ĐỀ CƯƠNG ôn THI độ bền kết cấu và TUỔI THỌ kết cấu bê TÔNG NHỰA

độ bền và TUỔI THỌ kếtcấu

Bộ GIáO DụC ĐàO TạO KHOA SAU ĐạI HọC TRƯờng đại học GTVT Đề cơng ôn thi Độ bền kết cấu và tuổi thọ kết cấu bê tông nhựa học viên: Cao Ngọc Đính Lớp: cao học khoá 17 Chuyên ngành: xd đờng ôtô & đờng thành phố THáNG 09 - 2010 Câu hỏi Môn học: Độ bền khai thác và tuổi thọ của bê tông nhựa mặt đường 1. Các loại hình hư hỏng cơ bản của mặt đường bê tông nhựa và các nguyên nhân có thể của mỗi loại hình hư hỏng đó mà có liên quan đến tính chất hỗn hợp cũng như công tác thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa chặt làm mặt đường ô tô. 2. Khái niệm các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa đã đầm nén và ảnh hưởng của chúng đến độ bền khai thác của hỗn hợp bê tông nhựa. Các chỉ tiêu này được kiểm soát trong quá trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa như thế nào? 3. Trình bày ảnh hưởng của các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông nhựa đến độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa. Hiện nay, người ta sử dụng những thông số nào để kiểm soát chất lượng của cốt liệu (thô và mịn) sử dụng chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa chặt, thi công theo phương pháp rải nóng làm mặt đường. 4. So sánh cách phân loại nhựa đường đặc cũ (theo độ kim lún) và theo Superpave, và nêu các thí nghiệm xác định cho mỗi cách phân loại. 5. Trình bày về phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp Marshall và theo Superpave: sự giống và khác nhau cơ bản, các chỉ tiêu và thí nghiệm tương ứng để thiết kế thành phần hỗn hợp 6. Phân tích mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật học, thành phần hóa học và các tính lý học của cốt liệu với vấn đề độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa 7. Trình bày các thí nghiệm cần thiết để thiết kế một loại hỗn hợp bê tông nhựa nóng làm mặt đường theo phương pháp Marshall 8. Trình bày về các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường và phương pháp xác định, bao gồm: - Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế thành phần hỗn hợp - Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường có lớp mặt bê tông nhựa - Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa. 9. Phân tích liên quan giữa cỡ hạt và thành phần cỡ hạt của cốt liệu làm bê tông nhựa mặt đường và vấn đề độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa. 10.Phân tích tính chất lý học, hóa học của nhựa bitum và mối liên hệ của chúng đối với tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa 11.Trình bày về các qui định cơ bản trong quản lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa. Hãy dựa vào kiến thức thực tế để đưa ra một số ý kiến về công tác quản lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa hiện nay và vấn đề độ bền khai khác của bê tông nhựa mặt đường 12.Trình bày các hiểu biết về phân loại nhựa đường theo Superpave? So sánh với phân loại nhựa đường theo độ kim lún và trình bày về ưu điểm của phân loại nhựa đường theo Superpave về khía cạnh độ bền khai thác của bê tông nhựa mặt đường. 13.Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường theo phương pháp Superpave? So sánh với phương pháp Marshall hiện hành và phân tích các ưu điểm của phương pháp Superpave về khía cạnh độ bền khai thác của bê tông nhựa mặt đường. 