao mòn LosAngeles (LA) % ≤2 ≤2 0.08 ÷ 1.04 0.23÷  0.93 Đạt % ≤ 15 ≤ 15 6.78 ÷ 15.58 1.70÷  12.15 Đạt % ≤ 28 ≤ 35 24.80 ÷  33.00 20.16÷  26.09 12.82÷  + Xác định độ nén dập % - - 7.92 ÷ 10.16 + Hệ số hóa mềm đá % - - 0.48 ÷ 0.76 0.78÷  1.09 Cấp ≥3 ≥3 4 + Độ dính bám với BITUM Làm lớp mặt 14.74 Đạt Ngồi tác giả tổng hợp, thu thập thêm kết thí nghiệm thành phần hóa học, lý từ số nghiên cứu thực tế sản suất Các kết thí nghiệm có Phụ lục thu thập tổng hợp đây: Chất lượng đá số mỏ khu vực phía Nam (thu thập) 64 Bảng 4.3 Bảng tổng hợp kết qủa thí nghiệm chất lượng đá [17] Kết qủa thí nghiệm STT Tên tiêu Độ ẩm Độ hút nước Khối lượng riêng Độ nén dập xi lanh Độ mài mòn tang quay Hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn Hàm lượng hạt thoi dẹt Hàm lượng hạt mềm yếu phong hóa Đơn vị Mỏ đá 3-2 % 0,2 - 1,2 0,1 - % 0,4 - 0,9 0,3 - 0,4 0,3 Mỏ đá Suối Mỏ đá Mơ Tân Hạnh g/cm3 2,69 - 2,73 2,77 - 2,78 5,6 - 8,3 % 6,3 - 10,5 % 14,5 - 16,7 15,3 - 15,6 2,69 9,5 14,8 % 0,5 - 5,4 0,3 - 1,6 - % 13 - 40 17,9 - 24,8 5,5 % 0 * Nhận xét khả ứng dụng xỉ thép Qua bảng kết tính chất lý xỉ thép đá dăm mà tác giả nghiên cứu tác giả nhận thấy xỉ thép có tính chất lý tương đồng tính chất lý đá dăm + Khối lượng riêng khối lượng thể tích xỉ thép lớn khối lượng riêng đá dăm Do đó,khi cần lượng Bê tơng nhưa thi số lượng xe vận chuyển, kho chứa, bãi chứa xỉ thép xí nghiệp, cơng trường xây dựng cần lớn đá dăm + Độ dính bám với bi tum xỉ thép lớn độ dính bám với bi tum đá dăm số mẫu xỉ thép có độ dính bám cấp ( cấp cấp tốt) lại đá dăm xỉ thép có độ dính bám với bi tum đạt cấp ( cấp cấp tôt) + Hàm lượng bụi bùn sét xỉ thép nhỏ hàm lượng bụi bùn sét đá dăm Vì xỉ thép có khả dính bám với bi tum tốt đá dăm + Độ nén dập hệ số hóa mềm xỉ thép lớn độ nén dập đá dăm Như vật liệu xỉ thép có độ xốp lớn vật liệu đá dăm làm cho cốt liệu nhỏ cát, bột khoáng chèn vào cốt liệu làm tăng tính ma sát liên kết hạt cốt liệu 65 + Hàm lượng hạt thoi dẹt xỉ thép hàm lượng hạt thoi dẹt đá dăm Vì thành phần hạt xỉ thép đồng so với thành phần hạt đá dăm nên khả chịu lực mặt đường làm xỉ thép tốt + Độ hao mòn Los Angerles xỉ thép nhỏ đá dăm Do đó, khả chịu va đập xỉ tốt đá dăm Như vậy, mặt đường làm xỉ thép it bị bong choc Nhưng kết thu từ thí nghiệm so sánh với yêu cầu cốt liệu lớn làm bê tơng nhựa nóng ( TCVN 8819 : 2011) tiêu lý xỉ thép phù hợp 4.3 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo phương pháp Marshall Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo phương pháp Marshall tiến hành sau: (1) Trộn loại cốt liệu theo tỷ lệ phối hợp tính tốn để có cốt liệu bê tông nhựa thỏa mãn yêu cầu quy định nói mục 4.1 (2) Xác định nhiệt độ trộn (3) Chế tạo mẫu thí nghiệm có đường kính 101,6mm (4inch) khoảng 1200g cốt liệu với hàm lượng nhựa thay đổi cách 0,5% quanh hàm lượng nhựa tối ưu (Ví dụ: cốt liệu có D = 12,5 mm hàm lượng nhựa tối ưu khoảng 6,5 % thiết bị đầm mẫu marshall Từ mẫu trộn với 5%; 6%;6,5%; 7%; 7,5% bitum) (4) Xác định dung trọng độ rỗng mẫu (5) Ngâm mẫu nước nhiệt độ 60oC tiến hành nén vòng nén mẫu