14.Hãy trình bày về chỉ tiêu chất lượng của các vật liệu thành phần và lựa chọn vật liệu cho bê tông nhựa mặt đường theo Superpave? Áp dụng để lựa chọn chỉ tiêu về cốt liệu và loại nhựa đường cho 01 dự án cụ thể (cho lượng giao thông (số ESALs) và tốc độ dòng trung bình, vị trí của lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường, nhiệt độ không khí trung bình cao nhất và thấp nhất, thông số độ tin cậy Z và sai số bình phương trung bình tương ứng với độ tin cậy) 15.Hãy so sánh phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường mềm theo các tiêu chuẩn hiện hành ở Việt <st1:country-region w:st="on">Nam</st1:country-region> và theo cơ học - thực nghiệm về các trạng thái giới hạn tính toán? Phân tích ưu điểm của phương pháp thiết kế theo cơ học thực nghiệm tiếp cận độ bền khai thác của mặt đường. 16.Trình bày các hiểu biết về tính toán kết cấu mặt đường mềm theo cơ học - thực nghiệm? Sự khác nhau cơ bản đối với phương pháp thuần cơ học sử dụng lý thuyết đàn hồi và phương pháp thuần thực nghiệm sử dụng phương trình thực nghiệm AASHTO? TRẢ LỜI Câu 1. Các loại hình hư hỏng cơ bản của mặt đường BTN và các nguyên nhân có thể của mỗi loại hình hư hỏng đó mà có liên quan đến tính chất hỗn hợp cũng như công tác thiết kế thành phần hỗn hợp BTN chặt làm mặt đường ô tô. Trả lời: Hư hỏng trên mặt đường là tình trạng của kết cấu kém đi làm giảm năng lực phục vụ hoặc dẫn đến giảm năng lực phục vụ của mặt đường. Các loại hình hư hỏng chủ yếu của mặt đường BTN gồm: 1. Nứt: Có nhiều dạng nứt mặt đường như nứt ngang, nứt dọc, nứt lưới, nứt hình parabol … và do nhiều nguyên nhân khác nhau. * Nứt do mỏi: Nứt mỏi xãy ra trong mặt đường BTN khi các tải trọng tác dụng gây ra ứng suất vượt quá ứng suất kháng trong các thành phần vật liệu và làm xuất hiện các vết nứt. Một dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là xuất hiện các vết nứt dài không liên tục trên vệt bánh xe. Các vết nứt sau đó được phát triển dần lên bởi vì ở một vài điểm các vết nứt bên trong sẽ nối lại với nhau, đó chính là nguyên nhân hình thành các vùng nứt lớn. Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt BTN. Hiện tượng nứt mỏi xãy ra do các nguyên nhân sau: - Do tải trọng nặng trùng phục nhiều trên đường gây lên các vết nứt. - Do mặt đường có bề dầy nhỏ hoặc do các vết nứt phía dưới yếu dẫn đến xuát hiện các độ võng lớn dưới mặt đường khi có tải trọng lớn tác dụng - Kết cấu mặt đường có bề dày nhỏ hoặc do các lớp phía dưới yếu dẫn đến xuất hiện các độ võng lớn dưới mặt đường khi có các tải trọng lớn tác dụng. Độ võng mặt đường lớn làm tăng các ứng suất kéo ở phía đáy của lớp BTN và dẫn đến hình thành vết nứt. - Chất lượng thiết kế hoặc xây dựng kém, do khả năng thoát nước yếu cũng là nguyên nhân xuất hiện các vết nứt. Thông thường hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tải trọng trục thiết kế tính toán. Nó thường xãy ra vào cuối thời kỳ thiết kế. Nếu quan sát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với chu kỳ thiết kế thì có thể đó là dấu hiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức. Biện pháp tốt nhất để khắc phục hiện tượng hứt mỏi là: - Tính toán hợp lý số lượng tải trọng nặng trong chu kỳ thiết kế. - Giữ cho nền đường luôn khô ráo. - Sử dụng lớp kết cấu mặt đường dày hơn. - Sử dụng hợp lý vật liệu cho lớp mặt để có khả năng không làm yếu lớp mặt đường khi bị ẩm ướt. - Sử dụng hỗn hợp BTN nóng có đủ độ đàn hồi để chống lại độ võng trên mặt đường. Hỗn hợp BTN nhựa nóng phải có đủ cường độ kéo để chống lại các ứng suất kéo gây ra tại đáy lớp BTN và có sự đàn hồi để chống lại sự tác động của tải trọng trùng phục mà không gây ra các vết nứt. Do vậy hỗn hợp BTN nóng được thiết kế sao cho có khả năng giống như một vật liệu đàn hồi khi chịu tải trọng trạng thái bị kéo mà vẫn khắc phục được hiện tượng nứt mỏi. * Nứt do nhiệt (nứt tại nhiệt độ thấp): Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường BTN thường là các vết nứt ngang cách đều nhau. Vết nứt xuất hiện thường khi nhiệt độ bề mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra 1 ứng suất kéo do nhiệt lơn hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu BTN. Các vết nứt do nhiệt được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co ngót lại khi nhiệt độ xuống thấp (thời tiết giá lạnh), Khi hiện tượng co ngót mặt đường xuất hiện thì đồng thời cũng sinh ra các ứng suất kéo ở trong lớp BTN. Tại 1 vài điểm dọc theo đường, các ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo trong lớp BTN và dẩn tới hiện tượng nứt. * Nứt dọc: Thường có nguyên nhân từ việc cạp nền - mặt đường, làm cho biến dạng không đều giữa phần đường mới và đường cũ. Nứt dọc theo vệt lún bánh xe do ứng suất kéo, do tải trọng xe gây ra vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu. * Nứt lưới lớn: Là loại hình hư hỏng phát triển từ các vết nứt ngang và nứt dọc, nguyên nhân thường là do nhiệt kết hợp với hiện tượng lão hóa, đặc biệt là lão hóa trong quá trình thi công không được kiểm soát. Loại hình vết nứt này cũng thường xuất hiện trên các khu vực rải BTN bề mặt lớn như sân, bãi. Nếu tại các vị trí này có xuất hiện hiện tượng nứt lưới thì sẽ là hiện tượng hư hỏng nghiêm trọng, vì nó liên quan đến chiều dày vật liệu rải mỏng so với yêu cầu hoặc do dính bám không tốt. * Nứt phản ảnh: có thể do các nguyên nhân sau: - Nứt từ khe nối của mặt đường BTXM phía dưới. - Truyền từ vết nứt do nhiệt của mặt đường BTN cũ. - Truyền từ vết nứt lưới của mặt đường phía dưới. - Truyền từ vết nứt dọc của mặt đường phía dưới. - Truyền từ vết nứt do mỏi của mặt đường phía dưới. * Nứt trượt (nứt hình parabol): Nứt trượt thường do dính bám giữa lớp mặt và lớp dưới kém hoặc hỗn hợp BTN chất lượng kém (cấp phối kém, nhựa đường không phù hợp, hàm lượng nhựa quá lớn …), kết hợp với ảnh hưởng của lực ngang do xe hãm, rẽ, quay đầu …. Hiện tượng này thường xãy ra ở các trạm thu phí, bến xe, các vị trí xuống dốc lớn … Sửa chữa cho loại hình này cũng rất phức tạp và tốn kém, nhất thiết phải bóc bỏ toàn bộ phần hỗn hợp hư hỏng. 2. Hư hỏng biến dạng: * Lún vệt bánh xe: Thường xuất hiện dọc theo vệt bánh xe chạy và có xu hướng phát triển ra phía lề đường, được hình thành do các nguyên nhân: - Sự giảm thể tích của BTN do tác dụng đầm nén của vệt bánh xe. - Ứng suất cắt lặp đi lặp lại do tác dụng của bánh xe (đây là nhân tố cơ bản). Các nhân tố ảnh hưởng đến vệt hằn lún bánh xe bao gồm: - Cốt liệu: thành phần cấp phối, độ nhám bề mặt của cốt liệu, hình dạng hạt và cỡ hạt. - Loại nhựa sử dụng. - Hỗn hợp BTN: hàm lượng nhựa, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu. - Điều kiện tải trọng: độ lớn của áp lực tác dụng, số lần tác dụng của tải trọng. - Điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm. Có 2 loại vệt lún bánh xe, thứ nhất là các biến dạng gây ra vệt hằn bánh xe chủ yếu xãy ra trong lớp nền và lớp móng hơn là xãy ra trong lớp BTN. Thứ 2 là vệt hằn bánh xe do sự biến dạng của lớp BTN chủ yếu liên quan tới quá trình thiết kế hỗn hợp BTN. Các kết quả của vệt hằn này là do hỗn hợp BTN không đủ cường độ chịu cắt để chống lại các tải trọng trùng phục lớn. * Lượn sóng và trồi lún: Là hiện tượng hư hỏng do biến dạng cắt trượt trong lớp kết cấu bề mặt, có nguyên nhân chủ yếu từ độ ổn định của hỗn hợp BTN mặt đường. Chất lượng hỗn hợp kém (cốt liệu cấp phối không đảm bảo, hạt tròn cạnh, loại nhựa đường không thích hợp, hàm lượng nhựa lớn …) là nguyên nhân chính của hiện tượng này. Nguyên nhân kết hợp là do tải trọng ngang của bánh xe trên mặt đường. Vì vậy hiện tượng này thường xãy ra gần các trạm thu phí, bến xe, nút giao thông, các đường cong nằm kết hợp với dốc dọc. 3. Mất mát vật liệu mặt đường: Đó là các hiện tượng bong bật, bong tróc, ổ gà… Các hiện tượng này có thể do các nguyên nhân sau: - Hàm lượng nhựa không đủ. - Dính bám kém giữa cốt liệu và nhựa đường. - Chất lượng cốt liệu: độ ẩm, độ sạch. - Chất lượng nhựa đường: lão hóa. - Đầm nén không đủ. - Thi công vào điều kiện thời tiết