marshall để xác định độ ổn định độ dẻo marshall Độ ổn định tải trọng tối đa (tính N) mà mẫu chịu đựng Độ dẻo độ nén lún ( tính mm) mẫu sinh trước bị phá hoại Xác định hàm lượng nhựa tối ưu điều kiện để thỏa mãn yêu cầu kinh tế an toàn tiêu kỹ thuật Trong phạm vi đề tài nghiên cứu tác giả thiết kế cấp phối bê tơng nhựa nóng chặt 12,5 với hàm lượng nhựa khác từ xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo bảng kết phụ lục II kèm theo 4.4 Tiến hành thí nghiệm Marshall 4.4.1 Mục đích 66 Tiêu chuẩn quy định phương pháp thí nghiệm nhằm xác định tỉ lệ phần trăm lỗ rỗng, độ “ổn đinh” “độ dẻo” Marshall hỗn hợp hydrocacbon nóng nhiệt độ lượng đầm nén cho 4.4.2 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn áp dụng cho hydrocacbon nóng chế tạo phịng thí nghiệm lấy trường 4.4.3 Ngun tắc thí nghiệm Thí nghiệm gồm có việc đầm chặt mẫu đầm theo trình quy định, làm thí nghiệm nén mẫu theo đường sinh điều kiện quy định 4.4.4 Thiết bị a) Thiết bị riêng - Bộ cối đầm gồm đế cối, thân cối, phần thân cối Đế phần thân cối phải lắp vào hai đầu nút thân cối Đường kính cối 101,6 mm±0,1mm ( hình 4.4) Hình 4.4: Cối đầm Bê tơng nhựa nóng - Một đầm để đầm mẫu gồm búa nặng 4536g ± 5g Búa rơi tự theo cần dẫn từ độ cao 457mm ± 5mm( hình 4.5) 67 Hình 4.5: chày đầm Bê tơng nhựa nóng - Một khối đỡ cối gỗ sồi kích thước: rộng 300mm, dài 300mm, cao 450mm – khối đỡ lắp hai bu lơng để giữ cối - Có ba vịng nén , vịng có hai nửa vịng có bán kính cong phía từ 50,9 đến 51mm( hình 4.6) Hình 4.6: Khn chứa mẫu Bê tơng nhựa để làm thí nghiệm Marshall - thiết bị đo độ dẻo xác 0,1mm( hình 4.7) 68 Hình 4.7: Máy nén Marshall 4.4.5 Chuẩn bị mẫu Cách chuẩn bị hỗn hợp mẫu phải ghi rõ tờ phiếu thí nghiệm a) Xác định sơ khối lượng mẫu b) Khối lượng mẫu xác định cách đúc mẫu đối chứng, với khối lượng định (ví dụ 1200g) đầm chặt điều kiện mẫu thí nghiệm Từ số đo chiều cao phân bố theo chu vi mẫu đối chứng, tính khối lượng mẫu có chiều cao lý thuyết 63,5mm Đúc mẫu đầm nén Cân khối lượng m hỗn hợp xác đến 0,1% Vệ sinh cối chứa mẫu đổ hỗn hợp vừa trộn vào cối Sau đó, cho hỗn hợp cối lên máy đầm mẫu với số lượng chày đầm 75 chày cho mặt Cối chứa mẫu bảo quản nhiệt độ môi trường (15 đến 25oC) trước tháo mẫu Việc tháo mẫu tiến hành nhờ pittông đẩy đẩy mẫu từ phần thân cối tiến hành đánh số ký hiệu mẫu c) Chuẩn bị tổ mẫu với hàm lượng nhựa thay đổi từ 4,3; 4,8; 5,3; 5,8; 6,3 Mỗi tổ gồm mẫu 69 4.4.6 Tiến hành thí nghiệm - Kiểm tra mẫu đánh số sau tiến hành đo kích thước chiều cao vi trí đo đường kính mẫu vị trí Khối lượng thể tích biểu kiến xác định từ kích thước - Bảo quản mẫu - Thí nghiệm độ ổn định Marshall độ dẻo Marshall Các mẫu ngâm thùng ngâm mẫu với nhiệt độ nước 60oC±1 oC 40 phút ± phút xét đến thời gian làm thí nghiệm mẫu ngâm cách phút Các mẫu đặt vòng nén đặt mẫu + vòng nén vào mâm máy nén để làm thí nghiệm nén Các thao tác tiến hành phút Độ ổn định Marshall giá trị lớn làm phá hoại mẫu Độ dẻo Marshall giá trị ép lún mẫu theo đường kính thẳng đứng lúc mẫu bị phá hoại 4.4.7 Biểu kết thể bảng giá trị tương ứng