bất lợi. Câu 2. Khái niệm các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp BTN đã đầm nén và ảnh hưởng của chúng đến độ bền khai thác của hỗn hợp BTN. Các chỉ tiêu này được kiểm soát trong quá trình thiết kế hỗn hợp BTN như thế nào? Trả lời: Các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp BTN bao gồm: độ rỗng dư (VTM), độ rỗng cốt liệu (VMA) và độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) và hàm lượng bi tum hữu ích thể hiện khả năng phục vụ của mặt đường. Các giá trị này phải nằm trong giới hạn quy định đảm bảo lớp BTN có khả năng chống lại biến dạng, chống chảy nhựa dưới tác động của tải trọng xe và yếu tố nhiệt độ môi trường, hạn chế sự xâm nhập của nước vào hỗn hợp trong quá trình khai thác. * Độ rỗng cốt liệu (VMA): Là thể tích của các khoảng trống của các hạt cốt liệu trong hỗn hợp đã đầm nén bao gồm cả độ rỗng không khí (độ rỗng dư) và thể tích của nhựa đường không bị hấp thụ vào trong cốt liệu. 100x V VV VMA T EACV + = or sb smb G PG VMA * 100 −= (%) Trong đó: V v : thể tích lỗ rỗng không khí V EAC : thể tích lượng nhựa có hiệu V T : tổng thể tích mẫu BTN đầm nén G mb : tỷ trọng khối của hỗn hợp BT asphalt G sb : tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu P s : hàm lượng cốt liệu % của tổng trọng lượng hỗn hợp. Độ rỗng của cốt liệu ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế của hỗn hợp. Trong hỗn hợp cốt liệu cần phải có một độ rỗng nhất định. Nói chung, nếu độ rỗng càng lớn thì cần nhiều chất kết dính asphalt vào bề mặt cũng như lấp đầy bớt lỗ rỗng của hỗn hợp cốt liệu, dẫn đến cần hàm lượng asphalt nhiều hơn. Ngoài ra cốt liệu có lỗ rỗng (xốp) sẽ gây ra hiện tượng “thấm hút chọn lọc”. Khi thấm hút chọn lọc chỉ có “thành phần chọn lọc” trong asphalt thấm vào, để lại những phần thừa rắn lên trên bề mặt của cốt liệu. Điều này có thể gây ra hiện tượng tách rời chất kết dính asphalt khỏi cốt liệu. Vì vậy trong thiết kế hốn hợp BTN, việc lựa chọn chính xác thành phần vật liệu khoáng là yếu tố quan trọng. Cần tìm kiếm bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết để tạo ra thành phần vật liệu khoáng tối ưu (tỷ lệ tốt nhất). Có nhiều phwuwong pháp để tính toán thành phần, xong mục tiêu của tất cả các phương pháp đó là tìm kiếm tỷ lệ phối hợp hợp lý hỗn hợp vật liệu khoáng với thể tích lỗ rỗng là nhỏ nhất, đáp ứng được yêu cầu của BTN mặt đường. * Độ rỗng dư (Va): Là thể tích của các túi khí nhỏ giữa các hạt cốt liệu đã được bao bọc bằng nhựa đường trong hỗn hợp BTN đã đầm nén, được thể hiện là % của thể tích hỗn hợp. 100x V V V T V a = or 1001 x G G V mm mb a −= (%) Trong đó: G mm : tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BT asphalt Độ rỗng dư có ảnh hưởng rất lớn đến đặc trưng khai thác của mặt đường. Nếu VTM nhỏ hơn 3%, hỗn hợp BTN mặt đường có nguy cơ xuất hiện vệt lún bánh xe do biến dạng dẻo chảy. Nếu độ rỗng quá lớn, sẽ thúc đẩy quá trình lão hóa của BTN làm giảm độ bền (chịu mỏi) của mặt đường. Độ rỗng dư còn có xu hướng giảm do tác dụng đàm nén thứ cấp của mặt đường. Một số kết quả nghiên cứu về mối quan hệ giữa độ rỗng dư và khả năng xuất hiện vệt lún và chiều sâu vệt lún xuất hiện và độ rỗng dư sau khi chịu đầm nén thứ cấp của tải trọng giao thông. Đầm nén thứ cấp là tác dụng của tải trọng giao thông sau khi mặt đường thi công xong, nếu đầm nén thực hiện kém, độ rỗng dư sau khi đầm nén có thể đạt 10 ÷ 12%, trong khi theo thiết kế nhựa chặt là 3 ÷ 5%. Thông thường đối với mặt đường BTN có chiều dày lớn, sẽ hay xuất hiện hiện tượng lún vệt bánh do đầm nén thứ cấp của tải trọng giao thông trong thời kỳ đầu khai thác. * Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA): Là % thể tích của VMA được lấp đầy bằng nhựa đường. 100x VV V VFA VEAC EAC + = or 100x VMA VVMA VFA a − = (%) Chỉ tiêu này có liên hệ chặt chẽ với độ rỗng dư và như vậy, cũng có mối liên hệ chặt chẽ với đặc trưng khai thác của mặt đường. Chỉ tiêu này cho BTN thông thường là 50 ÷ 70%. Nếu giá trị này cao quá, lên đến 80 ÷ 85% thì hỗn hợp sẽ có khả năng mất ổn định và xãy ra hiện tượng vệt lún bánh. * Hàm lượng bi tum có hiệu (P be ): Là tổng hàm lượng bi tum có trong hỗn hợp trừ đi phần bi tum bị mất do thấm vào cốt liệu. Nó là một phần của hàm lượng bi tum tạo nên lớp phủ bên ngoài của các hạt cốt liệu và nó là lượng bi tum chi phối các đặc tính cơ lý của hỗn hợp BT asphalt. 100 * sba bbe PP PP −= Trong đó: - P b : hàm lượng bi tum xác định theo % trọng lượng hỗn hợp. - P ba : hàm lượng bi tum hấp thụ xác định theo % trọng lượng cốt liệu - P s : hàm lượng cốt liệu xác định theo % trọng lượng hỗn hợp. Vì độ rỗng dư và độ rỗng cốt liệu thể hiện theo thể tích, chúng không thể xác định được bằng cách cân, do đó hỗn hợp BT asphalt phải được thiết kế hoặc phân tích dựa trên cơ sở thể tích. * Kiểm soát các chỉ tiêu thể tích trong quá trình thiết kế hỗn hợp BTN: Ta xác định các chỉ tiêu độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa vfa hàm lượng bitum có hiệu thông qua các chỉ tiêu sau: * Tỷ trọng biểu kiến của cốt liệu: n n n sb G P G P G P G P PPPP G ++++ ++++ = 3 3 2 2 1 1 321 Trong đó: - P 1 , P 2 , P n : phần trăm của các loại cốt liệu, tính theo khối lượng - G 1 , G 2 , …G n : tỷ trọng của các loại cốt liệu có trong cốt liệu tổng hợp * Tỷ trọng có hiệu của cốt liệu: b b mn mn bmn se G P G P PP G + − = Trong đó: - P mn : phần trăm theo khối lượng của hỗn hợp ở trạng thái rời - P b : hàm lượng bi tum tính bằng % theo tổng khối lượng hỗn hợp - G b : tỷ trọng của bi tum * Tỷ trọng lớn nhất (ứng với các hàm lượng bitum khác nhau): Trong thiết kế hỗn hợp BT asphalt với các cốt liệu biết trước thì việc xác định tỷ trọng lớn nhất G mn ứng với các hàm lượng bi tum khác nhau là cần thiết để xác định độ rỗng dư ứng với từng hàm lượng bi tum đó. b b se s mn mn G P G P P G + = Trong đó: - P s : hàm lượng cốt liệu, % theo trọng lượng hỗn hợp Câu 3. Trình bày ảnh hưởng của các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN đến độ bền khai thác của mặt đường BTN. Hiện nay, người ta sử dụng những thông số nào để kiểm soát chất lượng của cốt liệu (thô và mịn) sử dụng chế tạo hỗn hợp BTN chặt, thi công theo phương pháp rải nóng làm mặt đường. Trả lời: 1. Ảnh hưởng các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN đến độ bền khai thác của mặt đường BTN: Hỗn hợp BT Asphalt đã đầm nén bao gồm các thành phần: cốt liệu, chất kết dính, các lỗ rỗng. Mỗi thành phần trong hỗn hợp BT asphalt đóng một vai trò nhất và có liên quan chặt chẽ đến nhau trong việc tạo nên 1 khối liên kết có đủ các tính chất cần thiết của vật liệu làm lớp mặt đường. Cốt liệu sử dụng cho xây dựng đường ô tô thường có nguồn gốc từ các loại đá tự nhiên, hoặc có thể là vật liệu nhân tạo (thường là vật liệu nhẹ như sỉ lò cao). Cốt liệu bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn với chức năng tạo bộ khung chịu lực cho hỗn hợp, đóng một vai trò rất quan trọng trong hỗn hợp BT asphalt. Nó chiếm khoảng 92 ÷96% tổng khối lượng trong BT asphalt và chiếm khoảng trên 30% giá thành của kết cấu mặt đường, vì vậy nó ảnh hưởng khá nhiều đến giá thành của kết cấu mặt đường. Cốt liệu lý tưởng cho hỗn hợp BT asphalt phải có cấp phối hợp lý, cường độ, khả năng chịu hao mòn lớn và hình dạng góc cạnh. Những tính chất khác bao gồm độ rỗng thấp, bề mặt xù xì, không bị bẩn và có tính ghét nước. Thành phần kích cỡ hạt cốt liệu phải đảm bảo thoả mãn đường cong cấp phối tiêu chuẩn được quy định cho mỗi loại BT Asphalt khác nhau với mục đích tạo khung chịu lực bền vững mà vẫn đảm bảo màng chất dính kết đủ bao bọc và kết dính các hạt cốt liệu. Với BT asphalt chặt, thành phần cỡ hạt của cốt liệu theo phương trình họ đường cong Fuller: p=100(d/D) n . Với: - n = 0,45 - d: phần trăm lọt sàng tích luỹ tại cỡ sàng d - D: cỡ sàng lớn nhất của hỗn hợp cốt liệu. a. Các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu: Lựa chọn loại cốt liệu với tính chất khoáng vật học và hóa học cho hỗn hợp BTN đóng vai trò quan trọng trong đặc tính sử dụng và độ bền khai thác của mặt đường BTN. Các tính chất cơ lý cơ bản như dung trọng, độ rỗng, cường độ và tính chất hóa học/hóa – lý học như khả năng hút ẩm, tính dính bám với nhựa đường là những hàm số phụ thuộc vào các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu. * Tính chất khoáng vật học của cốt liệu: Các khoáng vật thông thường có trong thành phần của cốt liệu là khoáng vật silíc, khoáng chất fen fat, sắt từ, cacbonnát và các khoáng vật sét. Tuỳ thuộc mỗi loại cốt liệu, các thành phần khoáng vật này có thể khác nhau. Các tính chất của cốt liệu như cường độ, độ bền, độ ổn định với các hoá chất, đặc tính bề mặt và hàm lượng các chất có hại … cũng phụ thuộc vào các thành phần khoáng vật này. - Độ cứng (đặc tính mài mòn của cốt liệu) ảnh hưởng đến lực chống trượt của BTN làm mặt đường. - Một yếu tố quan trọng đối với cốt liệu ảnh hưởng đến đặc tính khai thác của BTN mặt đường có liên quan đến thành phần khoáng vật của cốt liệu đó là thành phần khoáng vật của lớp bao quanh cốt liệu và các chất có hại trong cốt liệu. Các chất này bao gồm: sét, sét phiến, bụi thạch cao, chất hòa tan trong nước … làm ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường. * Các tính chất hóa học của cốt liệu: Tính chất hóa học của cốt liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó. Tính chất hóa học của cốt liệu không ảnh hưởng quá lớn đến đặc tính khai thác của mặt đường BTN, ngoại trừ việc ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường, mà có liên quan đến loại hình hư hỏng bong tróc của mặt đường. Nhựa đường khi được trộn với cốt liệu tạo hỗn hợp BTN cần phải theo quá trình: làm ẩm bề mặt cốt liệu, tạo màng nhựa đều đặc dính bám vào bề mặt cốt liệu và giữ được cơ chế dính bám đó khi có tác dụng của nước. Như vậy, đặc tính hoá học của bề mặt cốt liệu đóng vai trò quan trọng trong cơ chế dính bám này. b. Các tính chất vật lý của cốt liệu: Cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN được phân loại theo kích cỡ là cốt liệu hạt thô và cốt liệu hạt mịn bao gồm cả bột khoáng. Theo tiêu chuẩn ASTM, cốt liệu hạt thô là cốt liệu sót trên sàng số 4 (4,75mm), cốt liệu mịn là cốt liệu lọt qua sàng số 4 và bột khoáng lọt qua sàng số 200 (75µm). Viện Asphalt có ranh giới phân loại khác giữa cốt liệu hạt thô và hạt mịn là sàng số 8 (2,36mm), giống như phân loại theo sàng vuông ở Việt Nam. Cốt liệu sử dụng cho hỗn hợp BTN mặt đường cần phải cứng, bền chắc và được phối hợp theo thành phần cỡ hạt hợp lý, chúng phải bao gồm các hạt hình khối với độ xốp rỗng nhỏ, sạch, bề mặt thô nhám và ghét nước. Chất lượng của cốt liệu được đánh giá qua 1 số chỉ tiêu sau: - Kích cỡ và thành phần cỡ hạt. - Độ sạch thông qua hàm lượng các chất bụi bẩn và có hại. - Độ cứng/độ chắc. - Độ bền chắc. - Cấu trúc bề mặt. - Hình dạng hạt. - Độ thẩm thấu. - Tính thích ứng với nhựa đường. * Độ cứng và cường độ chống mài mòn: Hỗn hợp cốt liệu, thông qua ma sát giữa các hạt cốt liệu, phải có khả năng truyền tải trọng bánh xe xuống các lớp móng phía dưới và phải có khả năng chống lại khả năng mài mòn do tải trọng bánh xe. Độ mài mòn Log – Angeles được dùng để đánh giá chất lượng này của cốt liệu. * Độ bền chắc: Cốt liệu phải có khả năng chống lại sự phá vỡ và phân rã do ảnh hưởng của độ ẩm (quá trình nhiểm ẩm và khô) hoặc do ảnh hưởng của đóng và tan băng và các ảnh hưởng khác trong quá trình phong hóa.Thí nghiệm độ bền sun fat (tiêu chuẩn ASTM C66 hoặc AASHTO T103) dùng để đánh giá tính chất này của cốt liệu. * Hình dạng và cấu trúc bề mặt của cốt liệu: Hình dạng cốt liệu có góc cạnh để tạo lực ma sát và chèn móc lớn trong khung cốt liệu sẽ tạo được hỗn hợp có độ bền cơ học hơn khi sử dụng các hạt tròn cạnh. Các hỗn hợp sử dụng hạt tròn cạnh có khả năng linh động và dể đầm nén trong thi công, nhưng cũng dể tạo vệt lún bánh xe do độ rỗng còn dư nhỏ và khả năng biến dạng dẻo lớn. Độ thô ráp bề mặt hạt cốt liệu cũng tương tự như hình dạng cốt liệu có ảnh hưởng đến độ linh động khi thi công và cường độ hỗn hợp. Hình dạng và cấu trúc bề mặt thể hiện qua số mặt vỡ của hạt cốt liệu thể hiện khả năng chống lại sự xuất hiện vệt lún bánh xe. Hình dạng và số mặt vỡ cúa hạt cốt liệu chính là cơ sở để nghiên cứu cho ổn định của hỗn hợp BTN kể cả cấp phối chặt và cấp phối hở. * Độ sạch và hàm lượng các chất có hại: Độ sạch và hàm lượng các chất có hại (chủ yếu trên bề mặt của hạt cốt liệu như lượng bụi, sét và các chất hữu cơ) và lượng các hạt sét, hạt bở có ảnh hưởng đến cường độ chung của hỗn hợp và khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường. Chất lượng này của cốt liệu được đánh giá nhờ 2 TN: - TN xác định hàm lượng hạt sét và hạt bở (ASTM C142), áp dụng cho cốt liệu hạt thô. - TN đương lượng cát (ASTM D2419), áp dụng cho cốt liệu hạt mịn. Các tiêu chuẩn thông thường cho hỗn hợp BTN mặt đường hạn chế hàm lượng sét và hạt bở trong cốt liệu thô dưới 1% và đương lượng cát cho cốt liệu mịn là 25-35. 2. Các thông số kiểm soát chất lượng của cốt liệu sử dụng chế tạo BTN mặt đường: * Đá: - Thành phần cấp phối - Cường độ, độ ép nát. - Độ hao mòn Log Angeles - Lượng đá dăm mềm yếu và hạt thoi dẹt - Hàm lượng bụi, bùn, sét. * Cát: - Mô đun độ lớn - Hệ số đương lượng cát - Hàm lượng bụi, bùn, sét và tạp chất hữu cơ * Bột khoáng: - Loại đá chế tạo bột khoáng. - Lượng bụi, bùn, sét trong đá chế tạo bột khoáng - Khả năng hút nhựa của bột khoáng - Độ ẩm. - Thành phần cỡ hạt. Câu 4. (trang 14 sgk) So sánh cách phân loại nhựa đường đặc cũ (theo độ kim lún) và theo Superpave, và nêu các thí nghiệm xác định cho mỗi cách phân loại. Trả lời: Hiện nay có 3 cách phân loại nhựa đường, trong đó có 2 phương pháp truyền thống đã được áp dụng rỗng rãi trên thế giới: - Phân loại theo độ kim lún (AASHTO M20). - Phân loại theo độ nhớt (AASHTO M226). Và một phương pháp mới được xem là phù hợp với tình hình phát triển cộng nghệ với các loại nhựa đường mới - cải tiến, đó là phân loại theo Superpave. 1/. Phân loại theo phương pháp truyền thống: - Phân loại theo độ kim lún trong xây dựng đường ô tô dựa trên cơ sở TN độ kim lún của mẫu nhựa đường gốc (chưa hóa già) được thể hiện ở bảng sau: [...]... công tác quản lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa hiện nay và vấn đề độ bền khai khác của bê tông nhựa mặt đường Trả lời: 1 Trình bày về các quy định cơ bản trong quản lý chất lượng thi công mặt đường BTN: Để đảm bảo quản lý chất lượng thi công mặt đường BTN thì người thi công phải đảm bảo được các quy định cơ bản sau: - Yêu cầu về sản xuất hỗn hợp BTN: yêu cầu về thi t bị máy móc, trình tự... dự án cụ thể (cho lượng giao thông (số ESALs) và tốc độ dòng trung bình, vị trí của lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường, nhiệt độ không khí trung bình cao nhất và thấp nhất, thông số độ tin cậy Z và sai số bình phương trung bình tương ứng với độ tin cậy) Trả lời: 1 Hãy trình bày về chỉ tiêu chất lượng của các vật liệu thành phần và lựa chọn vật liệu cho bê tông nhựa mặt đường theo Superpave? *... trong quá trình rải thử 2 Hãy dựa vào kiến thức thực tế để đưa ra một số ý kiến về công tác quản lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa hiện nay và vấn đề độ bền khai khác của bê tông nhựa mặt đường: - Về vật liệu của hỗn hợp BTN: Theo nguyên tắc trước khi thi công mặt đường BTN phải thi t kế thành phần cấp phối hõn hợp, chất lượng hỗn hợp phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của các vật liệu của... nóng là loại nhựa đường đặc gốc dầu mỏ, nhựa phải sạch không lẫn nước, tạp chất, loại nhựa sử dụng do hồ sơ thi t kế quy định và phải thực hiện thí nghiệm trước khi sử dụng theo đúng quy định * Yêu cầu của hỗn hợp BTN: * Yêu cầu trình tự thi công: yêu cầu thi t bị thi công, trình tự thi công, yêu cầu công nghệ thi công các yêu cầu kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công Để đảm bảo thi công mặt đường... công việc thi công phải đảm bảo phối hợp nhịp nhàng hoạt động của trạm trộn, phương tiện vận chuyển hỗn hợp ra hiện trường, thi t bị rải và phương tiện lu lèn - Thi t bị thi công: để thi công mặt đường BTN thì thi t bị thi công gồm máy rải, xe vận chuyển hỗn hợp BTN, thi t bị lu lèn + Máy rải là thi t bị quan trọng để thực hiện công tải rải BTN ra mặt đường, công suất của máy rải phải phù hợp với công... trong quá trình thi công mặt đường BTN, việc có một công nghệ thi công hợp lý sẽ đảm bảo chất lượng mặt đường BTN sau khi hoàn thành Trước khi thi công cần phải làm sạch, khô và bằng phảng lớp móng, đảm bảo độ dốc ngang theo thi t kế, thi công lớp nhựa dính bám Để hoàn thi n một công nghệ thi công cần tiến hành rải thử, đoạn rải thử có khối lượng từ 80 - 100 tấn để kiểm tra và xác định công nghệ của quá... Trình tự thi công: yêu cầu thi t bị thi công, trình tự thi công, yêu cầu công nghệ thi công các yêu cầu kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công Trình bày các quy định cụ thể: * Yêu cầu về sản xuất hỗn hợp BTN: - Hỗn hợp BTN phải được chế tạo tại trạm trộn theo chu kỳ hoặc trạm trộn liên tục có thi t bị điều khiển và bảo đảm độ chính xác yêu cầu, công suất của trạm trộn phải đảm bảo đủ công suất... tiêu độ đàn hồi Nghiên cứu chỉ ra rằng khi độ kim lún giảm xuống nhỏ hơn 30, nhựa đường có độ kéo dài thấp cho đặc trưng phục vụ kém hơn là loại nhựa đường có độ kéo dài lớn hơn và có cùng độ kim lún - Độ nhớt: tại một nhiệt độ bất kỳ có mối tương quan với cường độ chống cắt của nhựa đường (là tỷ số giữa ứng suất cắt và biến dạng cắt) Độ nhớt của nhựa đường tại 600C liên quan đến đặc trưng độ bền khai... qua thực tế thi công thì độ sạch của các vật liệu nhất là đá dăm và bột khoáng phụ thuộc rất nhiều vào khu vực khai thác đá và công tác lưu trữ ở trạm trộn, vì vậy công tác quản lý chất lượng vật liệu đưa vào trạm trộn là rất quan trọng vì nếu độ sạch không đảm bảo thì sự phối hợp trong hỗn hợp không đạt yêu cầu và không dính bám được với nhựa - Công tác tại trạm trộn: Thực tế ngày nay các công trường... pháp Marshall hiện hành và phân tích các ưu điểm của phương pháp Superpave về khía cạnh độ bền khai thác của bê tông nhựa mặt đường Trả lời: 1 Phương pháp thi t kế hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường theo phương pháp Superpave? Superpave đề xuất một phương pháp thi t kế hốn hợp BTN mới có xét tới quan hệ chặt chẽ giữa các thí nghiệm trong phòng và điều kiện làm việc của kết cấu BTN ở hiện trường PP . chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa. Hãy dựa vào kiến thức thực tế để đưa ra một số ý kiến về công tác quản lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa hiện nay và vấn đề độ bền khai. bê tông nhựa - Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa. 9. Phân tích liên quan giữa cỡ hạt và thành phần cỡ hạt của cốt liệu làm bê tông nhựa mặt đường và vấn đề độ. GTVT Đề cơng ôn thi Độ bền kết cấu và tuổi thọ kết cấu bê tông nhựa học viên: Cao Ngọc Đính Lớp: cao học khoá 17 Chuyên ngành: xd đờng ôtô & đờng thành phố THáNG 09 - 2010 Câu hỏi Môn học: