Thông tin tài liệu
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
ch¬ng 1 - §Æt vÊn ®Ò vµ nhiÖm vô nghiªn cøu
1.1.
§Æt vÊn ®Ò vµ ®Æt nhiÖm vô nghiªn cøu
Bª t«ng nhùa lµ vËt liÖu chñ yÕu ®Ó x©y dùng ®êng « t« vµ ®îc sö dông réng
r·i trªn thÕ giíi còng nh ë ViÖt Nam. M¹ng líi ®êng quèc gia ë ViÖt Nam
hiÖn nay cã kho¶ng trªn 80% cã líp mÆt cã xö lý b»ng bitum, trong ®ã phÇn
lín lµ dïng bª t«ng nhùa. §iÒu nµy còng phï hîp trµo lu chung cña thÕ giíi,
vËt liÖu gia cè bitum vµ bª t«ng nhùa ®· vµ ®ang lµ lo¹i vËt liÖu rÊt th«ng
dông lµm líp mÆt cña kÕt cÊu ¸o ®êng «t«. C«ng nghÖ thi c«ng líp mÆt ®êng
b»ng bª t«ng nhùa còng ®· quen thuéc víi c¸c nhµ thÇu ViÖt Nam.
ViÖc n©ng cao chÊt lîng vµ tuæi thä líp mÆt bª t«ng nhùa ë níc ta sÏ gãp phÇn
n©ng cao chÊt lîng cña c¶ m¹ng líi ®êng «t« vµ cã ý nghÜa kinh tÕ kü thuËt to
lín. Nh÷ng cè g¾ng nh»m n©ng cao chÊt lîng vµ tuæi thä cña líp mÆt bª t«ng
nhùa cña kÕt cÊu ¸o ®êng cã thÓ ®i theo c¸c híng c¬ b¶n sau ®©y:
- Nghiªn cøu sö dông c¸c lo¹i bª t«ng nhùa cã cÊu tróc kh¸c víi c¸c lo¹i bª
t«ng nhùa th«ng thêng, cã cêng ®é vµ tuæi thä cao, chÞu ®îc t¸c dông cña
t¶i träng nÆng, cã nh÷ng ®Æc tÝnh phï hîp víi ®iÒu kiÖn khÝ hËu nhiÖt ®íi.
- Sö dông kÕt cÊu ¸o ®êng phï hîp víi t¶i träng giao th«ng (t¶i träng trôc xe
vµ lu lîng xe) vµ c¸c ®iÒu kiÖn m«i trêng.
- Hoµn thiÖn c«ng nghÖ thi c«ng ¸o ®êng vµ chÕ t¹o hçn hîp bª t«ng nhùa
theo híng hiÖn ®¹i ho¸ thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ: tõ thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn
hîp, thÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ vµ kiÓm tra chÊt lîng.
- Hoµn thiÖn ph¬ng ph¸p vµ c¶i tiÕn tæ chøc ®Ó c«ng t¸c duy tu söa ch÷a kÕt
cÊu ¸o ®êng ®¹t hiÖu qu¶ ngµy cµng cao h¬n, ®Æc biÖt trong lÜnh vùc t¸i t¹o
®é nh¸m vµ phßng ngõa h háng.
ViÖc x©y dùng c¸c líp kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa ®¶m b¶o chÊt lîng cao,
kÐo dµi tuæi thä, chÞu ®îc t¸c ®éng cña xe ch¹y vµ c¸c yÕu tè m«i trêng lµ mét
nhiÖm vô quan träng cña chuyªn ngµnh ®êng « t« trªn thÕ giíi còng nh ë ViÖt
Nam.
§Ó ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu chÊt lîng nªu trªn, líp bª t«ng nhùa ®îc thiÕt kÕ,
x©y dùng ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau:
- Chèng biÕn d¹ng d.
- Chèng nøt g·y do mái.
- Chèng nøt g·y do nhiÖt ®é thÊp.
- DÔ thi c«ng víi c¸c thiÕt bÞ hiÖn cã.
- BÒn l©u vµ chèng mµi mßn do t¸c ®éng cña c¸c ph¬ng tiÖn giao th«ng, ®iÒu
kiÖn khÝ hËu m«i trêng còng nh cña con ngêi.
- §ãng gãp vµo cêng ®é chung cña kÕt cÊu ¸o ®êng.
- DÔ duy tu b¶o dìng vµ quan träng nhÊt lµ ph¶i hiÖu qu¶ vÒ mÆt kinh tÕ.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
5
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
- B¶o ®¶m ®é nh¸m bÒ mÆt trong mäi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt.
- Cã hÖ sè søc c¶n l¨n trong ph¹m vi chÊp nhËn ®îc.
- H¹n chÕ ®é ån trong ph¹m vi cho phÐp.
§Ó ®¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu trªn, cÇn ph¶i thùc hiÖn ®ång bé ë tÊt c¶ c¸c kh©u
(nh thiÕt kÕ, thi c«ng, gi¸m s¸t, duy tu b¶o dìng, …), trong ®ã quan träng nhÊt
lµ ph¶i lùa chän ®îc ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ vµ c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c
®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ häc cña bª t«ng nhùa ®¸ng tin cËy, ph¶n ¸nh gÇn ®óng
nhÊt b¶n chÊt, ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña bª t«ng nhùa.
Trªn thÕ giíi ®· vµ ®ang sö dông nhiÒu ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ, nhiÒu ph¬ng ph¸p
thÝ nghiÖm hiÖn ®¹i ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu c¬ häc cña bª t«ng nhùa ph¶n ¸nh
gÇn ®óng ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa; trong khi ®ã
ViÖt Nam hiÖn vÉn ®ang sö dông mét sè ph¬ng ph¸p truyÒn thèng ®¬n gi¶n ®Ó
thiÕt kÕ, kiÓm tra, ®¸nh gi¸ chÊt lîng bª t«ng nhùa.
HiÖn nay, trªn thÕ giíi cã c¸c ph¬ng ph¸p chÝnh thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp
bª t«ng nhùa nãng (Hot Mix Asphalt-HMA) nh sau:
- Ph¬ng ph¸p cêng ®é cña Liªn X« (cò).
- Ph¬ng ph¸p Marshall
- Ph¬ng ph¸p Hveem
- Ph¬ng ph¸p Hubbard-Field
- Ph¬ng ph¸p SuperPave
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng nhùa nãng Marshall ®îc
dïng phæ biÕn ë ViÖt Nam vµ c¸c níc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi. Trong qu¸ tr×nh
sö dông nã béc lé nhiÒu nhîc ®iÓm vµ ®Õn ®Çu nh÷ng n¨m 1990 mét sè níc
nh Mü, Anh, §øc,... b¾t ®Çu nghiªn cøu sö dông c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c mµ
SuperPave lµ ph¬ng ph¸p ®îc lùa chän nhiÒu nhÊt ë nh÷ng níc ph¸t triÓn nµy.
Nh÷ng nghiªn cøu míi gÇn ®©y ë ViÖt Nam còng chØ ra nh÷ng tån t¹i cña ph¬ng ph¸p Marshall vµ kiÕn nghÞ sö dông ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ míi ¸p dông ®îc
trong nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc tÕ ViÖt Nam. Do vËy, cÇn thiÕt ph¶i cã mét nghiªn
cøu ®Çy ®ñ vµ toµn diÖn vÒ c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª
t«ng nhùa, trªn c¬ së ®ã ®a ra ®Þnh híng sö dông ë ViÖt Nam.
Nh vËy ®Ò tµi : “Nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª
t«ng nhùa vµ ®Ò xuÊt kh¶ n¨ng ¸p dông trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ ViÖt Nam hiÖn
nay” lµ cÇn thiÕt vµ cã tÝnh thêi sù.
1.2.
Ph¬ng híng gi¶i quyÕt ®Ò tµi
1.2.1 Môc tiªu nghiªn cøu
Nghiªn cøu tæng quan vÒ c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng
nhùa, ph©n tÝch c¸c u, nhîc ®iÓm cña tõng ph¬ng ph¸p vµ ®Ò xuÊt kh¶ n¨ng ¸p
dông trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ ViÖt Nam hiÖn nay.
1.2.2 NhiÖm vô nghiªn cøu
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
6
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
- Nghiªn cøu tæng quan vÒ c¸c lo¹i bª t«ng nhùa, ph©n tÝch u nhîc ®iÓm
cña c¸c lo¹i BTN.
- Nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng nhùa
®îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam. Trong ®ã ®i
s©u nghiªn cøu vÒ ph¬ng ph¸p hiÖn hµnh – Marshall vµ ph¬ng ph¸p
tiªn tiÕn SuperPave.
- Nghiªn cøu thùc tr¹ng sö dông bª t«ng nhùa lµm ®êng « t« vµ c«ng t¸c
thiÕt kÕ thµnh phÇn hiÖn nay ë ViÖt Nam.
- Bíc ®Çu thÝ nghiÖm thiÕt kÕ mÉu BTN trong phßng vµ ®Ò nghÞ ph¬ng
ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn ®ång thêi nªu ®îc c¸c khã kh¨n vµ gi¶i ph¸p
thùc tÕ khi ¸p dông.
1.2.3 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu
- Nghiªn cøu vÒ lý thuyÕt bª t«ng nhùa, thµnh phÇn vµ ph¬ng ph¸p thiÕt
kÕ thµnh phÇn BTN. Tham kh¶o c¸c tµi liÖu níc ngoµi vµ trong níc ®Ó
hÖ thèng ho¸ vÒ néi dung nghiªn cøu.
- Bíc ®Çu tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trong phßng ®Ó ®Ò xuÊt ph¬ng ph¸p
thiÕt kÕ thµnh phÇn BTN ¸p dông.
- §¸nh gi¸, kÕt luËn
1.2.4 ý nghÜa khoa häc cña ®Ò tµi
- VÒ lý thuyÕt : §Ò tµi lµ mét nghiªn cøu tæng hîp: Nªu ®îc tæng quan
c¸c lo¹i BTN, thµnh phÇn, tÝnh chÊt cña BTN, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c
ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn cña bª t«ng nhùa hiÖn ®ang ®îc sö
dông ë ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi vµ nh÷ng ®Þnh híng ¸p dông ë ViÖt
Nam hiÖn nay.
- VÒ thùc nghiÖm: Bíc ®Çu dùa trªn c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®Ó ph©n tÝch
®¸nh gi¸ u nhîc ®iÓm cña c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn BTN vµ
nh÷ng kiÕn nghÞ cho viÖc ¸p dông.
1.3.
Néi dung ®Ò tµi :
§Ò tµi ®îc thùc hiÖn t¹i Trêng §¹i häc GTVT , phÇn thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn
t¹i phßng thÝ nghiÖm C«ng ty cæ phÇn t vÊn Th¨ng Long. Néi dung cña ®Ò tµi
bao gåm 5 ch¬ng, 132 trang.
Ch¬ng 1: §Æt vÊn ®Ò vµ nhiÖm vô nghiªn cøu
Ch¬ng 2: Tæng quan vÒ bª t«ng nhùa lµm ®êng « t«
Ch¬ng 3: C¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp BTN
Ch¬ng 4: §¸nh gi¸ thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng nhùa cho mÆt ®êng
cÊp cao ë ViÖt Nam
Ch¬ng 5: KÕt luËn – KiÕn nghÞ
ch¬ng 2 – Tæng quan vÒ bª t«ng nhùa
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
7
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
lµm ®êng « t«
2.1. bª t«ng nhùa vµ u nhîc ®iÓm cña bª t«ng nhùa
2.1.1 Thµnh phÇn cña bª t«ng nhùa
Bª t«ng nhùa lµ hçn hîp gåm c¸c thµnh phÇn lµ cèt liÖu kho¸ng (®¸ d¨m, c¸t,
bét kho¸ng), chÊt liªn kÕt lµ nhùa ®êng vµ phô gia (nÕu cã) ®îc phèi hîp víi
nhau theo tû lÖ hîp lý. Mçi thµnh phÇn trong bª t«ng nhùa ®ãng mét vai trß
nhÊt ®Þnh vµ cã liªn quan chÆt chÏ víi nhau trong viÖc t¹o nªn mét khèi liªn
kÕt cã ®ñ cêng ®é vµ c¸c tÝnh chÊt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh sö dông:
- §¸ d¨m: Lµm nªn bé khung chñ yÕu cña bª t«ng nhùa, lµm cho bª t«ng
nhùa cã kh¶ n¨ng chÞu t¸c dông cña ngo¹i lùc vµ t¹o ®é nh¸m bÒ mÆt.
- C¸t: Cã vai trß lÊp ®Çy c¸c lç rçng gi÷a c¸c h¹t ®¸ d¨m vµ cïng víi ®¸ d¨m
lµm thµnh bé khung chñ yÕu cña bª t«ng nhùa.
- Bét kho¸ng: Cã vai trß lÊp ®Çy c¸c lç rçng gi÷a c¸c h¹t cèt liÖu lín. Bét
kho¸ng lµ lo¹i vËt liÖu cã tû diÖn cao (250÷300 m2/kg), cã ¸i lùc m¹nh víi
nhùa, biÕn nhùa vèn cã ë tr¹ng th¸i khèi, giät thµnh tr¹ng th¸i mµng máng,
bao bäc dÔ dµng víi c¸c h¹t kho¸ng vËt. Bét kho¸ng cã vai trß nh mét chÊt
phô gia lµm cho nhùa t¨ng thªm ®é nhít, t¨ng thªm kh¶ n¨ng dÝnh b¸m vµ
t¨ng tÝnh æn ®Þnh nhiÖt. Bét kho¸ng cïng víi nhùa t¹o ra mét chÊt liªn kÕt
míi cã tÝnh chÊt h¬n h¼n c¸c tÝnh chÊt riªng cña nhùa ®êng.
- Nhùa ®êng: Lµ chÊt liªn kÕt, kÕt dÝnh c¸c h¹t cèt liÖu kho¸ng l¹i víi nhau
thµnh mét khèi vµ gãp phÇn lÊp ®Çy c¸c lç rçng gi÷a c¸c h¹t cèt liÖu.
- Phô gia: MÆc dï ®îc sö dông víi hµm lîng rÊt nhá, nhng phô gia cã vai trß
trong viÖc c¶i thiÖn mét hoÆc mét sè tÝnh chÊt nµo ®ã cña bª t«ng nhùa.
Nh vËy, cêng ®é cña bª t«ng nhùa ®îc h×nh thµnh trªn c¬ së nguyªn lý h×nh
thµnh cêng ®é cña hçn hîp vËt liÖu theo nguyªn t¾c cÊp phèi víi chÊt kÕt dÝnh
lµ nhùa ®êng.
2.1.2 ¦u, nhîc ®iÓm chñ yÕu cña bª t«ng nhùa
a) Nh÷ng u ®iÓm chñ yÕu cña bª t«ng nhùa
Bª t«ng nhùa ®îc sö dông phæ biÕn ë ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi ®Ó x©y dùng
®êng « t« vµ ®êng s©n bay lµ do cã nh÷ng u ®iÓm chñ yÕu sau ®©y:
−
−
C«ng nghÖ chÕ t¹o vµ thi c«ng ®¬n gi¶n, thuËn lîi cho viÖc ¸p dông c¬ giíi
ho¸ do ®ã cã tèc ®é thi c«ng nhanh, dÔ ®¶m b¶o chÊt lîng cao.
C«ng t¸c kiÓm tra chÊt lîng tríc, trong vµ sau khi thi c«ng dÔ thùc hiÖn vµ
®· ®îc chuÈn ho¸.
−
Cho phÐp khai th¸c sö dông ngay sau khi thi c«ng.
−
MÆt ®êng cã tÝnh toµn khèi, b»ng ph¼ng, ªm thuËn.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
8
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
−
Ýt bôi, kh«ng ån, Ýt bÞ bµo mßn.
−
Cã tuæi thä t¬ng ®èi dµi.
−
DÔ dµng b¶o dìng, söa ch÷a trong qu¸ tr×nh khai th¸c.
−
TrÇn Quèc §¹t
Cho phÐp t¸i phôc håi chÊt lîng nhê c«ng nghÖ t¸i sinh mÆt ®êng sau thêi
gian khai th¸c nhÊt ®Þnh.
b) Nh÷ng nhîc ®iÓm chñ yÕu cña bª t«ng nhùa
Bªn c¹nh nh÷ng u ®iÓm chñ yÕu kÓ trªn, bª t«ng nhùa cßn cã mét sè nhîc
®iÓm sau:
−
æn ®Þnh nhiÖt kÐm: Khi nhiÖt ®é thay ®æi th× cÊu tróc cña bª t«ng nhùa
thay ®æi, dÉn ®Õn c¸c ®Æc trng vÒ cêng ®é vµ biÕn d¹ng còng thay ®æi theo:
+ ë nhiÖt ®é cao, bª t«ng nhùa thÓ hiÖn tÝnh dÎo, cêng ®é chÞu nÐn rÊt
kÐm, søc chèng c¾t thÊp, biÕn d¹ng t¨ng. V× vËy mÆt ®êng dÔ g©y trît, lîn sãng, h»n vÖt b¸nh xe, næi nhùa lªn mÆt, ¶nh hëng nhiÒu ®Õn chÊt lîng khai th¸c vµ tuæi thä cña mÆt ®êng.
+ ë nhiÖt ®é thÊp, bª t«ng nhùa thÓ hiÖn tÝnh gißn, kh¶ n¨ng chÞu kÐo
kÐm, mÆt ®êng dÔ bÞ nøt nÎ.
−
HiÖn tîng l·o ho¸ theo thêi gian: Do sù bay h¬i cña c¸c thµnh phÇn dÇu
nhÑ, qu¸ tr×nh « xy ho¸ vµ trïng hîp cña c¸c hîp chÊt cao ph©n tö cã trong
thµnh phÇn nhùa ®êng.
- Kém ổn định với nước. Mặt đường rất chóng bị phá hỏng ở những nới ẩm
ướt lớn hay ngập nước.
- Cường độ mặt đường bị giảm dần theo thời gian do hiện tượng lão hoá của
nhựa.
- Các loại xe bánh xích, bánh sắt đi lại trên mặt đường BTN thường hay để
lại những dấu vết làm hư hỏng lớp trên mặt, nên thường không làm mặt
đường BTN cho loại xe này chạy.
- Hệ số bám sẽ giảm đi khi mặt đường ẩm ướt nên xe dễ bị trượt. Khắc phục
bằng cách thảm lên bề mặt lớp vật liệu tạo nhám.
- Đầu tư ban đầu tương đối lớn. Nhưng xét tới hiệu quả giữa chi phí ban đầu
và chi chi phí duy tu, bảo dưỡng và vận tải mà mặt đường BTN đem lại so
với các loại mặt đường khác thì chưa chắc đây đã là nhược điểm.
c) Nh÷ng d¹ng h háng chÝnh cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa
Díi t¸c dông cña t¶i träng giao th«ng vµ c¸c ®iÒu kiÖn khÝ hËu m«i trêng, mÆt
®êng bª t«ng nhùa thêng xuÊt hiÖn mét sè d¹ng h háng sau:
−
MÆt ®êng bÞ biÕn d¹ng, gåm:
+ BiÕn d¹ng vÜnh cöu (vÖt h»n b¸nh xe).
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
9
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
+ VËt liÖu bÞ x« dån.
−
MÆt ®êng bÞ nøt, gåm:
+ Nøt mái.
+ Nøt do nhiÖt ®é thÊp.
+ Nøt ph¶n x¹.
−
VËt liÖu bÞ bong bËt.
−
HiÖn tîng phïi nhùa lªn bÒ mÆt.
−
BÒ mÆt bÞ mµi mßn.
§Ó líp mÆt bª t«ng nhùa cã chÊt lîng tèt, bÒn v÷ng, ®¸p øng ®îc yªu cÇu sö
dông díi t¸c dông cña t¶i träng xe vµ c¸c ®iÒu kiÖn khÝ hËu m«i trêng, yªu cÇu
hçn hîp bª t«ng nhùa vµ kÕt cÊu mÆt ®êng ph¶i ®îc thiÕt kÕ hîp lý dùa trªn
c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa.
d) Phạm vi áp dụng: do những ưu, nhược điểm trên nên mặt đường bê tông
nhựa thường được sử dụng làm lớp mặt của:
- Mặt đường cho những đường cấp cao: cấp 60 trở lên
- Mặt đường cao tốc
- Làm mặt đường thành phố
- Làm mặt đường của những đường có ý nghĩa quan trọng.
- Làm mặt sân bay, quảng trường.
- Lớp thảm trên mặt cầu bê tông xi măng
2.1.3 CÊu tróc cña bª t«ng nhùa
§Ó nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn cña bª t«ng nhùa, tríc hÕt
cÇn ph¶i nghiªn cøu cÊu tróc cña lo¹i vËt liÖu nµy.
VÒ mÆt cÊu tróc, bª t«ng nhùa lµ mét vËt liÖu x©y dùng cã cÊu tróc thuéc lo¹i
cuéi kÕt nh©n t¹o, trong ®ã c¸c cèt liÖu kho¸ng vËt ®îc dÝnh kÕt víi nhau nhê
chÊt liªn kÕt asphalt. Tuy nhiªn còng cßn mét vµi quan ®iÓm vÒ cÊu tróc cña
hçn hîp:
- Quan ®iÓm theo m« h×nh ®¬n gi¶n xem bª t«ng nhùa gåm hai pha c¬ b¶n:
pha r¾n lµ cèt liÖu kho¸ng vËt gåm ®¸, c¸t vµ bét kho¸ng, cßn pha láng lµ
nhùa
- Quan ®iÓm xem bª t«ng nhùa nh lµ mét vËt liÖu gåm hai thµnh phÇn cÊu
tróc: mét lµ khung sên vËt liÖu kho¸ng vËt gåm ®¸ vµ c¸t, hai lµ chÊt liªn
kÕt asphalt gåm bitum vµ bét kho¸ng.
- Quan ®iÓm xem bª t«ng nhùa lµ mét hÖ thèng gåm ba cÊu tö ®Ó thuËn lîi
trong viÖc nghiªn cøu ®iÒu chØnh cÊu tróc cña bª t«ng nhùa theo c¸c yªu
cÇu sö dông.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
10
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
+ Mét lµ cÊu tróc vi m« (tÕ vi) gåm nhùa vµ bét kho¸ng t¹o thµnh chÊt
liªn kÕt asphalt
+ Hai lµ cÊu tróc trung gian gåm c¸t vµ chÊt liªn kÕt asphalt t¹o thµnh v÷a
asphalt
+ Ba lµ cÊu tróc vÜ m« gåm ®¸ d¨m vµ v÷a asphalt t¹o thµnh hçn hîp bª
t«ng nhùa.
* XÐt cÊu tróc tÕ vi sÏ thÊy râ c¸c quan hÖ sè lîng, sù bã trÝ vµ t¬ng t¸c
gi÷a bi tum vµ bét kho¸ng – thµnh phÇn ph©n t¸n ho¹t ®éng nhÊt cña bª
t«ng nhùa. Cêng ®é cña bª t«ng nhùa biÕn ®æi rÊt nhiÒu tïy thuéc vµo hµm
lîng bét kho¸ng, vµo tû sè nhùa bi tum ®èi víi bét kho¸ng (B/BK). Khi lîng nhùa nhiÒu bét kho¸ng Ýt, c¸c h¹t bét kho¸ng bäc mµng nhùa dµy,
kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi nhau, cÊu tróc tÕ vi nµy ë d¹ng bazan-cêng ®é
sÏ nhá, trêng hîp nµy thÓ hiÖn ë khu vùc I trªn h×nh 2.1
H×nh 2.1 ¶nh hëng cña tû lÖ [bitum/bét kho¸ng] ®Õn cêng ®é nÐn cña bª t«ng nhùa
Khi t¨ng lîng bét kho¸ng lªn, tû lÖ bitum trªn bét kho¸ng gi¶m, ®Õn lóc lîng nhùa võa ®ñ ®Ó bäc c¸c h¹t bét kho¸ng b»ng mét mµng nhùa máng.
C¸c h¹t nµy sÏ tiÕp xóc víi nhau trùc tiÕp qua mét mµng máng bitum cã
®Þnh híng (kho¶ng 0,25 µm); lóc nµy cÊu tróc tÕ vi cã cêng ®é cao nhÊt thÓ
hiÖn ë khu vùc II. NÕu tiÕp tôc t¨ng lîng bét kho¸ng lªn n÷a, bi tum sÏ
kh«ng ®ñ ®Ó t¹o mµng bäc kh¾p c¸c h¹t; cÊu tróc tÕ vi sÏ t¨ng lç rçng, c¸c
h¹t kh«ng liªn kÕt ®îc víi nhau, cêng ®é sÏ gi¶m nhanh thÓ hiÖn ë khu vùc
III.
* XÐt vÒ cÊu tróc trung gian cña bª t«ng nhùa th× thÊy r»ng khi ®a c¸t vµo
chÊt liªn kÕt asphalt ®Ó t¹o thµnh v÷a asphalt th× sÏ lµm gi¶m cêng ®é cña
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
11
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
hÖ thèng v× c¸t ®· lµm gi¶m tÝnh ®ång nhÊt cña hçn hîp. CÊu tróc trung
gian còng ¶nh hëng kh¸ lín ®Õn cêng ®é, ®é biÕn d¹ng, ®é chÆt vµ c¸c tÝnh
chÊt kh¸c cña bª t«ng nhùa.
* XÐt vÒ cÊu tróc vÜ m« cña bª t«ng nhùa: c¸c viªn ®¸ lµ mét yÕu tè c¬ b¶n
®Ó lµm thµnh cÊu tróc vÜ m« cña bª t«ng nhùa. CÊu tróc nµy ®îc x¸c ®Þnh
b»ng quan hÖ sè lîng, vÞ trÝ t¬ng hç, ®é lín cña ®¸ d¨m. §¸ d¨m ®îc liªn
kÕt víi nhau t¹o thµnh mét khèi sên kh«ng gian trong v÷a asphalt. §ång
thêi cÊu tróc nµy còng ®îc x¸c ®Þnh b»ng tÝnh chÊt cña c¸c qu¸ tr×nh t¬ng
t¸c ë mÆt ph©n giíi bitum-®¸.
Vai trß cÊu tróc hãa cña ®¸ d¨m còng nh cña c¸t, kh¸c nhiÒu so víi bét
kho¸ng. Vai trß chÝnh cña ®¸ d¨m lµ lµm thµnh mét sên kh«ng gian ®¶m
b¶o cêng ®é cho bª t«ng nhùa. Víi lîng ®¸ d¨m qu¸ Ýt, chóng chØ nh c¸c
h¹t tr¬ b¬i trong v÷a asphalt, c¸c h¹t ®¸ d¨m n»m c¸ch xa nhau bëi c¸c líp
v÷a asphalt dµy. Ngêi ta thÊy r»ng nÕu hµm lîng ®¸ chØ ®é 10-20% th× cßn
lµm cho cêng ®é cña líp bª t«ng nhùa gi¶m ®i so víi v÷a asphalt v× sè ®¸
®ã ®· lµm gi¶m tÝnh ®ång nhÊt cña hçn hîp. Còng thÊy r»ng, trong trêng
hîp nµy, kÝch cì, tÝnh chÊt bÒ mÆt cña ®¸ d¨m, h×nh d¹ng cña chóng ch¼ng
cã ¶nh hëng g× lín ®Õn tÝnh chÊt cña bª t«ng nhùa.
Khi t¨ng lîng ®¸ d¨m lªn, sÏ lµm t¨ng c¸c tiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a c¸c viªn
®¸ qua mét mµng máng bitum cã ®Þnh híng. Khi ®¸ d¨m t¨ng lªn ®Õn 6065% th× trong hçn hîp bª t«ng nhùa sÏ lËp thµnh mét sên kh«ng gian, c¸c
h¹t ®¸ d¨m sÏ tiÕp xóc víi nhau trùc tiÕp qua mét mµng bitum rÊt máng cã
tÝnh r¾n, gi÷a c¸c h¹t ®¸ d¨m nµy sÏ ®îc v÷a asphalt lÊp ®Çy, ®ã lµ cÊu tróc
d¹ng rçng cña bª t«ng nhùa. NÕu ta thªm ®¸ d¨m vµo n÷a th× sÏ thµnh cÊu
tróc tiÕp xóc, ®é rçng t¨ng lªn nhiÒu, lín h¬n thÓ tÝch v÷a asphalt, lµm cho
bª t«ng nhùa gi¶m cêng ®é (h×nh 2.2) .
H×nh 2.2 ¶nh hëng cña hµm lîng ®¸ d¨m ®Õn cêng ®é nÐn cña bª t«ng nhùa
CÊu tróc cña ba cÊu tö ®ã cã t¬ng quan víi nhau chÆt trÏ khi thiÕt kÕ mét
hçn hîp bª t«ng nhùa nhÊt ®Þnh.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
12
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
§Ó ®¹t chÊt lîng ®· ®Þnh tríc cho mét d¹ng bª t«ng nhùa, cÇn ph¶i phèi
hîp cho ®¹t ®îc mét t¬ng quan hîp lý vÒ m¨t sè lîng gi÷a cÊu tróc vÜ m«,
trung gian va tÕ vi vµ gi÷ t¬ng quan ®ã trong suèt qu¸ tr×nh chÕ t¹o bª t«ng
nhùa.
Cã nghÜa lµ víi mçi cÊu tróc vÜ m« ®· chän chØ t¬ng øng víi mét sè cÊu
tróc tÕ vi nhÊt ®Þnh nµo ®ã ®Ó cã c¸c chØ tiªu c¬ lý cao.
H×nh 2.3 lµ m« h×nh t¬ng quan phèi hîp gi÷a c¸c cÊu tróc vi m«, trung
gian vµ tÕ vi cña bª t«ng nhùa.
H×nh 2.3 M« h×nh t¬ng quan phèi hîp gi÷a c¸c cÊu truc vÜ m«, trung gian vµ tÕ vi cña
bª t«ng nhùa
Theo m« h×nh t¬ng quan nµy, tû sè gi÷a lîng bitum trªn lîng bét kho¸ng
®èi víi mçi d¹ng cÊu tróc cña bª t«ng nhùa (d¹ng cÊu tróc vÜ m«) cã thÓ
lÊy nh sau:
- Khi bª t«ng nhùa cã d¹ng cÊu tróc “bazan” th× [B/BK]=0,5-0,6
- Khi bª t«ng nhùa cã cÊu tróc d¹ng “rçng-bazan” th× [B/BK]=0,6-0,9
- Khi bª t«ng nhùa cã cÊu tróc d¹ng “rçng” vµ “rçng-tiÕp xóc” th×
[B/BK]=0,9-1,1
Tû sè [B/BK] nãi trªn sÏ t¨ng khi ®é qu¸nh (nhít) cña nhùa t¨ng lªn.
2.2 C¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n cña bª t«ng nhùa
TÝnh chÊt cña bª t«ng nhùa phô thuéc vµo cÊu tróc cña nã; cÊu tróc nµy phô
thuéc vµo tÝnh chÊt vµ hµm lîng cña c¸c thµnh phÇn cÊu thµnh, vµo sù ph©n bè
®Òu ®Æn c¸c cì h¹t vµ nhùa ®êng, vµo chÊt lîng kü thuËt trong qu¸ tr×nh chÕ
t¹o hçn hîp, ®Æc biÖt lµ chÕ ®é nhiÖt vµ ®é chÆt chÆt cña bª t«ng nhùa.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
13
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Víi c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu thµnh phÇn, ®Æc biÖt lµ cña nhùa ®êng, bª t«ng
nhùa cã tÝnh chÊt phøc t¹p lµ ®µn-nhít-dÎo.
1. TÝnh ®µn-nhít
Khi lùc t¸c dông nhanh vµ gi¸ trÞ øng suÊt nhá, nhiÖt ®é hçn hîp kh«ng cao,
vËt liÖu cã tÝnh ®µn-nhít lµ chñ yÕu.
2. TÝnh nhít-dÎo
Khi lùc t¸c dông chËm vµ gi¸ trÞ øng suÊt lín, nhiÖt ®é hçn hîp cao, vËt liÖu
c¬ b¶n cã tÝnh nhít-dÎo.
C¸c ®Æc trng vÒ cêng ®é vµ ®é æn ®Þnh cña bª t«ng nhùa ngoµi phô thuéc vµo
thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu cÊu thµnh, cßn phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn
lµm viÖc thùc tÕ bao gåm t¶i träng t¸c dông vµ ®iÒu kiÖn tù nhiªn:
C¸c ®Æc ®iÓm cña t¶i träng lµ ®é lín, thêi gian vµ tÇn suÊt t¸c dông.
Trong sè c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn, nhiÖt ®é lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh. NhiÖt ®é thay
®æi lµm thay ®æi b¶n chÊt vËt lý cña nhùa ®êng vµ vËt liÖu bª t«ng nhùa.
3. TÝnh ch¶y-dÎo
TÝnh ch¶y-dÎo cña bª t«ng nhùa ®îc thÓ hiÖn ë tÝnh lu biÕn (qu¸ tr×nh biÕn
d¹ng theo thêi gian). §Æc tÝnh biÕn d¹ng cña bª t«ng nhùa cã quan hÖ chÆt chÏ
víi thêi gian t¸c dông cña t¶i träng vµ tèc ®é gia t¶i.
Cïng víi tÝnh chÊt lu biÕn lµ tÝnh chÊt ph¸t triÓn ®µn håi chËm (biÕn d¹ng ®µn
håi kh«ng ph¸t sinh liÒn ngay khi cã t¸c dông cña t¶i träng mµ cã mét kho¶ng
thêi gian ®Ó ph¸t triÓn).
Víi tÝnh lu biÕn vµ tÝnh ph¸t triÓn ®µn håi chËm, thêi gian t¸c dông cña t¶i
träng lµ mét nh©n tè quan träng ¶nh hëng ®Õn c¸c ®Æc trng c¬ häc cña vËt liÖu
bª t«ng nhùa.
2.3 Lý thuyÕt c¬ b¶n vÒ cêng ®é vµ ®é æn ®Þnh cña bª t«ng nhùa
Nh ®· tr×nh bµy ë trªn, tÝnh chÊt cña hçn hîp bª t«ng nhùa phô thuéc vµo cÊu
tróc cña nã; cÊu tróc nµy phô thuéc vµo tÝnh chÊt vµ hµm lîng cña c¸c thµnh
phÇn cÊu thµnh, vµo sù ph©n bè ®Òu ®Æn c¸c cì h¹t vµ nhùa, vµo chÊt lîng kü
thuËt trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o hçn hîp, ®Æc biÖt lµ chÕ ®é nhiÖt vµ ®é chÆt cña
hçn hîp.
Nh÷ng quy luËt vµ quan hÖ vÒ ®Þnh lîng gi÷a c¸c cÊu tróc vµ thµnh phÇn trong
bª t«ng nhùa víi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña nã ®· ®îc nghiªn cøu ë nhiÒu níc.
1. Theo GS Rwbep L.A th× cêng ®é, ®é dÎo vµ mét sè tÝnh chÊt kh¸c cña hçn
hîp bª t«ng nhùa phô thuéc vµo c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña chÊt liªn kÕt asphalt
(nhùa+bét kho¸ng), vµo lùc dÝnh b¸m ë mÆt tiÕp xóc cña c¸c pha vµ vµo ®é
rçng cña hçn hîp theo quan hÖ sau:
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
14
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
R=
TrÇn Quèc §¹t
k1 R*
lg pmax m
X
lg px
Trong ®ã:
- R : cêng ®é cña bª t«ng nhùa (nÐn, kÐo, c¾t)
- R*: cêng ®é cña chÊt liªn kÕt asphalt cã thµnh phÇn tiªu chuÈn trong ®iÒu
kiÖn nhiÖt ®é vµ ®Çm nÐn nhÊt ®Þnh
- X: tû sè cña trÞ sè [B/BK] trong bª t«ng nhùa, ®èi víi trÞ sè [B */BK] trong
chÊt liªn kÕt asphalt cã cêng ®é R* (X lu«n lu«n lín h¬n 1)
- B : hµm lîng nhùa trong bª t«ng nhùa
- B*: hµm lîng nhùa trong chÊt liªn kÕt asphalt cã cêng ®é R*
- BK : hµm lîng bét kho¸ng
- m : chØ sè lòy thõa, ®Æc trng cho tÝnh chÊt dÝnh b¸m ë mÆt ph©n giíi gi÷a
chÊt liªn kÕt vµ bÒ mÆt h¹t kho¸ng vËt.
- pmax : ®é chÆt lín nhÊt cã thÓ ®¹t ®îc cña cèt liÖu kho¸ng vËt cña c¸c thµnh
phÇn h¹t ®· cho
- px : ®é chÆt thùc tÕ cña hçn hîp cèt liÖu kho¸ng vËt
- k1 : hÖ sè rçng cña hçn hîp bª t«ng nhùa
2. Theo GS Ivanov N.N th× cêng ®é cña bª t«ng nhùa phô thuéc chñ yÕu vµo
hai yÕu tè: lùc ma s¸t do cèt liÖu kho¸ng vËt vµ lùc dÝnh do sù cã mÆt cña bét
kho¸ng, do cã mÆt vµ c¸c tÝnh chÊt cña bitum vµ do sù mãc víng cña c¸c h¹t
to víi nhau.
Lùc ma s¸t nµy Ýt thay ®æi theo nhiÖt ®é vµ thêi gian t¸c dông cña t¶i träng,
nhng thay ®æi the hµm lîng nhùa trong hçn hîp.
Lùc dÝnh C gåm hai thµnh phÇn: C 1 lµ do sù mãc víng gi÷a c¸c h¹t, kh«ng
thay ®æi theo nhiÖt ®é, ®é Èm vµ tèc ®é biÕn d¹ng, chØ gi¶m mét Ýt khi chÞu t¸c
dông cña t¶i träng trïng phôc; C2 lµ thµnh phÇn lùc dÝnh ph©n tö, do t¸c dông
dÝnh b¸m t¬ng hç gi÷a nhùa vµ ®¸ vµ do lùc dÝnh kÕt bªn trong cña b¶n th©n
nhùa. Thµnh phÇn lùc C2 nµy phô thuéc nhiÒu vµo yÕu tè ®é nhít cña nhùa
bitum η, nhiÖt ®é t, tû diÖn cña cèt liÖu kho¸ng vËt Ω, ¸i lùc ph©n tö gi÷a nhùa
vµ kho¸ng vËt α1, kh¶ n¨ng trao ®æi hãa häc α2, møc ®é æn ®Þnh cña c¸c tÝnh
chÊt liªn kÕt tù nhiªn cña cèt liÖu kho¸ng vËt α3, sù biÕn ®æi ®é nhít ban ®Çu
cña nhùa α4, chiÒu dµy cña mµng nhùa β, tèc ®é biÕn d¹ng v cña hÖ thèng vµ
hÖ sè dÎo m cña hçn hîp.
BiÓu diÔn sù phô thuéc cña cêng ®é hçn hîp bª t«ng nhùa vµo cÊu tróc, chiÒu
dµy trung b×nh cña mµng nhùa bäc, nhiÖt ®é, tèc ®é biÕn d¹ng, GS Rwbep ®·
®Ò nghÞ mét c«ng thøc tæng qu¸t sau:
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
15
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
n
m
p
β v t
R2 = R1 1 ÷ 2 ÷ 1 ÷
β 2 v1 t2
Trong ®ã:
- R1, R2 : cêng ®é cña hçn hîp bª t«ng nhùa t¬ng øng víi tèc ®é biÕn d¹ng
v1, v2 víi nhiÖt ®é thÝ nghiÖm t1, t2 (theo ®é Kelvin), víi chiÒu dµy trung
b×nh cña mµng nhùa β1, β2.
- m : chØ sè mò, ®Æc trng cho møc ®é thay ®æi cêng ®é theo sù biÕn ®æi cña
tèc ®é biÕn d¹ng
- p : chØ sè mò, ®Æc trng cho møc ®é thay ®æi cêng dé khi nhiÖt ®é biÕn thiªn
10
- n : chØ sè mò, ®Æc trng chÊt lîng cña hân hîp kho¸ng (®é chÆt, tÝnh dÝnh
b¸m cña bitum víi ®¸)
2.4 C¸c tÝnh chÊt lu biÕn vµ m« h×nh lu biÕn cña bª t«ng nhùa
Mét trong nh÷ng ®Æc trng chñ yÕu cña hçn hîp cã dïng nhùa lµm chÊt liªn kÕt
lµ tÝnh lu biÕn; v× r»ng, c¸c qu¸ tr×nh biÕn d¹ng cña hçn hîp nµy, mµ râ nhÊt lµ
bª t«ng nhùa cã liªn hÖ rÊt chÆt trÏ ®Õn thêi gian t¸c dông cña t¶i träng, tèc ®é
®Æt t¶i träng; cßn trÞ sè øng suÊt th× phô thuéc vµo tèc ®é biÕn d¹ng vµ trÞ sè
biÕn d¹ng.
Khi nghiªn cøu tÝnh lu biÕn cña bª t«ng nhùa cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c h»ng sè lu
biÕn sau ®©y ®Ó ®Æc trng cho c¸c tÝnh chÊt c¬ häc vµ cÊu tróc cña nã: m« ®un
®µn håi, ®é nhít, giíi h¹n ch¶y dÎo, thêi gian chËm trÔ cña biÕn d¹ng ®µn håi,
thêi gian chïng øng suÊt. Vµ trªn c¬ së c¸c h»ng sè lu biÕn Êy cã thÓ x¸c ®Þnh
®îc c¸c yªu cÇu cô thÓ ®èi víi hçn hîp bª t«ng nhùa.
Bª t«ng nhùa cã quy luËt chung vÒ biÕn d¹ng phô thuéc vµo trÞ sè cña øng suÊt
thÓ hiÖn trªn ®êng cong lu biÕn (h×nh 2.4). Mçi ®o¹n cña ®êng cong lu biÕn
®Æc trng cho c¸c tÝnh chÊt lu biÕn cña vËt liÖu lµm viÖc trong tõng giai ®o¹n,
phô thuéc vµo trÞ sè cña øng suÊt.
Gãc nghiªng cña ®o¹n th¼ng thø nhÊt cña ®êng cong lu biÕn ®Æc trng cho ®é
nhít lín nhÊt η cña vËt liÖu khi cÊu tróc cha bÞ ph¸ ho¹i, t¬ng øng víi giai
®o¹n biÕn d¹ng rÊt chËm cña vËt liÖu khi øng suÊt cßn bÐ.
η0 =
P
dε
dt
§o¹n cong AB cña ®êng cong lu biÕn t¬ng øng víi giai ®o¹n mµ cÊu tróc ban
®Çu cña vËt liÖu ®· bÞ ph¸ ho¹i phÇn nµo, ®é nhít cña vËt liÖu ®· gi¶m ®i Ýt
nhiÒu v× øng suÊt ®· t¨ng lªn dÇn dÇn cho ®Õn gÇn gi¸ trÞ Pk vµ gäi lµ trÞ sè giíi
h¹n ch¶y dÎo.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
16
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
H×nh 2.4 §êng cong lu biÕn
Khi øng suÊt vît qu¸ giíi h¹n ch¶y dÎo Pk th× tèc ®é biÕn d¹ng t¨ng nhanh vµ
trë l¹i tû lÖ víi sù t¨ng cña øng suÊt, møc ®é ph¸ ho¹i cÊu tróc cña vËt liÖu
t¨ng lªn nhiÒu. Giai ®o¹n lµm viÖc nµy cña vËt liÖu thÓ hiÖn ë ®o¹n th¼ng thø 2
cña ®êng cong lu biÕn vµ t¬ng øng víi giai ®o¹n nµy trÞ sè ®é nhít cña vËt liÖu
b»ng ®é nhít ë giai ®o¹n ch¶y dÎo ηd cã thÓ tÝnh b»ng c«ng thøc:
ηd =
P − Pk
ε& − ε& 0
Trong ®ã ε& 0 lµ tèc ®é biÕn d¹ng øng víi ®iÓm B trªn ®êng cong lu biÕn
H×nh 2.5 Quan hÖ gi÷a ®é nhít cña vËt liÖu (η ) vµ møc ®é ph¸ ho¹i cÊu tróc vËt liÖu
(α ) víi øng suÊt c¾t (P) trong ®iÒu kiÖn ch¶y æn ®Þnh
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
17
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Khi øng suÊt tiÕp tôc t¨ng n÷a th× møc ®é ph¸ ho¹i cña cÊu tróc t¨ng ®ét ngét
vµ khi ®· ë giíi h¹n hoµn toµn bÞ ph¸ háng th× ®é nhít ®· gi¶m ®Õn trÞ sè bÐ
nhÊt ηm. TrÞ sè ηm kh«ng ®æi nghÜa lµ kh«ng phô thuéc vµo trÞ sè cña øng suÊt
n÷a. H×nh 2.5 biÓu thÞ quan hÖ gi÷a trÞ sè ®é nhít cña vËt liÖu vµ møc dé ph¸
ho¹i cÊu tróc cña vËt liÖu víi øng suÊt c¾t trong ®iÒu kiÖn ch¶y æn ®Þnh,
§Ó biÓu diÔn mét c¸ch dÔ thÊy tÝnh chÊt c¬ häc khi ngo¹i lùc t¸c dông vµ khi
®Ó x¸c ®Þnh c¸c néi lùc, øng suÊt vµ biÕn d¹ng trong khèi vËt liÖu bª t«ng
nhùa, ngêi ta ®· dïng c¸c m« h×nh lu biÕn kh¸c nhau tïy theo tÝnh chÊt vµ giai
®o¹n lµm viÖc cña bª t«ng nhùa.
2.4.1. M« h×nh Maxvel
Khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é thÊp, mÆt ®êng bª t«ng nhùa cã thÓ dïng m« h×nh
Maxvel thÓ hiÖn tÝnh ®µn-nhít cña bª t«ng nhùa:
M« h×nh Maxvel (h×nh 2.6) gåm mét lß xo ®µn håi lý tëng cã m« ®un ®µn håi
E1 ghÐp nèi tiÕp víi mét vËt c¶n ®ùng chÊt láng cã ®é nhít η1.
H×nh 2.6 M« h×nh Maxvel
H×nh 2.7 Sù chïng øng suÊt trong m« h×nh Maxvel
Khi lùc t¸c dông lß xo ph¸t sinh g©y biÕn d¹ng ®µn håi vµ biÕn d¹ng nhít ë
vËt c¶n tiÕp tôc ph¸t triÓn trong suèt c¶ thêi gian t¸c dông cña lùc. V× thÕ ë
mçi thêi ®iÓm, biÕn d¹ng tæng thÓ εch sÏ lµ:
εch = ε1 + ε2
Trong ®ã:
- ε1 : BiÕn d¹ng ®µn håi cña lß xo
- ε2 : BiÕn d¹ng kh«ng phôc håi cña vËt c¶n cã ®é nhít η1
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
18
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
LÊy vi ph©n cña biÓu thøc sÏ cã tèc ®é biÕn d¹ng chung ε& b»ng:
ε& =
d ε d ε1 d ε 2 dσ σ
=
+
=
+
dt
dt
dt
E1dt η1
Gi¶i ph¬ng tr×nh trªn ®èi víi σ ta sÏ cã
σ (t ) = e
−
E1
t
η1
E1
t
t
η1
&
σ
+
E
ε
e
dt ÷
0
1∫
÷
0
Nõu gi÷ ®é biÕn d¹ng kh«ng ®æi trong suèt c¶ thêi gian t¸c dông lùc (ε=const;
dε/dt=0) th× tõ ph¬ng tr×nh trªn øng suÊt sÏ gi¶m theo quy luËt h×nh 2.7:
σ = σ 0e
−
t
tp
Trong ®ã:
- tP : thêi gian chïng øng suÊt (tP=η1/E1 lµ thêi gian trong ®ã øng suÊt gi¶m
®i e lÇn)
- E1 : m« ®un ®µn håi cña lß xo
- η1: ®é nhít cña chÊt láng chøa trong vËt c¶n
- σ0: øng suÊt øng víi khi thêi gian t=0
H×nh 2.8 Sù ph¸t triÓn cña biÕn d¹ng theo thêi gian trong m« h×nh Maxvel
NÕu lùc lµ kh«ng ®æi trong c¶ qu¸ tr×nh t¸c dông (σ=const; dσ/dt=0) th× tõ ph¬ng tr×nh sÏ cã ph¬ng tr×nh tõ biÕn cña vËt thÓ ®µn håi-nhít (h×nh 2.8):
ε=
σ σ
+ t
E1 η1
M« h×nh Maxvel cha thÓ hiÖn mét ®Æc tÝnh cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa lµ biÕn
d¹ng ®µn håi kh«ng ph¸t sinh ngay sau khi lùc t¸c dông mµ cÇn cã mét
kho¶ng thêi gian chËm trÔ ®Ó ph¸t triÓn ®ã lµ tÝnh ®µn håi – chËm cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
19
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
2.4.2 M« h×nh Kelvin-Foig¬t¬
M« h×nh Kelvin-Foig¬t¬ cã thÓ thÓ hiÖn ®îc tÝnh ®µn håi-chËm cña vËt liÖu,
nã gåm mét lß xo ®µn håi cã m« ®un E2 (vËt thÓ Hook) ghÐp song song víi vËt
c¶n cã chøa chÊt láng ®é nhít lµ η2 (vËt thÓ Niut¬n) (h×nh 2.9). Trong m« h×nh
nµy øng duÊt tæng céng σ b»ng tæng sè c¸c øng suÊt σ1, σ2 ph¸t sinh trong lß
xo vµ trong vËt c¶n, cßn trÞ sè biÕn d¹ng t¬ng ®èi ε trong c¶ hai yÕu tè Êy ®Òu
b»ng nhau.
σ = σ1 + σ 2
Vµ ph¬ng tr×nh vi ph©n biÓu thÞ qu¸ tr×nh biÕn d¹ng cña m« h×nh nµy cã d¹ng
σ = E2ε + η 2
dε
dt
Trong ®iÒu kiÖn ®¼ng nhiÖt E2=const; η2=const, gi¶i ph¬ng tr×nh sÏ cã:
ε (t ) = e
−
E2
t
η2
E2
t
t
1
η2
ε 0 + ∫ σ e dt ÷
÷
η2 0
víi ε0 lµ biÕn d¹ng ban ®Çu khi t=0
NÕu øng suÊt σ=σ0=const t¸c dông lªn vËt thÓ kh«ng bÞ biÕn d¹ng ban ®Çu,
nghÜa lµ ε0=0 th× tõ ph¬ng tr×nh sÏ t×m ®îc quy luËt ph¸t triÓn cña biÕn d¹ng
theo thêi gian nh sau (h×nh 2.10):
1
−
σ
tch . tr
ε = 1 − e
E2
÷
÷
víi tch.tr lµ thêi gian chËm trÔ cña biÕn d¹ng ®µn håi tch.tr=η2/E2
H×nh 2.9 M« h×nh Kelvin-Foig¬t¬
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
H×nh 2.10 Sù ph¸t triÓn cña biÕn d¹ng ®µn håichËm theo thêi gian theo m« h×nh Kelvin-
20
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Foig¬t¬
Thùc tÕ sö dông mÆt ®êng b»ng hçn hîp bª t«ng nhùa cho thÊy tÝnh chÊt biÕn
d¹ng cña nã cßn phøc t¹p h¬n nhiÒu; nã bao gåm c¶ biÕn d¹ng ®µn håi, biÕn
d¹ng nhít, biÕn d¹ng ®µn håi chËm, biÕn d¹ng dÎo tïy theo ®iÒu kiÖn thêi tiÕt,
nhÊt lµ nhiÖt ®é vµ lo¹i bª t«ng nhùa
2.4.3 M« h×nh Burger
M« h×nh Burger bao gåm m« h×nh Maxvel ghÐp nèi tiÕp víi m« h×nh Kelvin
(h×nh 2.11). BiÕn d¹ng tæng thÓ cña vËt thÓ Burger b»ng tæng céng biÕn d¹ng
cña hÖ thèng Maxvel vµ biÕn d¹ng cña hÖ thèng Kelvin. Nh vËy trong suèt c¶
thêi gian t¸c dông lùc, tæng sè biÕn d¹ng ε bao gåm c¶ ba thµng phÇn: biÕn
d¹ng ®µn håi, biÕn d¹ng ®µn håi-chËm vµ biÕn d¹ng nhít ®îc biÓu diÔn b»ng
c«ng thøc vµ h×nh vÏ 2.12
t
−
1
1
tch . tr
ε = σ +σ
1 − e
E1
E2
1
÷+ σ t
÷ η1
Trong ®ã:
- t : thêi gian t¸c dông cña lùc
- tch.tr : thêi gian chËm trÔ trong hÖ thèng Kelvin
Quan hÖ cña biÕn d¹ng theo thêi gian trong
m« h×nh Burger (h×nh 2.12) cho thÊy r»ng sau
khi b¾t ®Çu biÕn d¹ng ë thêi ®iÓm t 1 th× biÕn
d¹ng ®µn håi thùc tÕ ®¹t ®îc ngay gi¸ trÞ
AB=σ/E1. TiÕp theo biÕn d¹ng nhít cña vËt
c¶n cã ®é nhít η1 sÏ ph¸t triÓn dÇn theo thêi
gian ®ång thêi lóc Êy biÕn d¹ng ®µn håi cña lß
xo cã m« ®un E2 còng b¾t ®Çu ph¸t triÓn, nhng
biÕn d¹ng ®µn håi nµy bÞ vËt c¶n cã ®é nhít η2
lµm chËm l¹i.
§Õn thêi ®iÓm øng víi ®iÓm C th× biÕn d¹ng
®µn håi cña lß xo E2 ®· ph¸t triÓn xong. TiÕp
theo lµ biÕn d¹ng nhít ph¸t triÓn, biÓu diÔn
b»ng ®o¹n th¼ng CD cho ®Õn khi b¾t ®Çu dì
t¶i (ë ®iÓm D). KÐo dµi ®o¹n DC vµ gÆp AB
kÐo dµi t¹i L. §o¹n BL biÓu thÞ gi¸ trÞ cña biÕn
d¹ng ®µn håi-chËm trong hÖ thèng Kelvin
BL=σ/E2, cßn ®o¹n CC’ lµ b»ng gi¸ trÞ cña
biÕn d¹ng nhít (cña vËt c¶n cã ®é nhít η1) cho
®Õn lóc biÕn d¹ng ®µn håi chËm cña hÖ thèng Kelvin ®· ph¸t triÓn xong.
H×nh 2.11 M« h×nh lu biÕn Burger
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
21
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Khi dì t¶i th× biÕn d¹ng nhít sÏ ngõng ph¸t triÓn vµ ë thêi ®iÓm t 2 nµy tæng gi¸
trÞ cña biÕn d¹ng nhít sÏ biÓu thÞ b»ng ®o¹n DM, theo ®Þnh luËt Niut¬n th×:
DM =
σ
( t2 − t1 )
η1
Khi võa dì t¶i th× biÕn d¹ng ®µn håi ®îc phôc håi ngay tøc kh¾c (®o¹n
DF=AB), cßn ®o¹n cong FK biÓu thÞ sù phôc håi cña biÕn d¹ng ®µn håi-chËm.
§iÓm K øng víi thêi ®iÓm mÉu ngõng phôc håi biÕn d¹ng, tung ®é cña ®iÓm
K biÓu thÞ tæng gi¸ trÞ cña biÕn d¹ng nhít, vµ do ®ã tung ®é cña ®iÓm K sÏ
b»ng ®o¹n DM.
H×nh 2.12 Ph¸t triÓn biÕn d¹ng theo thêi gian trong m« h×nh lu biÕn Burger
2.4 Ph©n lo¹i bª t«ng nhùa trong x©y dùng ®êng
Mçi níc cã sù ph©n lo¹i bª t«ng nhùa cña m×nh, tuy cã sù kh¸c nhau vÒ h×nh
thøc ph©n lo¹i nhng nãi chung còng gièng nhau ë nh÷ng néi dung chÝnh trong
quan ®iÓm ph©n lo¹i ®ã lµ: c¸ch phèi hîp vËt liÖu, c¸ch chÕ t¹o vµ thi c«ng,
ph¹m vi ¸p dông,...
2.4.1 Ph©n lo¹i bª t«ng nhùa ë ViÖt Nam
Theo c¸c tiªu chuÈn thi c«ng vµ nghiÖm thu mÆt ®êng bª t«ng nhùa hiÖn nay ë
ViÖt Nam 22TCN 249-90 vµ 22TCN 249-98 th× cã thÓ ph©n lo¹i bª t«ng nhùa
nh sau:
1. Theo nhiệt độ khi rải:
+ Bê tông nhựa rải nóng: được chế tạo ở 140 - 170 0C, nhiệt độ lúc rải không
được dưới 100 - 1200C. Thường dùng nhựa đặc chế tạo từ dầu mỏ có độ kim
lún 40/60, 60/90 hoặc 90/130 để chế tạo loại này. Cường độ của BTN rải
nóng hình thành rất nhanh. Sau khi lu lèn xong, mặt đường nguội xuống bằng
nhiệt độ không khí là xem như cơ bản đã hình thành
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
22
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
+ Bê tông nhựa rải ấm: được chế tạo ở nhiệt độ 110 - 130 0C, nhiệt độ lúc rải
không dưới 60 - 800C. Thường dùng nhựa đặc chế tạo từ dầu mỏ có độ kim
lún 200/300, 130/200 hoặc nhựa lỏng có tốc độ đông đặc trung bình với độ
nhớt C605 là 130/200. Tốc độ hình thành cường độ của BTN ấm có thể thay
đổi từ vài giờ đến 15-20 ngày đêm, tuỳ thuộc vào loại nhựa và bột khoáng sử
dụng, vào điều kiện thời tiết, nhiệt độ hỗn hợp lúc rải và thành phần, mật độ
xe chạy trên đường. Tuy nhiên BTN rải ấm có ưu điểm là có thể thi công
trong lúc thời tiết lạnh, cự ly chuyên chở xa hơn BTN rải nóng.
+ Bê tông nhựa rải nguội: chế tạo ở nhiệt độ 110 - 120 0C. Thường dùng nhựa
lỏng có tốc độ tốc độ đông đặc trung bình với độ nhớt C605 là 70/130 hay
nhựa đặc pha dầu. Nhiệt độ lức rải của loại này bằng nhiệt độ không khí,
khoảng 250C. Có thể cất giữ BTN nguội ở kho bãi từ 4 - 8 tháng. Thời gian
hình thành cường độ của mặt đường BTN rải nguội rất chậm, có thể từ 20 - 40
ngày đêm tuỳ thuộc vào loại nhựa và bột khoáng sử dụng, vào điều kiện thời
tiết và thành phần, mật độ xe chạy trên đường.
* Do sử dụng nhựa đặc, có độ kim lún thấp nên độ dính bám của nhựa với đá
lớn. Do vậy BTN rải nóng có cường độ cao nhất, tiếp đến là BTN rải ấm và
cuối cùng là BTN rải nguội. BTN rải nóng được sử dụng làm lớp mặt trên hay
dưới của mặt đường cấp cao.
BTN rải nguội, ấm chỉ được sử dụng làm lớp dưới trong tầng mặt của các loại
mặt đường cấp cao hay làm lớp mặt trên trong của mặt đường đường cấp thấp
hơn. BTN nguội thường hay sử dụng hơn cả trong việc duy tu, sửa chữa mặt
đường nhựa.
2. Theo độ rỗng còn dư : phân làm hai loại (theo 22 TCN 249 - 98)
+ BTN chặt: có độ rỗng còn dư từ 3 - 6% thể tích. Trong thành phần bắt buộc
phải có bột khoáng.
+ BTN rỗng: có độ rỗng còn dư từ >6% đến 10% thể tích. Trong thành phần
của hỗn hợp thường không có bột khoáng hoặc bột khoáng chỉ chiếm dưới
4%. Loại BTN rỗng chỉ dùng cho lớp dưới của mặt đường BTN hai lớp hoặc
làm lớp móng
3. Theo hàm lượng đá dăm: đá dăm là những viên đá có d > 5 mm
* Theo qui trình 22 TCN 22-90: BTN được phân ra các loại:
+ Bê tông nhựa nhiều đá dăm (ký hiệu BTN loại A): khi hàm lượng đá dăm
chiếm từ 50-65% khối lượng đá dăm.
+ Bê tông nhựa vừa đá dăm (ký hiệu B): khi hàm lượng đá dăm chiếm từ 35 50% khối lượng.
+ Bê tông nhựa ít đá dăm (ký hiệu C): khi hàm lượng đá dăm chiếm từ 20 35% khối lượng
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
23
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
+ Bê tông nhựa cát xay (ký hiệu D): khi cỡ hạt 1.25 - 5 mm chiếm không dưới
33% khối lượng
+ Bê tông nhựa cát thiên nhiên: khi cỡ hạt 1.25 - 5 mm chiếm không dưới
14% khối lượng
ở vùng khí hậu nóng, ít mưa và khi có nhiều xe nặng chạy nên dùng BTN
nhiều đá dăm. Trái lại, ở vùng nhiều mưa nên dùng loại ít đá dăm.
* Theo qui trình 22 TCN 249-98: tất cả các loại BTN được dùng đều là loại
nhiều đá dăm nên không phân loại theo tiêu chuẩn hàm này.
4. Theo chất lượng của vật liệu khoáng chất và các chỉ tiêu cơ lý của BTN:
* Theo qui trình 22 TCN 22-90: BTN được phân ra 4 loại:
+ BTN loại I
+ BTN loại II
+ BTN loại III
+ BTN loại IV
Trong đó BTN loại III, loại IV chỉ được sử dụng làm lớp mặt cho đường cấp
60 trở xuống hay làm móng đường cấp cao hơn.
* Theo qui trình 22 TCN 249-98: Chỉ phân làm hai loại
+ BTN loại I
+ BTN loại II
Trong đó BTN loại II chỉ được sử dụng làm lớp mặt cho đường cấp 60 trở
xuống hay làm móng đường cấp cao hơn.
5. Theo cỡ hạt lớn nhất danh định của cấp phối đá (tương ứng với cỡ sàng
tròn tiêu chuẩn mà cỡ sàng nhỏ hơn ngay sát dưới nó có lượng sót tích luỹ lớn
hơn 5%), BTN phân làm 4 loại:
+ BTN hạt lớn: cỡ hạt lớn nhất danh định 40 mm hoặc 31.5 mm.
+ BTN hạt trung: cỡ hạt lớn nhất danh định 25 mm hoặc 20 mm.
+ BTN hạt mịn: cỡ hạt lớn nhất danh định 15 mm hoặc 10 mm.
+ BTN cát: cỡ hạt lớn nhất danh định 5 mm.
Theo thứ tự trên xuống, thì BTN hạt thô có cường độ lớn nhất, tiếp đến là
BTN hạt trung, cuối cùng là BTN hạt mịn. Bởi vì khi cấp phối có cốt liệu chủ
yếu to thì hệ số ma sát sẽ tăng lên, do vậy mô đuyn đàn hồi càng cao.
BTN hạt thô thường là BTN rỗng, không có hoặc có rất ít bột khoáng, dùng ít
nhựa nên giá thành hạ và bề mặt có đủ độ gồ ghề để dính bám với lớp rải trên
nó. Còn BTN hạt mịn là loại BTN chặt nên có bề mặt kín, chặt chẽ nhất,
chống hao mòn tốt hơn hai loại hạt thô và hạt trung. Do vậy thường dùng
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
24
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
BTN mịn làm lớp mặt trên cùng, BTN thô dùng làm lớp dưới trong mặt
đường BTN hai lớp gồm BTN hạt thô và BTN hạt mịn.
BTN hạt trung có thể là loại BTN chặt hay BTN rỗng. Nó có tính chất trung
gian giữa hai loại trên nên có thể làm lớp mặt trên hay lớp dưới của lớp BTN
mịn.
6. Theo biện pháp thi công: 2 loại
+ Bê tông nhựa không cấn lu lèn: bê tông nhựa đúc (gussasphalt, mastic
asphalt) đây là loại vật liệu đang được nghiên cứu áp dụng ở nước ta, nó có
ưu điểm là có cường độ cao, không cần phải lu lèn, nhưng có nhược điểm là
giá thành đắt và công nghệ chế tạo, thi công còn mới mẻ. Loại vật liệu này rất
phổ biến ở Đức, Pháp, Anh, Hà Lan, Đài Loan, ...
+ Bê tông nhựa thông thường cần phải lu lèn chặt: là các loại bê tông nhựa
cần lu lèn (Hot mix asphalt)
7. Theo phạm vi sử dụng :
+ Bê tông nhựa thông thường: Được dùng làm lớp mặt của mặt đường làm
mới hoặc mặt đường nâng cấp
+ Bê tông nhựa găm đá: Găm các cốt liệu cỡ trung bình 10/14 hoặc lớn 12/16
rất cứng, nhám vào trong hỗn hợp nhựa nóng, nhiều nhựa để nâng cao độ
nhám của mặt đường
+ Bê tông nhựa cho mặt đường ít xe chạy: Thường dùng cho những đường có
lượng giao thông 6 - 10
3-9
1,5
0,70
0,6
Ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm
Quy tr×nh
thÝ nghiÖm
bª t«ng nhùa
22TCN 62-84
B¶ng 2.4 Yªu cÇu vÒ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña bª t«ng nhùa Polyme (22TCN356 -06)
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
31
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TT
ChØ tiªu
1
Sè chµy ®Çm
2
§é æn ®Þnh ë 600C, kN
Ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm
75 x 2
AASHTO T245-97(2001)
-
Líp mÆt trªn
min. 12
-
Líp mÆt díi
min. 10
3
§é dÎo, mm
4
§é æn ®Þnh cßn l¹i (sau khi ng©m mÉu ë
600C trong 24 giê) so víi ®é æn ®Þnh ban
®Çu, %
5
§é rçng d bª t«ng nhùa polime, %
6
§é rçng cèt liÖu (t¬ng øng víi ®é rçng
d 4%), %
3-6
min. 85
3-6
-
Cì h¹t danh ®Þnh lín nhÊt 9,5
mm
min. 15
-
Cì h¹t danh ®Þnh lín nhÊt 12,5
mm
min. 14
7
Quy ®Þnh
Cì h¹t danh ®Þnh lín nhÊt 19 mm
AASHTO T 269-97 (98)
min. 13
§é s©u vÖt h»n b¸nh xe, mm (cha b¾t
buéc) (1 trong c¸c ph¬ng ph¸p thö sau)
-
ThiÕt bÞ APA -Asphalt Pavement
Analizer (8000 chu kú, 0,7 Mpa, 60
0
C)
max. 8
-
ThiÕt bÞ HWTD - Hamburg
Wheel Tracking Device (20000 chu
kú, 0,7 Mpa, 50 0C )
max. 10
-
ThiÕt bÞ FRT- French Rutting
Tester (30000 chu kú, 0,7 Mpa, 60
0
C)
max. 10
2.5.2 ë Mü
B¶ng 2.5 Yªu cÇu vÒ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña bª t«ng nhùa ë Mü
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn
Cêng ®é xe lín
Cêng ®é xe trung
Cêng ®é xe bÐ
b×nh
hîp bª t«ng nhùa
Min
Max
Min
Max
Min
Max
A/ Masshall
+ Sè có ®Ëp vµo mçi ®Çu
cña mÉu khi chç bÞ mÉu
75
50
35
thÝ nghiÖm
1) §é æn ®Þnh (®é bÒn) lbs.
750
500
500
2) §é dÎo (flow), 0,01in
8
16
8
18
8
20
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
32
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn
hîp bª t«ng nhùa
3) §é rçng, % ::
Líp mÆt
Líp bª t«ng nhùa c¸t
Líp mãng
4) §é rçng cña cèt liÖu
kho¸ng vËt, %
5) Dung träng
B/ Hubbard-Field
1) §é æn ®Þnh (®é bÒn),lbs.
mÉu d = 2 in
mÉu d = 6 in
2) §é rçng, %
3) §é ng©m níc
4) Dung träng
C/ HVeem
1) Sè ®o trªn thiÕt bÞ ®o ®é
bÒn (®é æn ®Þnh)
2) Sè ®o trªn thiÕt bÞ ®o ®é
kÕt dÝnh
3) §é tr¬ng në, in
4) §é rçng
Cêng ®é xe lín
Min
3
3
3
Max
Cêng ®é xe trung
b×nh
Min
Max
Cêng ®é xe bÐ
Min
5
3
5
3
5
3
5
3
8
3
8
3
Tuú theo cì h¹t lín nhÊt cña hçn hîp
mµ lÊy theo ®å thÞ quy ®Þnh
Max
5
5
8
2000
3500
2
6000
5
1200
2500
2
2000
6000
5
1200
2
2000
5
37
-
35
-
30
-
50
-
50
-
50
-
4
0,3
-
4
0,3
-
4
0,3
-
2.6 c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ häc cña
bª t«ng nhùa
Nh ®· tr×nh bµy ë trªn, cêng ®é cña bª t«ng nhùa ®îc h×nh thµnh trªn c¬ së
nguyªn lý h×nh thµnh cêng ®é cña hçn hîp vËt liÖu theo nguyªn t¾c cÊp phèi
víi chÊt kÕt dÝnh lµ nhùa ®êng vµ phô thuéc vµo cÊu tróc cña bª t«ng nhùa,
cÊu tróc nµy phô thuéc vµo tÝnh chÊt vµ hµm lîng cña c¸c thµnh phÇn cÊu
thµnh, vµo sù ph©n bè ®Òu ®Æn c¸c cì h¹t vµ nhùa ®êng, vµo chÊt lîng qu¸
tr×nh chÕ t¹o hçn hîp, ®Æc biÖt lµ chÕ ®é nhiÖt vµ ®é chÆt cña bª t«ng nhùa.
Nh vËy, ®Ó líp mÆt bª t«ng nhùa cã chÊt lîng tèt, ®ñ cêng ®é, æn ®Þnh, ®¸p
øng ®îc yªu cÇu sö dông díi t¸c dông cña t¶i träng xe vµ c¸c ®iÒu kiÖn khÝ
hËu m«i trêng, yªu cÇu hçn hîp bª t«ng nhùa vµ kÕt cÊu mÆt ®êng ph¶i ®îc
thiÕt kÕ hîp lý dùa trªn c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa.
HiÖn cã nhiÒu ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ häc cña bª t«ng
nhùa, trong ®ã hÇu hÕt c¸c thÝ nghiÖm dùa trªn c¸c m« h×nh c¬ häc mang tÝnh
lý thuyÕt, sè cßn l¹i cã tÝnh chÊt kinh nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu mang tÝnh
mÆc ®Þnh kh«ng theo m« h×nh tÝnh to¸n lý thuyÕt nµo.
Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh¸c nhau dùa trªn nh÷ng
tiªu chÝ kh¸c nhau, trong ®ã ph¶i kÓ ®Õn mét sè c¸ch ph©n lo¹i chñ yÕu sau:
2.6.1. Ph©n lo¹i theo môc ®Ých sö dông
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
33
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy, c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc ph©n thµnh c¸c
nhãm theo môc ®Ých sö dông:
1. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm sö dông trong thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa
Môc ®Ých cña viÖc thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa lµ lùa chän tû lÖ phèi hîp
c¸c lo¹i cèt liÖu vµ nhùa ®êng hîp lý ®Ó t¹o ra bª t«ng nhùa cã c¸c chØ tiªu kü
thuËt tho¶ m·n yªu cÇu, nh»m t¹o nªn mét kÕt cÊu mÆt ®êng cã ®ñ cêng ®é,
æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh khai th¸c.
Hçn hîp bª t«ng nhùa ®îc thiÕt kÕ ph¶i tho¶ m·n 2 yÕu tè c¬ b¶n sau:
- YÕu tè vÒ ®Æc tÝnh thÓ tÝch: Bao gåm c¸c chØ tiªu ®é rçng d, ®é rçng cèt
liÖu, ®é rçng lÊp ®Çy nhùa cña hçn hîp bª t«ng nhùa. C¸c gi¸ trÞ nµy ph¶i
n»m trong giíi h¹n quy ®Þnh ®¶m b¶o líp bª t«ng nhùa cã kh¶ n¨ng chèng
biÕn d¹ng, chèng ch¶y nhùa díi t¸c ®éng cña t¶i träng xe vµ yÕu tè nhiÖt
®é m«i trêng, h¹n chÕ sù x©m nhËp cña níc vµo hçn hîp trong qu¸ tr×nh
khai th¸c.
- YÕu tè vÒ ®Æc tÝnh c¬ häc : Bao gåm c¸c chØ tiªu liªn quan ®Õn chÊt lîng
cèt liÖu vµ c¸c chØ tiªu liªn quan ®Õn cêng ®é cña hçn hîp bª t«ng nhùa
sau khi ®Çm nÐn nh»m ®¶m b¶o cho kÕt cÊu líp bª t«ng nhùa cã ®ñ cêng
®é sau khi x©y dùng.
Trªn thÕ giíi hiÖn nay cã nhiÒu ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa, cã
thÓ kÓ ®Õn lµ:
- Ph¬ng ph¸p cêng ®é cña Liªn X« (cò).
- Ph¬ng ph¸p Hubbard-Field
- Ph¬ng ph¸p Hveem.
- Ph¬ng ph¸p Marshall.
- Ph¬ng ph¸p Superpave.
Nh×n chung, c¸c ph¬ng ph¸p nµy ®Òu dùa trªn yÕu tè vÒ ®Æc tÝnh thÓ tÝch nªu
trªn khi thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa. Sù kh¸c nhau chñ yÕu lµ vÒ yÕu tè ®Æc
tÝnh c¬ häc, bao gåm ph¬ng ph¸p thö, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm, tiªu chuÈn ®¸nh gi¸
kh¸c nhau nhng nh»m môc ®Ých chung lµ ®a ra mét hçn hîp bª t«ng nhùa tho¶
m·n c¸c yªu cÇu kü thuËt.
a) Theo ph¬ng ph¸p cêng ®é cña Liªn X« (cò)
Theo ph¬ng ph¸p nµy, cÇn ph¶i thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm sau:
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh cêng ®é chÞu nÐn cña mÉu h×nh trô ë nhiÖt ®é 20oC vµ
50oC.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè æn ®Þnh níc.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè æn ®Þnh nhiÖt.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
34
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Theo quy ®Þnh, bª t«ng nhùa ph¶i cã cêng ®é chÞu nÐn, hÖ sè æn ®Þnh níc, hÖ
sè æn ®Þnh nhiÖt lín h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu.
b) Theo ph¬ng ph¸p Hveem
Theo ph¬ng ph¸p nµy, cÇn ph¶i thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm sau:
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh Hveem.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é tr¬ng në Hveem.
Theo quy ®Þnh, bª t«ng nhùa ph¶i cã ®é æn ®Þnh Hveem lín h¬n gi¸ trÞ yªu
cÇu, ®é tr¬ng në Hveem nhá h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu.
§é æn ®Þnh Hveem, ®é tr¬ng në Hveem ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh hµm lîng
nhùa tèi u trong hçn hîp bª t«ng nhùa.
c) Theo ph¬ng ph¸p Marshall
Theo ph¬ng ph¸p nµy, cÇn ph¶i thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm sau:
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn Marshall.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh Marshall cßn l¹i.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é dÎo Marshall.
Theo quy ®Þnh, bª t«ng nhùa ph¶i cã ®é æn ®Þnh Marshall, ®é æn ®Þnh
Marshall cßn l¹i lín h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu; ®é dÎo n»m trong ph¹m vi cho phÐp.
§é æn Marshall, ®é æn ®Þnh Marshall cßn l¹i, ®é dÎo Marshall ®îc sö dông ®Ó
x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa tèi u trong hçn hîp bª t«ng nhùa.
d) Theo ph¬ng ph¸p Superpave
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo Superpave bao gåm ba møc ®é
thiÕt kÕ riªng biÖt ®ã lµ:
- Møc 1: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ ESAL ≤ 106
- Møc 2: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ 106 ≤ ESAL ≤ 107
- Møc 3: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ ESAL >107
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 1: Bao gåm viÖc lùa chän vËt liÖu vµ tÝnh to¸n tû lÖ
phèi hîp c¸c lo¹i vËt liÖu ®Ó hçn hîp sau khi ®Çm nÐn tho¶ m·n c¸c ®Æc tÝnh
thÓ tÝch.
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 2: Sau khi hoµn tÊt c¸c néi dung ®· thùc hiÖn nh ë
møc 1, tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trªn mÉu bª t«ng nhùa ®Ó íc tÝnh vµ dù b¸o
kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh
c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa cÇn thùc hiÖn ë møc 2 bao gåm:
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
35
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 3: Sau khi hoµn tÊt c¸c néi dung ®· thùc hiÖn nh ë
møc 1, tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trªn mÉu bª t«ng nhùa ®Ó íc tÝnh vµ dù b¸o
kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh
c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa cÇn thùc hiÖn ë møc 3 bao gåm:
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm kÐo gi¸n tiÕp t¶i träng trïng phôc.
−
ThÝ nghiÖm biÕn d¹ng mét trôc.
2. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm sö dông trong thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng bª
t«ng nhùa
a) Theo tiªu chuÈn 22TCN 211-06
Tiªu chuÈn 22TCN 211-06 tÝnh to¸n kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa trªn c¬ së
lý thuyÕt ®µn håi theo 3 ®iÒu kiÖn giíi h¹n:
−
−
−
TÝnh to¸n cêng ®é theo tiªu chuÈn ®é lón ®µn håi.
TÝnh to¸n cêng ®é theo ®iÒu kiÖn trît trong nÒn ®Êt vµ trong c¸c líp vËt
liÖu kÐm dÝnh.
TÝnh to¸n cêng ®é theo tiªu chuÈn chÞu kÐo uèn trong c¸c líp vËt liÖu liÒn
khèi.
§Ó thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa theo 22TCN 211-06, ®èi víi vËt
liÖu bª t«ng nhùa, cÇn ph¶i thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm sau:
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh m« ®un ®µn håi sö dông t¶i träng tÜnh trªn mÉu h×nh
trô ë c¸c nhiÖt ®é:
+ 300C khi tÝnh theo tiªu chuÈn ®é lón ®µn håi.
+ 600C khi tÝnh theo ®iÒu kiÖn trît.
+ 150C khi tÝnh theo tiªu chuÈn chÞu kÐo uèn.
−
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh cêng ®é kÐo uèn giíi h¹n trªn mÉu h×nh dÇm ë nhiÖt
®é 10÷15oC.
ThÝ nghiÖm c¾t mÉu h×nh trô trßn x¸c ®Þnh lùc dÝnh ®¬n vÞ.
b) Theo tiªu chuÈn AASHTO (22TCN 274-01)
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa theo tiªu chuÈn AASHTO
®· ®îc viÖt ho¸ cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn ViÖt Nam (theo 22TCN 274-01),
hiÖn nay, tiªu chuÈn nµy ®ang ®îc ¸p dông thö nghiÖm.
§Ó thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa theo AASHTO (22TCN 274-01),
®èi víi vËt liÖu bª t«ng nhùa, cÇn ph¶i thùc hiÖn thÝ nghiÖm kÐo gi¸n tiÕp t¶i
träng trïng phôc ®Ó x¸c ®Þnh m« ®un ®µn håi.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
36
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
c) Theo nguyªn lý c¬ häc-thùc nghiÖm
Víi sù tµi trî cña hiÖp héi AASHTO vµ Côc §êng bé liªn bang Mü FHWA,
dù ¸n nghiªn cøu NCHRP (National Cooperative Highway Research Program)
®· ®îc triÓn khai vµ ®· ban hµnh b¸o c¸o cuèi cïng vµo th¸ng 3/2004 trªn c¬
së x©y dùng hoµn chØnh mét híng dÉn thiÕt kÕ cho kÕt cÊu mÆt ®êng x©y dùng
míi vµ x©y dùng n©ng cÊp c¶i t¹o theo nguyªn lý c¬ häc-thùc nghiÖm.
Ngoµi Mü vµ c¸c níc ph¬ng T©y, Nga vµ Trung Quèc tríc ®©y ®· tõng sö
dông nh÷ng lý thuyÕt, quan ®iÓm riªng trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng còng nh trong c«ng nghÖ x©y dùng ®êng bé, còng ®· cËp nhËt vµ héi nhËp
nhiÒu víi thÕ giíi trong lÜnh vùc nµy, trong ®ã c¸c ®Æc tÝnh vÒ biÕn d¹ng vÜnh
cöu vµ nøt mái còng ®· ®îc ®Ò cËp vµ bæ sung vµo trong ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ
mÆt ®êng vµ ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa.
Trong ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ theo nguyªn lý c¬ häc-thùc nghiÖm cã sö dông
nh÷ng t¬ng quan thùc nghiÖm cña ®Æc tÝnh biÕn d¹ng vÜnh cöu vµ nøt mái dùa
trªn nh÷ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¸c ®Æc tÝnh biÕn d¹ng vÜnh cöu vµ nøt mái cña
bª t«ng nhùa.
Theo ph¬ng ph¸p nµy, cÇn thùc hiÖn nh÷ng thÝ nghiÖm sau:
• ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh biÕn d¹ng vÜnh cöu:
- ThÝ nghiÖm tõ biÕn mét trôc vµ thÝ nghiÖm tõ biÕn 3 trôc.
- ThÝ nghiÖm t¶i träng trïng phôc mét trôc vµ 3 trôc.
- ThÝ nghiÖm theo ph¬ng ®êng kÝnh.
- ThÝ nghiÖm c¾t xo¾n trªn mÉu h×nh trô lâi rçng.
- C¸c thÝ nghiÖm m« pháng.
• ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh mái:
- ThÝ nghiÖm theo ph¬ng däc trôc.
- ThÝ nghiÖm 3 trôc.
- ThÝ nghiÖm theo ph¬ng ®êng kÝnh.
- ThÝ nghiÖm uèn dÇm gi¶n ®¬n.
- ThÝ nghiÖm uèn dÇm trªn bÖ ®ì.
- C¸c thÝ nghiÖm m« pháng.
• ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh nøt do nhiÖt ®é thÊp:
- ThÝ nghiÖm kÐo trùc tiÕp víi tèc ®é kh«ng ®æi.
- ThÝ nghiÖm kÐo tõ biÕn.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
37
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
- ThÝ nghiÖm theo ph¬ng ®êng kÝnh.
- ThÝ nghiÖm uèn dÇm.
- ThÝ nghiÖm h¹n chÕ øng suÊt nhiÖt.
- ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè gi·n në nhiÖt.
2.6.2. Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng mÉu thÝ nghiÖm
Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy, c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc ph©n thµnh c¸c
nhãm:
- ThÝ nghiÖm trªn mÉu h×nh trô trßn.
- ThÝ nghiÖm trªn mÉu h×nh dÇm.
- ThÝ nghiÖm m« pháng.
2.6.3. Ph©n lo¹i theo t¶i träng thÝ nghiÖm
Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy, c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc ph©n thµnh c¸c
nhãm:
- ThÝ nghiÖm sö dông t¶i träng tÜnh.
- ThÝ nghiÖm sö dông t¶i träng trïng phôc.
2.6.4. Ph©n lo¹i theo m« h×nh thÝ nghiÖm
Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy, c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc ph©n thµnh c¸c
nhãm:
- ThÝ nghiÖm theo mét m« h×nh c¬ häc nµo ®ã.
- ThÝ nghiÖm mang tÝnh kinh nghiÖm.
NhËn xÐt vÒ u, nhîc ®iÓm cña c¸c c¸ch ph©n lo¹i:
C¸ch ph©n lo¹i theo môc ®Ých sö dông cã u ®iÓm lµ ph©n chia c¸c ph¬ng ph¸p
thÝ nghiÖm theo tõng môc ®Ých sö dông. Tuy nhiªn, theo c¸ch ph©n lo¹i nµy,
cã nhiÒu ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm lÆp ®i lÆp l¹i trong nh÷ng môc ®Ých sö dông
kh¸c nhau vµ cã mét sè ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ®îc xÕp vµo mét nhãm
nµo.
C¸ch ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng mÉu thÝ nghiÖm, ph©n lo¹i theo t¶i träng thÝ
nghiÖm vµ ph©n lo¹i theo m« h×nh thÝ nghiÖm lµ c¸c c¸ch ph©n lo¹i tæng quan,
c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc ph©n thµnh nh÷ng nhãm lín gåm nhiÒu ph¬ng
ph¸p kh¸c nhau.
Nh vËy, c¸c c¸ch ph©n lo¹i trªn mÆc dï cã nh÷ng u ®iÓm riªng nhng vÉn cã
nh÷ng tån t¹i do chØ dùa trªn mét tiªu chÝ cô thÓ.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
38
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
2.7. NhËn xÐt
Bª t«ng nhùa lµ lo¹i vËt liÖu ®îc sö dông rÊt phæ biÕn trong x©y dùng ®êng «
t« vµ ®êng s©n bay do nh÷ng u ®iÓm næi tréi so víi c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c.
Bª t«ng nhùa lµ lo¹i vËt liÖu cã tÝnh chÊt phøc t¹p lµ ®µn-nhít-dÎo. §Æc tÝnh
biÕn d¹ng cña bª t«ng nhùa cã thÓ ®îc thÓ hiÖn b»ng m« h×nh Maxvel, m«
h×nh Kelvin hoÆc m« h×nh Buger; trong ®ã m« h×nh Buger lµ phï hîp nhÊt víi
®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa.
Cêng ®é cña bª t«ng nhùa ®îc h×nh thµnh trªn c¬ së nguyªn lý h×nh thµnh cêng ®é cña hçn hîp vËt liÖu theo nguyªn t¾c cÊp phèi víi chÊt kÕt dÝnh lµ nhùa
®êng vµ phô thuéc vµo cÊu tróc cña bª t«ng nhùa; cÊu tróc nµy phô thuéc vµo
tÝnh chÊt vµ hµm lîng cña c¸c thµnh phÇn cÊu thµnh, vµo sù ph©n bè ®Òu ®Æn
c¸c cì h¹t vµ nhùa ®êng, vµo chÊt lîng kü thuËt trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o hçn
hîp, ®Æc biÖt lµ chÕ ®é nhiÖt vµ ®é chÆt chÆt cña bª t«ng nhùa.
Cã nhiÒu ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ häc cña bª t«ng
nhùa vµ ®îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu tiªu chÝ kh¸c nhau. Trong luËn ¸n nµy,
®Ò xuÊt ph©n lo¹i c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm thµnh c¸c nhãm sau:
- ThÝ nghiÖm theo ph¬ng ®êng kÝnh trªn mÉu h×nh trô trßn.
- ThÝ nghiÖm däc trôc trªn mÉu h×nh trô trßn.
- ThÝ nghiÖm 3 trôc trªn mÉu h×nh trô trßn.
- ThÝ nghiÖm c¾t.
- ThÝ nghiÖm trªn mÉu h×nh dÇm.
- ThÝ nghiÖm mang tÝnh kinh nghiÖm.
- ThÝ nghiÖm m« pháng.
ViÖc nghiªn cøu, ph©n tÝch ®Çy ®ñ c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn
hîp, c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ häc cña bª t«ng nhùa
hiÖn ®ang sö dông ë ViÖt Nam vµ trªn thÕ giíi ®Ó kiÕn nghÞ ph¬ng ph¸p thiÕt
kÕ thµnh phÇn hçn hîp thÝch hîp nhÊt ë ViÖt Nam hiÖn nay lµ rÊt cÇn thiÕt.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
39
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
ch¬ng 3 – C¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn
hîp bª t«ng nhùa
3.1 C¬ së lý thuyÕt chung cña c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ
Môc ®Ých cña viÖc thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa lµ lùa chän tû lÖ phèi hîp
c¸c lo¹i cèt liÖu vµ nhùa ®êng hîp lý ®Ó t¹o ra bª t«ng nhùa cã c¸c chØ tiªu kü
thuËt tho¶ m·n yªu cÇu, nh»m t¹o nªn mét kÕt cÊu mÆt ®êng cã ®ñ cêng ®é,
æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh khai th¸c.
ThiÕt kÕ thµnh phÇn bª t«ng nhùa thùc chÊt lµ thiÕt kÕ thµnh phÇn cÊp phèi
h¹t vµ x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa cña bª t«ng nhùa sao cho ®¸p øng ®îc c¸c yªu
cÇu sö dông. CÊp phèi cña hçn hîp cµng chÆt th× cµng cã nhiÒu diÖn tiÕp xóc
gi÷a c¸c h¹t, do ®ã lùc néi ma s¸t vµ lùc dÝnh cµng lín. Ngoµi ra cÊp phèi h¹t
cµng chÆt th× cµng tèn Ýt nhùa, gi¶m ®îc lîng nhùa tù do.
Nguyªn t¾c thiÕt kÕ thµnh phÇn bª t«ng nhùa: ph¶i ®¶m b¶o sao cho cÊp phèi
cña cèt liÖu kho¸ng vËt ®¹t ®îc ®é chÆt lín nhÊt vµ hçn hîp bª t«ng nhùa cã
®é rçng cßn d ®¹t ®îc theo qui ®Þnh.
Hçn hîp bª t«ng nhùa ®îc thiÕt kÕ ph¶i tho¶ m·n 2 yÕu tè c¬ b¶n sau:
- YÕu tè vÒ ®Æc tÝnh thÓ tÝch: Bao gåm c¸c chØ tiªu ®é rçng d, ®é rçng cèt
liÖu, ®é rçng lÊp ®Çy nhùa cña hçn hîp bª t«ng nhùa. C¸c gi¸ trÞ nµy ph¶i
n»m trong giíi h¹n quy ®Þnh ®¶m b¶o líp bª t«ng nhùa cã kh¶ n¨ng chèng
biÕn d¹ng, chèng ch¶y nhùa díi t¸c ®éng cña t¶i träng xe vµ yÕu tè nhiÖt
®é m«i trêng, h¹n chÕ sù x©m nhËp cña níc vµo hçn hîp trong qu¸ tr×nh
khai th¸c.
- YÕu tè vÒ ®Æc tÝnh c¬ häc : Bao gåm c¸c chØ tiªu liªn quan ®Õn chÊt lîng
cèt liÖu vµ c¸c chØ tiªu liªn quan ®Õn cêng ®é cña hçn hîp bª t«ng nhùa
sau khi ®Çm nÐn nh»m ®¶m b¶o cho kÕt cÊu líp bª t«ng nhùa cã ®ñ cêng
®é sau khi x©y dùng.
ThiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa gåm ba bíc:
o X¸c ®Þnh chÊt lîng cña c¸c vËt liÖu cÊu thµnh bª t«ng nhùa gåm ®¸ c¸c cì,
c¸t, bét kho¸ng vµ nhùa, sao cho phï hîp víi c¸c chØ tiªu c¬ lý yªu cÇu cña
mçi lo¹i.
o X¸c ®Þnh nªn chän lo¹i bª t«ng nhùa nµo cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn xe
ch¹y (lu lîng, thµnh phÇn xe), ®iÒu kiÖn khÝ hËu ®Þa ph¬ng, vÞ trÝ cña líp bª
t«ng nhùa trong kÕt cÊu ¸o ®êng,...
o ThiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa gåm tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn h¹t; s¬ bé
chän lîng nhùa theo b¶ng tham kh¶o; lµm c¸c mÉu x¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu
trong phßng thÝ nghiÖm. Víi nh÷ng lîng nhùa kh¸c nhau cho cïng mét cÊp
phèi hçn hîp ®· chän, tÝnh to¸n, thÝ nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa tèi
u.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
40
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
3.1.1 CÊp phèi thµnh phÇn h¹t kho¸ng chÊt:
Nh ®· tr×nh bµy ë ch¬ng 2 vÒ cÊu tróc cña bª t«ng nhùa, cã nh÷ng kÕt luËn rót
ra ®îc nh sau:
CÊp phèi thµnh phÇn h¹t cña hçn hîp bª t«ng nhùa: ph¶i ®îc chän theo qui
luËt cÊp phèi tèt nhÊt ®Ó hçn hîp bª t«ng nhùa cã ®é chÆt lín nhÊt vµ nh vËy
sÏ kh«ng cÇn qóa nhiÒu nhùa. TØ lÖ nhùa, bét kho¸ng ph¶i võa ®ñ. Bëi v×, nÕu
lîng chÊt liªn kÕt asphalt qu¸ nhiÒu, ngoµi viÖc kÕt dÝnh c¸c cèt liÖu kho¸ng
vËt vµ lÊp ®Çy c¸c lç rçng th× lîng asphalt cßn thõa sÏ ®Èy c¸c viªn ®¸ d¨m ra
xa nhau, lµm cho bª t«ng nhùa cã ®é dÎo lín vµ tÝnh chÞu c¾t kÐm ®i.
Hµm lîng ®¸ d¨m (cì h¹t lín h¬n 5 mm) trong thµnh phÇn cèt liÖu còng cã
¶nh hëng rÊt quan träng. Hµm lîng ®¸ d¨m nhiÒu sÏ ®¶m b¶o cho bª t«ng
nhùa cã kh¶ n¨ng dÝnh b¸m tèt cña b¸nh xe víi mÆt ®êng, ®ång thêi ®¶m b¶o
cho mÆt ®êng bª t«ng nhùa æn ®Þnh víi nhiÖt ®é h¬n ë nhiÖt ®é cao, gi¶m tÝnh
dÎo khi nhiÖt ®é t¨ng lªn do vËy t¨ng ®îc cêng ®é chèng c¾t cña bª t«ng nhùa.
Víi bª t«ng nhùa Ýt ®¸ d¨m th× tÝnh chèng thÊm níc cña bª t«ng nhùa sÏ tèt
h¬n. Nhng bª t«ng nhùa Ýt ®¸ d¨m l¹i dÔ bÞ ch¶y dÎo khi nhiÖt ®é t¨ng cao vµ
tÝnh nh¸m bÒ mÆt kÐm.
ë ViÖt Nam, thêi tiÕt ma nhiÒu, n¾ng nãng víi nhiÖt ®é cao. Do vËy cÇn ph¶i
c©n nh¾c ®Ó chän ®îc hçn hîp cÊp phèi th¶o m·n c¶ hai yªu cÇu trªn. Nhng
vÉn thiªn vÒ yªu cÇu æn ®Þnh víi nhiÖt ®é cao, cã ®é nh¸m tèt h¬n c¶. Cã thÓ
dïng cÊp phèi liªn tôc hoÆc cÊp phèi gi¸n ®o¹n ®Ó chÕ t¹o bª t«ng nhùa, nhng
cÇn chó ý khi dïng cÊp phèi gi¸n ®o¹n kh«ng ®Ó bª t«ng nhùa bÞ ph©n tÇng.
3.1.2 ThiÕt kÕ hµm lîng nhùa trong hçn hîp:
ViÖc x¸c ®Þnh lîng nhùa tiªu chuÈn cho hçn hîp bª t«ng nhùa ®Ó ®¹t ®îc
nh÷ng chØ tiªu c¬ lý tèt nhÊt lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng, bëi v×:
- NÕu thõa nhùa sÏ lµm gi¶m cêng ®é, gi¶m kh¶ n¨ng chèng trît cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa, dÔ lµm xuÊt hiÖn c¸c biÕn d¹ng trît, lîn sãng, lón, ch¶y
nhùa trªn mÆt ®êng khi nhiÖt ®é t¨ng cao.
- Nhng thiÕu nhùa còng lµm gi¶m cêng ®é cña hçn hîp, gi¶m kh¶ n¨ng æn
®Þnh víi níc vµ gi¶m tÝnh chÞu ¨n mßn cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa.
Cã nhiÒu lý thuyÕt lµm c¬ së cho viÖc chän lîng nhùa tiªu chuÈn, nhng cã thÓ
qui lµm hai ph¬ng ph¸p:
a) §Þnh hµm lîng nhùa tiªu chuÈn trªn cë së lý thuyÕt ®é rçng cña hçn hîp.
b) §Þnh hµm lîng nhùa tiªu chuÈn trªn c¬ së lý thuyÕt bÒ mÆt cña c¸c cèt liÖu
trong hçn hîp.
Theo ph¬ng ph¸p (a) th× hµm lîng nhùa tèi u ®îc x¸c ®Þnh dùa vµo ®é rçng
thùc tÕ cña cèt liÖu kho¸ng trong c¸c mÉu ®îc chÕ bÞ t¹i phßng thÝ nghiÖm vµ
dùa vµo tiªu chuÈn ®é rçng cßn d cña bª t«ng nhùa ®îc quy ®Þnh trong quy
tr×nh.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
41
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Cßn theo ph¬ng ph¸p (b) th× cho r»ng khi trén vËt liÖu kho¸ng víi nhùa, c¸c
h¹t kho¸ng vËt ®Òu ph¶i ®îc bäc mét mµng nhùa máng. NÕu biÕt ®îc tæng
diÖn tÝch c¸c h¹t vËt liÖu kho¸ng trong hçn hîp vµ chän ®îc bÒ dµy cña mµng
máng nhùa mét c¸ch thÝch hîp (tïy theo ®iÒu kiÖn xe ch¹y vµ khÝ hËu) th× cã
thÓ x¸c ®Þnh ®îc hµm lîng nhùa tèt nhÊt cña hçn hîp bª t«ng nhùa.
Ph¬ng ph¸p (a) th× ®¬n gi¶n h¬n nhng cã chç cßn cha hîp lý v× ®é rçng cña
hçn hîp kh«ng ph¶i lµ cè ®Þnh mµ thay ®æi nhiÒu tïy theo mËt ®é ®Çm lÌn vµ
hµm lîng bét kho¸ng trong hçn hîp. MÆt kh¸c khi hçn hîp chøa nhiÒu bét
kho¸ng th× ®é rçng cña cèt liÖu kho¸ng vËt sÏ gi¶m xuèng vµ theo lý thuyÕt
nµy th× chØ cÇn mét lîng nhùa Ýt ®Ó ®ñ lÊp c¸c lç rçng ®Õn møc quy ®Þnh, nhng
sÏ x¶y ra hiÖn tîng nhùa kh«ng ®ñ ®Ó bäc ngoµi mÆt tÊt c¶ lîng bét kho¸ng vµ
cèt liÖu kho¸ng vËt kh¸c; hçn hîp sÏ kh«ng ®ñ nhùa. V× vËy cßn ph¶i quy ®Þnh
thªm tû sè cña lîng nhùa bitum ®èi víi lîng bét kho¸ng.
1. Ph¬ng ph¸p (a) ®îc Nga, ViÖt Nam (tríc ®©y) vµ mét sè níc ¸p dông. Theo
ph¬ng ph¸p nµy hµm lîng bitum (B) trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®îc tÝnh theo
c«ng thøc sau:
(V
B=
o
r
− Vrq ) γ B
ρo
ρ
Vro = 1 − o ÷100
γo
víi
trong ®ã:
Vro - ®é rçng cña cèt liÖu kho¸ng vËt trong mÉu bª t«ng nhùa ®· ®îc chÕ
bÞ, tÝnh b»ng % thÓ tÝch
Vrq - ®é rçng cßn d quy ®Þnh theo tiªu chuÈn cña bª t«ng nhùa, ë nhiÖt
®é 20oC, % thÓ tÝch
ρo – khèi lîng thÓ tÝch (®é chÆt) cña cèt liÖu kho¸ng vËt trong mÉu bª
t«ng nhùa; g/cm3.
γB – tû träng cña bitum ë 20oC; g/cm3
γ0 – tû träng cña cèt liÖu kho¸ng vËt trong bª t«ng nhùa; g/cm3
ρo =
víi
γo =
vµ
ρ a qo
qo + qB
100
q
q1 q2 q3
+ + + ... + n
γ1 γ 2 γ 3
γn
trong ®ã:
ρa – khèi lîng thÓ tÝch (®é chÆt) cña mÉu bª t«ng nhùa; g/cm3.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
42
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
qo – hµm lîng cña cèt liÖu kho¸ng vËt trong mÉu bª t«ng nhùa (kh«ng
cã bitum), % theo khèi lîng – lÊy b»ng 100%.
qB – hµm lîng bitum trong bª t«ng nhùa, % khèi lîng
q1, q2, q3,...,qn – hµm lîng cña tõng lo¹i cèt liÖu trong mÉu bª t«ng
nhùa, % khèi lîng cña cèt liÖu kho¸ng vËt.
γ1, γ2, γ3,..., γn – tû träng cña tõng lo¹i cèt liÖu kho¸ng vËt trong mÉu bª
t«ng nhùa (®¸ d¨m, cuéi xay, c¸t, bét kho¸ng), g/cm3.
ρa =
víi
g oγ N
g1 − g 2
trong ®ã:
go – khèi lîng cña mÉu bª t«ng nhùa c©n trong kh«ng khÝ, g
γN – tû träng cña níc, 1g/cm3;
g1 – khèi lîng cña mÉu bª t«ng nhùa ®îc gi÷ trong níc 30 phót sau ®ã
®em c©n trong kh«ng khÝ, g
g2 – khèi lîng cña mÉu bª t«ng nhùa (nãi trªn) c©n trong níc, g
Sau khi tÝnh ®îc hµm lîng bitum theo c«ng thøc , chuÈn bÞ chÕ t¹o mét mÎ
hçn hîp bª t«ng nhùa ®Ó kiÓm tra, tõ ®ã chÕ bÞ 3 mÉu råi x¸c ®Þnh ®é rçng cßn
d thùc tÕ cña chóng theo c«ng thøc
ρ
Vr = 1 − a ÷100
γa
trong ®ã:
ρa – khèi lîng thÓ tÝch (®é chÆt) cña mÉu bª t«ng nhùa, g/cm 3, x¸c
®Þnh theo c«ng thøc
γa – tû träng cña bª t«ng nhùa g/cm 3 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc hoÆc
theo ph¬ng ph¸p dïng b×nh ®o tû träng.
γa =
qo + qB
qo qB
+
γo γB
víi qo, qB, γ0, γB – ký hiÖu nh c¸c c«ng thøc tõ ®Õn
NÕu ®é rçng cßn d thùc tÕ Vr nµy phï hîp víi giíi h¹n ®é rçng cßn d quy ®Þnh
cho lo¹i bª t«ng nhùa t¬ng øng, th× chuÈn bÞ mét mÎ hçn hîp bª t«ng nhùa
n÷a víi cèt liÖu vµ hµm lîng nhùa nh mÎ kiÓm tra ë trªn, ®Ó chÕ bÞ c¸c mÉu ®ñ
thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh tÊt c¶ c¸c chØ tiªu c¬ lý cña bª t«ng nhùa.
Trêng hîp ®é rçng cßn d thùc tÕ Vr cña 3 mÉu chÕ t¹o tõ mÎ kiÓm tra kh«ng
phï hîp víi ®é rçng cßn d quy ®Þnh Vrq th× lai ph¶i tÝnh l¹i lîng nhùa B theo
c«ng thøc , trong ®ã ®é rçng cña cèt liÖu kho¸ng vËt Vro lÊy theo mÉu cña mÎ
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
43
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
hçn hîp kiÓm tra, vµ sau ®ã l¹i chuÈn bÞ mét mÎ n÷a ®Ó chÕ bÞ c¸c mÉu, x¸c
®Þnh c¸c chØ tiªu c¬ lý...
Trêng hîp víi hµm lîng bitum B ®· tÝnh tháa m·n ®îc quy ®Þnh vÒ ®é rçng
cßn d Vr, nhng mét vµi chØ tiªu c¬ lý cña bª t«ng nhùa l¹i kh«ng ®¹t theo tiªu
chuÈn quy ®Þnh, th× lóc ®ã ph¶i thay ®æi thµnh phÇn cÊp phèi (tû lÖ c¸c cì h¹t)
cña cèt liÖu kho¸ng vËt (chØ cÇn thay ®æi hµm lîng bét kho¸ng trong ph¹m vi
quy ®Þnh); råi tÝnh to¸n l¹i hµm lîng nhùa cÇn theo .
ThiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa xem nh kÕt thóc khi ®· chän ®îc cÊp phèi hçn
hîp vµ hµm lîng nhùa ®¶m b¶o cho ®é rçng cña cèt liÖu kho¸ng vËt Vro , ®é
rçng cßn d Vr n»m trong ph¹m vi cho phÐp vµ tÊt c¶ c¸c chØ tiªu c¬ lý kh¸c
tháa m·n víi c¸c tiªu chuÈn quy ®Þnh.
H×nh 3.1 §å thÞ chän hµm lîng nhùa thÝch hîp cho bª t«ng nhùa
2. Hµm lîng bitum B tÝnh theo ph¬ng ph¸p (b) ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
cña ViÖn thÝ nghiÖm cÇu ®êng Ph¸p:
B = K 5 ΣS .α
trong ®ã:
ΣS – tû diÖn quy íc cña cèt liÖu kho¸ng vËt, m2/kg
K - m«®un hµm lîng nhùa lÊy tõ 3,45; 3,60; 3,70; 3,75; 3,90 tïy theo lu lîng xe, lo¹i mÆt ®êng, vÞ trÝ líp trong mÆt ®êng.
α - hÖ sè ®iÒu chØnh, khi tû träng cña cèt liÖu kho¸ng vËt γo kh¸c víi gi¸
trÞ 2,65g/cm3
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
44
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
α=
2, 65
γo
100ΣS = 0, 25 D + 2,3C1 + 12C2 + 135 Bd
víi
trong ®ã:
D – hµm lîng cì h¹t lín h¬n 6mm; %theo khèi lîng
C1 – hµm lîng cì h¹t tõ 6-:-0,315mm; %
C2 – hµm lîng cì h¹t tõ 0,315-:-0,08mm; %
Bd – hµm lîng cì h¹t nhá h¬n 0,08mm; %
Hµm lîng bitum B ®îc chän ®Ó thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa sÏ ®îc x¸c ®Þnh
tõ c¸c kÕt qu¶ cña c¸c thÝ nghiÖm trong phßng. Cø øng víi mçi hµm lîng bét
kho¸ng ( 35.
2. ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm ®é kÕt dÝnh (Cohesionmeter) cña Hveem.
MÉu thÝ nghiÖm ®îc chÕ bÞ nh ë (1). §Æt mÉu vµo thiÕt bÞ (h×nh 3.5), mÉu ®îc
gi÷ ë nhiÖt ®é 140 F (600C). §æ dÇn dÇn c¸c viªn bi vµo phÔu cho ®Õn khi nµo
mÉu bÞ g·y. Lóc Êy mét c¬ cÊu tù ®éng ®ãng l¹i, kh«ng cho bi ch¶y xuèng
n÷a. Tèc ®é t¨ng khèi lîng bi lµ 1,8 g/phót.
H×nh 3.5 ThiÕt bÞ Hveem x¸c ®Þnh ®é kÕt dÝnh cña mÉu bª t«ng nhùa
TrÞ sè ®é kÕt dÝnh cña mÉu bª t«ng nhùa ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :
C=
L
, g / inches
0,8 H + 0,178 H 2
trong ®ã :
L - Tæng khèi lîng c¸c viªn bi cÇn thiÕt ®Ó lµm g·y mÉu,g
H - ChiÒu cao cña mÉu, inches.
Yªu cÇu vÒ ®é kÕt dÝnh cña bª t«ng nhùa lµ kh«ng díi 50 cho mäi lu lîng xe.
ThÝ nghiÖm theo ph¬ng ph¸p Hveem thêng chØ dïng cho lo¹i bª t«ng nhùa mµ
h¹t cã kÝch cì lín nhÊt kh«ng qu¸ 1 inches.
3. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é tr¬ng në cña bª t«ng nhùa (T 101)
Hçn hîp bª t«ng nhùa cã chøa c¸c h¹t mÞn mµ chÊt lîng cßn kh«ng râ rÖt, rÊt
cã thÓ lµm cho bª t«ng khi chÞu t¸c dông cña níc sÏ bÞ tr¬ng në.
MÉu thÝ nghiÖm cña hçn hîp bª t«ng nhùa ®îc chÕ bÞ trong mét khu«n h×nh
trô, ®êng kÝnh 4 inches, sau ®ã ®Ó mÉu nguéi ®Õn nhiÖt ®é trong phßng. §em
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
50
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
mÉu n»m trong khu«n ®Æt trong chËu níc. Mét chuyÒn vÞ kÕ (®o ®Õn 1/100
inche) ®îc bè trÝ nh ë h×nh 3.6.
Ghi sè ®äc ban ®Çu ë chuyÓn vÞ kÕ vµ sè ®äc sau khi mÉu vµ khu«n ®îc ng©m
trong níc trong qu·ng thêi gian quy ®Þnh ( thêng quy ®Þnh lµ 24 giê) hoÆc cho
®Õn lóc kh«ng thÊy chuyÓn vÞ kÕ di chuyÓn n÷a. HiÖu sè cña 2 sè ®äc nµy lµ
®é tr¬ng në cña bª t«ng nhùa.
H×nh 3.6. S¬ ®å thiÕt bÞ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é tr¬ng në cña bª t«ng nhùa
3.2.4 Ph¬ng ph¸p Marshall
Trong thÕ chiÕn thø hai, yªu cÇu x©y dùng ®êng cho xe qu©n sù vµ s©n bay
ph¸t triÓn m¹nh; CÇn chän mét ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm bª t«ng nhùa nhanh,
gän nhÑ, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm di chuyÓn dÔ dµng. ¥ Mü ®· chän ph¬ng ph¸p vµ
thiÕt bÞ do Bruce Marshall ®Ò xuÊt (Mississipi State Highway Department).
Theo ph¬ng ph¸p nµy, cÇn ph¶i thùc hiÖn c¸c thÝ nghiÖm sau:
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh Marshall.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh Marshall cßn l¹i.
−
ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é dÎo Marshall.
MÉu bª t«ng nhùa ®îc chÕ bÞ b»ng bé khu«n vµ bóa ®Çm (drop-hammer) nÆng
10lb (4,536kg), r¬i tù do ë ®é cao 18 inches (457,2mm), ®Çm mçi mÆt 75 có
(khi lu lîng xe lín), 50 có (khi lu lîng xe trung b×nh), 35 có (khi lu lîng xe
nhá). MÉu cã ®êng kÝnh 4 inches vµ cao 2,5 inches.
§Ó mÉu nguéi ®Õn nhiÖt ®é kh«ng khÝ trong phßng. Sau khi ®· c©n, ®o ®Ó x¸c
®Þnh dung träng, ®é rçng th× ®Æt mÉu vµo thïng níc cã nhiÖt ®é 1400F(600C)
trong 30-40 phót (khi dïng nhùa bi tum ®Æc AC) ; nÕu dïng nhùa láng th× gi÷
mÉu ë nhiÖt ®é 770F (25 ± 10C); nÕu dïng nhùa h¾c Ýn th× gi÷ mÉu ë nhiÖt ®é
1000F (37,8 ± 10C).
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
51
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
LÊy mÉu ra vµ ®Æt vµo vµnh Ðp díi cña thiÕt bÞ Marshall (h×nh 3.7) ; ®Ëp vµnh
Ðp trªn lªn mÉu sao cho vµnh «m khÝt mÆt c¹nh mÉu. §Æt chuyÓn vÞ kÕ ®Ó ®o
®é ch¶y dÎo (flow). Cho m¸y ch¹y, Ðp víi tèc ®é 2 inches/phót (50,8mm/phót)
cho ®Õn khi ®¹t ®îc lùc lín nhÊt.
Ghi l¹i lùc ph¸ lo¹i mÉu nµy, nã biÓu thÞ trÞ sè ®é æn ®Þnh (®é bÒn) - Stability.
Cßn trÞ sè biÕn d¹ng t¬ng øng víi lóc ®¹t lùc cùc ®¹i biÓu thÞ ®é ch¶y dÎo
(flow) cña mÉu, tÝnh b»ng ®¬n vÞ 0,01 inches.
H×nh 3.7 ThÝ nghiÖm Marshall
TÊt c¶ c¸c thao t¸c tõ lóc lÊy mÉu ra khái níc, ®Æt vµo m¸y, ®Õn lóc ®¹t ®îc
lùc ph¸ ho¹i, kh«ng ®îc vît qu¸ 30 gi©y.
Trêng hîp mÉu cã chiÒu cao kh¸c víi 2,5 inches th× ph¶i nh©n víi mét hÖ sè
®iÒu chØnh k.
KÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¸c mÉu trªn thiÕt bÞ Marshall cã ®é ph©n t¸n kh¸ lín. MÆt
kh¸c ®é chÆt cña mÉu nÐn b»ng bóa ®Çm (drop hammer) thêng nhá h¬n ®é
chÆt cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa hiÖn nay, díi t¸c dông cña cêng ®é xe lín.
Ph¬ng ph¸p nµy chñ yÕu dùa trªn c¬ së thùc nghiÖm-kinh nghiÖm, nhiÒu
th«ng sè thiÕt kÕ theo Marshall cha ph¶n ¸nh mét c¸ch ®óng ®¾n t×nh tr¹ng
lµm viÖc cña kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa díi t¸c ®éng cña t¶i träng trïng
phôc vµ t¸c ®éng cña m«i trêng t¹i ®Þa ®iÓm x©y dùng cô thÓ.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
52
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
§èi víi bª t«ng nhùa cã ®êng kÝnh h¹t danh ®Þnh lín nhÊt cña cèt liÖu lín h¬n
25mm, ph¶i sö dông mÉu cã ®êng kÝnh 152mm, chiÒu cao 95.2mm. Thùc tÕ ë
ViÖt Nam cha nhiÒu phßng thÝ nghiÖm cã trang thiÕt bÞ ®Ó thÝ nghiÖm víi lo¹i
mÉu nµy. Nh÷ng nghiªn cøu trªn thÕ giíi cho thÊy, kÕt qu¶ thÝ nghiÖm víi
nh÷ng lo¹i bª t«ng nhùa cã ®êng kÝnh h¹t danh ®Þnh lín nhÊt cña cèt liÖu lín
h¬n 25mm cã ®é ph©n t¸n cao.
Víi mÉu bª t«ng nhùa khoan vÒ tõ hiÖn trêng, do bÒ mÆt mÉu thêng kh«ng
b»ng ph¼ng do ®ã diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a tÊm gia t¶i vµ bÒ mÆt mÉu sÏ nhá h¬n
thùc tÕ, do vËy kÕt qu¶ thÝ nghiÖm thiÕu chÝnh x¸c.
Tuy nhiªn, ®©y lµ mét thÝ nghiÖm ®¬n gi¶n, do ®ã nhiÒu níc ®Õn nay vÉn lÊy
chØ tiªu ®é bÒn vµ ®é ch¶y dÎo cña thÝ nghiÖm Marshall ®Ó ®¸nh gi¸ cêng ®é
vµ chÊt lîng cña bª t«ng nhùa.
B¶ng 3.2 thÓ hiÖn sù thÝch hîp cña c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn bª t«ng
nhùa sö dông ë Mü
B¶ng 3.2 øng dông cña c¸c ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn bª t«ng nhùa
Lo¹i hçn hîp bª t«ng nhùa
Ph¬ng ph¸p
Marshall
Ph¬ng ph¸p
Hubbard-Field
Ph¬ng ph¸p
Hveem
1/ Hçn hîp bª t«ng nhùa chÆt
2/ Hçn hîp bª t«ng nhùa h¹t mÞn
3/ Hçn hîp bª t«ng nhùa c¸t
4/ Líp th¶m nhùa h¹t mÞn
5/ Hçn hîp bª t«ng nhùa h¹t lín
6/ Hçn hîp bª t«ng nhùa hë
thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
Cã thÓ dïng
kh«ng thÝch hîp
kh«ng thÝch hîp
kh«ng thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
kh«ng thÝch hîp
kh«ng thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
thÝch hîp
cã thÓ dïng
3.2.5 Ph¬ng ph¸p Superpave
B¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1990, ch¬ng tr×nh nghiªn cøu chiÕn lîc ®êng « t«
(SHRP-Strategic Highway Research Program) ®îc tiÕn hµnh nh»m môc ®Ých
x©y dùng mét tiªu chuÈn thÝ nghiÖm vµ ph©n lo¹i míi cho bitum, ®Ò xuÊt mét
ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa míi cã xÐt ®Õn quan hÖ gi÷a c¸c chØ
tiªu thÝ nghiÖm trong phßng khi thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa vµ ®iÒu kiÖn
lµm viÖc cña kÕt cÊu bª t«ng nhùa ë hiÖn trêng ®· ®a ra ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ
thµnh phÇn bª t«ng nhùa míi lµ SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt
Pavement).
Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo Superpave bao gåm ba møc ®é
thiÕt kÕ riªng biÖt ®ã lµ:
- Møc 1: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ ESAL ≤ 106
- Møc 2: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ 106 ≤ ESAL ≤ 107
- Møc 3: øng víi lîng giao th«ng thiÕt kÕ ESAL >107
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
53
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 1: Bao gåm viÖc lùa chän vËt liÖu vµ tÝnh to¸n tû lÖ
phèi hîp c¸c lo¹i vËt liÖu ®Ó hçn hîp sau khi ®Çm nÐn tho¶ m·n c¸c ®Æc tÝnh
thÓ tÝch.
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 2: Sau khi hoµn tÊt c¸c néi dung ®· thùc hiÖn nh ë
møc 1, tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trªn mÉu bª t«ng nhùa ®Ó íc tÝnh vµ dù b¸o
kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh
c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa cÇn thùc hiÖn ë møc 2 bao gåm:
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
Néi dung thiÕt kÕ ë møc 3: Sau khi hoµn tÊt c¸c néi dung ®· thùc hiÖn nh ë
møc 1, tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm trªn mÉu bª t«ng nhùa ®Ó íc tÝnh vµ dù b¸o
kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng. C¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh
c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña bª t«ng nhùa cÇn thùc hiÖn ë møc 3 bao gåm:
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm kÐo gi¸n tiÕp t¶i träng trïng phôc.
−
ThÝ nghiÖm biÕn d¹ng mét trôc...
* C¸c thÝ nghiÖm c¾t trªn thiÕt bÞ c¾t Superpave (SHRP P-005)
Trong thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo ph¬ng ph¸p Superpave ë møc 2 vµ
møc 3, ph¶i thùc hiÖn 03 thÝ nghiÖm c¾t sau:
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
−
ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi.
ThiÕt bÞ c¾t Superpave xem H×nh 3.8, H×nh 3.9, m« h×nh thÝ nghiÖm c¾t xem
H×nh 3.10
a) Néi dung (nguyªn lý) thÝ nghiÖm:
C¸c thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn trªn mÉu h×nh trô trßn cã ®êng kÝnh D=152mm,
chiÒu cao H=50±2.5mm, ®îc chÕ bÞ trong phßng b»ng ph¬ng ph¸p sö dông
®Çm xoay Superpave hoÆc khoan vÒ tõ hiÖn trêng.
MÉu thÝ nghiÖm ®îc dÝnh liÒn 2 ®Çu víi 2 tÊm cao su trªn bÒ mÆt 2 tÊm gia t¶i
b»ng chÊt kÕt dÝnh (thêng dïng epoxy).
Víi nh÷ng thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é nhá h¬n 40 oC, tríc khi thÝ
nghiÖm, mÉu ®îc ®Æt vµo trong tñ sÊy ë nhiÖt ®é thÝ nghiÖm trong kho¶ng thêi
gian 2 giê.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
54
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Víi nh÷ng thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é lín h¬n hoÆc b»ng 40oC, tríc
khi thÝ nghiÖm, mÉu ®îc ®Æt vµo trong tñ sÊy ë nhiÖt ®é thÝ nghiÖm trong
kho¶ng thêi gian Ýt nhÊt lµ 2 giê nhng kh«ng vît qu¸ 4 giê.
Trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm, mÉu thÝ nghiÖm ®îc ®Æt trong buång nhiÖt cña
thiÕt bÞ thÝ nghiÖm, buång nhiÖt nµy cã kh¶ n¨ng t¹o ra vµ duy tr× ë nhiÖt ®é
quy ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm.
a.1) ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc víi tû lÖ øng suÊt kh«ng ®æi:
T¸c dông lªn mÉu ®ång thêi mét lùc däc trôc vµ lùc c¾t cã d¹ng nöa h×nh sin;
thêi gian t¸c dông cña mét chu kú lµ 0.7 gi©y, trong ®ã thêi gian t¸c dông lùc
lµ 0.1 gi©y vµ thêi gian nghØ lµ 0.6 gi©y; ®é lín c¸c lùc t¸c dông ®îc lùa chän
sao cho tû sè gi÷a øng suÊt däc trôc vµ øng suÊt c¾t lµ cè ®Þnh vµ n»m trong
kho¶ng tõ 1.2÷1.5.
ThÝ nghiÖm nµy ®îc thùc hiÖn theo c¸c bíc sau:
−
−
T¸c dông lùc lªn mÉu víi sè chu kú lµ 100, ®é lín c¸c lùc t¸c dông ®îc lùa
chän sao cho øng suÊt c¾t lín nhÊt ®¹t 7 kPa.
TiÕp tôc t¸c dông lùc lªn mÉu víi sè chu kú lµ 5000 hoÆc cho tíi khi biÕn
d¹ng vÜnh cöu ®¹t 5%. §é lín c¸c lùc t¸c dông ®îc lùa chän sao cho øng
suÊt c¾t lín nhÊt (phô thuéc vµo hµm lîng nhùa cña mÉu thÝ nghiÖm)
kh«ng vît qu¸ c¸c gi¸ trÞ quy ®Þnh ë B¶ng 3.3.
B¶ng 3.3. Gi¸ trÞ øng suÊt c¾t sö dông
TT
MÉu thÝ nghiÖm
cã hµm lîng nhùa
øng suÊt c¾t
(kPa)
1
Lín h¬n hµm lîng nhùa thiÕt kÕ
98÷175
2
B»ng hµm lîng nhùa thiÕt kÕ
84÷105
3
Nhá h¬n hµm lîng nhùa thiÕt kÕ
56÷91
KÕt qu¶ thÝ nghiÖm thu ®îc bao gåm: øng suÊt däc trôc, øng suÊt c¾t, biÕn
d¹ng däc trôc vµ biÕn d¹ng c¾t ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau.
a.2) ThÝ nghiÖm c¾t t¶i träng trïng phôc ë chiÒu cao kh«ng ®æi:
ThÝ nghiÖm sö dông mét lùc c¾t ®Ó t¹o ra mét biÕn d¹ng c¾t (theo ph¬ng
ngang) cã ®é lín 10-4 mm/mm trong khi chiÒu cao mÉu thÝ nghiÖm kh«ng thay
®æi.
ThÝ nghiÖm nµy ®îc thùc hiÖn theo c¸c bíc sau:
- T¸c dông lùc lªn mÉu víi sè chu kú lµ 100 chu kú, tÇn sè t¸c dông cña lùc
lµ 10 Hz.
- TiÕp tôc t¸c dông lùc lªn mÉu víi sè chu kú lµ 100 chu kú øng víi mçi tÇn
sè t¸c dông cña lùc lµ 10, 5, 2, 1, 0.5, 0.2, 0.1, 0.05 vµ 0.02 Hz.
- C¸c thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn lÇn lît ë c¸c nhiÖt ®é 4oC, 20oC vµ 40oC.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
55
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
KÕt qu¶ thÝ nghiÖm thu ®îc bao gåm: øng suÊt däc trôc, øng suÊt c¾t, biÕn
d¹ng däc trôc vµ biÕn d¹ng c¾t ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau.
H×nh 3.8 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm c¾t cña Superpave
H×nh 3.9. MÉu ë vÞ trÝ thÝ nghiÖm
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
56
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
MÆt bªn
Lùc t¸c dông
(duy tr× mÉu ë chiÒu cao cè ®Þnh)
TÊm gia t¶i
BiÕn d¹ng
c¾t tÝch luü
MÉu thÝ nghiÖm
C¸c tÊm cao su
TÊm gia t¶i
Ph¶n lùc
MÆt ®øng
MÉu thÝ nghiÖm
Lùc t¸c dông
¸p lùc h«ng
H×nh 3.10. M« h×nh thÝ nghiÖm c¾t trªn thiÕt bÞ c¾t Superpave
a.3) ThÝ nghiÖm c¾t ®¬n gi¶n ë chiÒu cao kh«ng ®æi:
ThÝ nghiÖm sö dông mét lùc c¾t (t¸c dông theo ph¬ng ngang) cã d¹ng nöa
h×nh sin; thêi gian t¸c dông cña mét chu kú lµ 0.7 gi©y, trong ®ã thêi gian t¸c
dông lùc lµ 0.1 gi©y vµ thêi gian nghØ lµ 0.6 gi©y.
ThÝ nghiÖm nµy ®îc thùc hiÖn theo c¸c bíc sau:
- T¸c dông lùc lªn mÉu víi sè chu kú lµ 100. §é lín cña lùc t¸c dông ®îc
lùa chän sao cho øng suÊt c¾t lín nhÊt ®¹t 7 kPa.
- T¨ng ®é lín cña lùc t¸c dông sao cho tèc ®é t¨ng cña øng suÊt c¾t ®¹t 70
kPa/gi©y cho ®Õn khi øng suÊt c¾t ®¹t 345 kPa (khi thÝ nghiÖm ë 40 oC), 105
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
57
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
kPa (khi thÝ nghiÖm ë nhiÖt ®é 20 oC), hoÆc 35 kPa (khi thÝ nghiÖm ë nhiÖt
®é 4oC); tiÕp tôc thÝ nghiÖm ë øng suÊt nµy trong kho¶ng thêi gian 10 gi©y.
- Gi¶m øng suÊt c¾t xuèng cßn 0 kPa víi tèc ®é 21 kPa/gi©y vµ tiÕp tôc thÝ
nghiÖm ë øng suÊt nµy trong kho¶ng 10 gi©y n÷a.
KÕt qu¶ thÝ nghiÖm thu ®îc bao gåm: øng suÊt däc trôc, øng suÊt c¾t, biÕn
d¹ng däc trôc vµ biÕn d¹ng c¾t ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau.
b) ý nghÜa sö dông:
C¸c thÝ nghiÖm nµy ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh biÕn d¹ng vÜnh cöu vµ
®Æc tÝnh nøt mái cña bª t«ng nhùa, sö dông cho thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa
theo ph¬ng ph¸p Superpave.
C¸c d÷ liÖu thu ®îc tõ c¸c ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm trªn ®îc nhËp vµo phÇn
mÒm chuyªn dông, phÇn mÒm chuyªn dông sÏ ®a ra ®îc c¸c dù b¸o biÕn d¹ng
vÜnh cöu (vÖt h»n b¸nh xe) vµ nøt do mái ë cuèi thêi kú thiÕt kÕ kÕt cÊu mÆt ®êng bª t«ng nhùa. C¸c kÕt qu¶ dù b¸o nµy sÏ ®îc sö dông ®Ó lùa chän hµm lîng nhùa tèi u trong hçn hîp bª t«ng nhùa.
Do cã xÐt ®Õn c¸c kh¶ n¨ng lµm viÖc thùc tÕ cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa th«ng
qua hÖ thèng c¸c thÝ nghiÖm vÖt h»n b¸nh xe, thÝ nghiÖm mái,...ph¬ng ph¸p
nµy ®· kh¾c phôc ®îc ba h háng chÝnh cña mÆt ®êng bª t«ng nhùa lµ: biÕn
d¹ng vÜnh cöu, nøt do mái vµ nøt ë nhiÖt ®é thÊp.
Mét u ®iÓm næi bËt cña ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp theo Superpave lµ ®·
nghiªn cøu chi tiÕt h¬n ®Õn cÊp phèi cèt liÖu ®Ó ®¶m b¶o cho viÖc chÕ t¹o hçn
hîp bª t«ng nhùa cã chÊt lîng cao, cã ®é rçng d vµ ®é dÎo phï hîp.
Víi nh÷ng u ®iÓm so víi ph¬ng ph¸p Marshall ë trªn, ph¬ng ph¸p Superpave
®îc nghiªn cøu ¸p dông réng r·i thêi gian võa qua ë Mü, c¸c níc ch©u ¢u,...
vµ lµ ®Þnh híng ¸p dông ë ViÖt Nam.
Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ gi¸ thµnh thiÕt bÞ cao, cÇn nh÷ng nh©n viªn
thÝ nghiÖm thµnh th¹o, ngoµi ra ph¬ng ph¸p nµy cßn míi mÎ nªn kinh nghiÖm
cßn Ýt.
Víi tÝnh phæ biÕn cña ph¬ng ph¸p Marshall vµ nh÷ng u ®iÓm næi bËt cña ph¬ng ph¸p Superpave, trong khu«n khæ nghiªn cøu nµy chØ ®i s©u vµo néi dung
cña hai ph¬ng ph¸p trªn ®Ó tõ ®ã rót ra ®îc nh÷ng ®Þnh híng ¸p dông ë ViÖt
Nam.
3.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch bª t«ng nhùa theo ph¬ng ph¸p Marshall vµ Superpave
ThiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo Marshall vµ Superpave còng theo nguyªn
t¾c ph©n tÝch c¸c tû lÖ thÓ tÝch nh tr×nh bµy ë phÇn 3.1, nhng viÖc ph©n tÝch
nµy cã kÓ ®Õn thÓ tÝch nhùa ®îc cèt liÖu hÊp thô nªn c¸c c«ng thøc ®Ó x¸c
®Þnh c¸c chØ tiªu cña hçn hîp bª t«ng nhùa cã kh¸c.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
58
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
H×nh 3.11 a, b giíi thiÖu c¸c thµnh phÇn tham gia trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch
cña hçn hîp bª t«ng nhùa ®· ®îc ®Çm chÆt vµ s¬ ®å vÒ c¸c lç rçng trong bª
t«ng nhùa ®· ®îc ®Çm chÆt
Vma - ThÓ tÝch c¸c lç rçng trong cèt liÖu
Vmb - ThÓ tÝch khèi cña hçn hîp ®Çm chÆt
Vmm - ThÓ tÝch kh«ng cã lç rçng cña hçn hîp
Vfa - ThÓ tÝch c¸c lç rçng ®uîc thÊm nuãc
Va - ThÓ tÝch c¸c lç rçng kh«ng khÝ
Vb
Nhùa Bitum
Vma
Va
Kh«ng khÝ
Vmb
Vmm
Vse
Vsb
Cèt liÖu
Vba
Va - ThÓ tÝch cña nhùa bitum
Vba - ThÓ tÝch cña nhùa bitum hÊp thô
Vsb - ThÓ tÝch cña cèt liÖu
(®Ó tÝnh tû träng khèi)
Vse - ThÓ tÝch cña cèt liÖu
(®Ó tÝnh tû träng cã hiÖu)
H×nh 3.11 a, b S¬ ®å vÒ c¸c lç rçng trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®· ®îc ®Çm chÆt vµ
thµnh phÇn cña mét mÉu hçn hîp bª t«ng nhùa ®· ®Çm chÆt
Cèt liÖu trong hçn hîp bª t«ng nhùa lµ c¸c h¹t kho¸ng cã lç rçng vµ cã kh¶
n¨ng hÊp thô níc vµ nhùa bitum ë c¸c møc ®é kh¸c nhau. Nh vËy tû sè gi÷a níc hÊp thô vµ nhùa bitum hÊp thô sÏ kh¸c nhau ®èi víi tõng lo¹i cèt liÖu. Tõ
®ã viÖc x¸c ®Þnh tû träng cèt liÖu cã 3 c¸ch: Tû träng khèi, tû träng biÓu kiÕn
vµ tû träng cã hiÖu.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
59
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
Khi x¸c ®Þnh tû träng khèi Gsb th× cèt liÖu ®îc xem nh vËt liÖu thÊm ®îc, nghÜa
lµ bao gåm c¶ c¸c lç rçng kh«ng thÊm ®îc vµ thÊm ®îc trùc giao víi mÆt cèt
liÖu (xem h×nh 3.2a)
Khi x¸c ®Þnh tû träng biÓu kiÕn G sa th× cèt liÖu ®îc xem nh vËt liÖu kh«ng
thÊm ®îc
Khi x¸c ®Þnh tû träng cã hiÖu Gse th× cèt liÖu ®îc xem nh vËt liÖu thÊm ®îc nhng kh«ng kÓ ®Õn c¸c lç rçng ®· thÊm nhùa bitum (xem h×nh 3.2a, b)
V× hçn hîp bª t«ng nhùa gåm c¸c cì h¹t kh¸c nhau cña cèt liÖu th«, cèt liÖu
mÞn, bét kho¸ng cã tû träng kh¸c nhau, nªn cã thÓ tÝnh c¸c tû träng cña hçn
hîp cèt liÖu nh sau:
Gsb =
p1 + p2 + ... + pN
p1 p2
p
+
+ ... + N
G1 G2
GN
trong ®ã:
Gsb – tû träng khèi cña toµn bé hçn hîp cèt liÖu
p1, p2, ...,pN – phÇn tr¨m theo khèi lîng cña tõng lo¹i cì h¹t
G1, G2,...,GN – tû träng khèi cña tõng cì h¹t
Gse =
pmm − pb
pmm pb
−
Gmm Gb
trong ®ã:
Gse – tû träng cã hiÖu cña toµn bé hçn hîp cèt liÖu
Gmm – tû träng lín nhÊt cña bª t«ng nhùa r¶i ®êng (kh«ng cã lç rçng
kh«ng khÝ-®é rçng d-theo ASTM D2041 hoÆc AASHTO T209)
pmm – tæng lîng hçn hîp rêi, tÝnh b»ng % khèi lîng cña hçn hîp=100
pb – hµm lîng nhùa bitum, tÝnh b»ng % khèi lîng cña hçn hîp (theo
ASTM D2041)
Gb – tû träng nhùa cña bitum
Gmm =
pmm
ps pb
+
Gse Gb
trong ®ã:
Gmm – tû träng lín nhÊt cña hçn hîp bª t«ng nhùa r¶i ®êng (kh«ng cã
lç rçng kh«ng khÝ)
pmm – ký hiÖu nh trªn b»ng 100
ps – hµm lîng cèt liÖu, % khèi lîng toµn bé hçn hîp
Gse – tû träng cã hiÖu cña cèt liÖu
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
60
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Gb – tû träng cña nhùa bitum
pb – hµm lîng nhùa, % khèi lîng cña toµn bé hçn hîp
G −G
se
Nhùa bitum hÊp thô pba = 100. G .G sb .Gb
sb se
trong ®ã:
pba – lîng nhùa bitum hÊp thô, %khèi lîng cña cèt liÖu
Gse, Gsb, Gb - ký hiÖu nh tríc.
Nhùa bitum cã hiÖu cña hçn hîp bª t«ng nhùa r¶i ®êng
pbe = pb −
pba
.p
100 s
trong ®ã:
pbe – hµm lîng nhùa bitum cã hiÖu, %khèi lîng cña hçn hîp
pb, pba, ps - ký hiÖu nh tríc.
§é rçng cèt liÖu (VMA) trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®Çm chÆt:
VMA = 100 −
Gmb . ps
Gsb
trong ®ã:
VMA – lç rçng trong cèt liÖu (%cña thÓ tÝch khèi)
Gmb – tû träng khèi cña hçn hîp bª t«ng nhùa ®Çm chÆt (ASTM D1188
hoÆc D2726 hoÆc AASHTO – T166)
Gsb, ps – ký hiÖu nh tríc.
§é rçng chøa kh«ng khÝ (®é rçng d) trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®Çm chÆt Va
Va = 100.
Gmm − Gmb
Gmm
trong ®ã:
Va – §é rçng d trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®Çm chÆt, % cña toµn bé
thÓ tÝch
Gmm, Gmb - ký hiÖu nh tríc.
Lç rçng ®îc chøa bitum nhùa (VFA) trong hçn hîp bª t«ng nhùa ®Çm chÆt
(kh«ng kÓ ®Õn lîng nhùa hÊp thô):
VFA = 100.
VMA − Va
VMA
trong ®ã:
VFA – lç rçng ®îc lÊp ®Çy nhùa, % cña lç rçng trong cèt liÖu (VMA)
VMA, Va - ký hiÖu nh tríc.
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
61
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
3.4 Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo Marshall
Néi dung cña ph¬ng ph¸p theo tr×nh tù sau:
- §¸nh gi¸ vµ lùa chän cèt liÖu h¹t dùa trªn c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®é hao
mßn L.A, ®é bÒn Sulfate, ®¬ng lîng c¸t, hµm lîng c¸c vËt thÓ cã h¹i (bôi,
sÐt, h÷u c¬,...), ®é mµi nh½n, tû lÖ mÆt vì, lîng h¹t thoi dÑt. TiÕp theo chän
cÊp phèi cèt liÖu, x¸c ®Þnh tû träng, kh¶ n¨ng hÊp thô.
- §¸nh gi¸ vµ chän lùa lo¹i nhùa bitum ®Æc phï hîp víi lo¹i hçn hîp bª t«ng
nhùa ®Þnh thiÕt kÕ vµ vïng khÝ hËu.
Lµm c¸c thÝ nghiÖm vÒ nhùa bitum ®Ó kiÓm tra c¸c tiªu chuÈn. X¸c ®Þnh tû
träng nhùa bitum ®Æc. VÏ ®å thÞ quan hÖ nhiÖt ®é-®é nhít. Tõ biÓu ®å x¸c
®Þnh kho¶ng nhiÖt ®é trén hçn hîp vµ nhiÖt ®é ®Çm lÌn (nhiÖt ®é trén chän
t¬ng øng víi ®é nhít 170±20 centistockes, nhiÖt ®é ®Çm lÌn chän t ¬ng
øng víi ®é nhít 280±30 centistockes)
- ChuÈn bÞ vµ ®óc c¸c mÉu theo ph¬ng ph¸p Marshall. SÊy vµ sµng cèt liÖu,
chuÈn bÞ vËt liÖu ®Ó lµm 18 mÉu, mçi mÉu kho¶ng 1150g cèt liÖu. TÊt c¶
kho¶ng 25kg cèt liÖu vµ 4 lÝt nhùa ®Æc. SÊy nãng cèt liÖu vµ nung nhùa ®Æc
®Õn nhiÖt ®é trén. Trén vµ ®óc 5 tæ mÉu (5x3=15 mÉu) víi 5 hµm lîng
nhùa kh¸c nhau, chªnh nhau 0,5%: trong ®ã cã mét hµm lîng nhùa gÇn víi
tèi u (theo kinh nghiÖm). Lîng hçn hîp cña tæ mÉu cßn l¹i th× trén víi lîng
nhùa gÇn víi tèi u vµ ®Ó rêi r¹c, dïng ®Ó x¸c ®Þnh tû träng lín nhÊt G max
cña 3 mÉu råi lÊy trÞ sè trung b×nh, tõ ®ã tÝnh tû träng cã hiÖu cña cèt liÖu
Gse. Tû träng lín nhÊt cña c¸c mÉu øng víi hµm lîng nhùa kh¸c ®· chän
trªn ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc ®· giíi thiÖu ë trªn.
Sè lÇn ®Çm mçi mÆt mÉu ®îc quy ®Þnh tïy theo lu lîng xe. Sau khi ®óc
xong ®Ó mÉu ®¹t nhiÖt ®é trong phßng. TiÕp theo x¸c ®Þnh tû träng khèi
cña mÉu Gsb.
- Ph©n tÝch dung träng vµ lç rçng. X¸c ®Þnh ®é rçng kh«ng khÝ (®é rçng d)
Va. TÝnh dung träng cña mçi mÉu δ theo c«ng thøc:
δ (g/cm3) = tû träng khèi Gmb x dung träng cña níc δw
X¸c ®Þnh ®é rçng cèt liÖu VMA cña mçi mÉu vµ x¸c ®Þnh ®é rçng ®îc lÊp
®Çy nhùa VFA cña mçi mÉu theo c«ng thøc ®· giíi thiÖu ë trªn
- TiÕn hµnh thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh (®é bÒn) Marshall vµ ®é dÎo.
Mçi tæ mÉu ®îc ®Æt trong níc ®îc gi÷ ë nhiÖt ®é 600C Ýt nhÊt lµ 30 phót vµ
kh«ng qu¸ 40 phót. Thêi gian tõ khi lÊy mçi mÉu ra khái níc ®Õn lóc nÐn
mÉu bÞ ph¸ ho¹i kh«ng qu¸ 60 gi©y.
- VÏ c¸c biÓu ®å vµ x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa tèi u. VÏ c¸c biÓu ®å quan hÖ
gi÷a ®é bÒn Marshall (S) víi hµm lîng nhùa bitum (pb); §é dÎo (F) víi
(pb); §é rçng d (Va) víi (pb); Dung träng (δ) víi (pb); §é rçng cèt liÖu
(VMA) víi (pb) vµ ®é rçng ®îc lÊp ®Çy nhùa (VFA) víi (pb) (h×nh 3.12)
Cã hai c¸ch ®Ó x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa tèi u pb:
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
62
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
- C¸ch cña viÖn Asphalt (AI):
+ T×m hµm lîng nhùa øng víi ®é æn ®Þnh max (pb1)
+ T×m hµm lîng nhùa øng víi dung träng max (pb2)
+ T×m hµm lîng nhùa øng víi ®é rçng d n»m gi÷a hai giíi h¹n (th«ng thêng lµ ®é rçng d 4%( (pb3)
+ LÊy trung b×nh céng cña 3 hµm lîng nhùa nãi trªn
pb =
pb1 + pb 2 + pb 3
3
Tõ hµm lîng nhùa trung b×nh pb nµy x¸c ®Þnh c¸c trÞ sè ®é bÒn (S), ®é dÎo
(F), ®é rçng d (Va) vµ ®é rçng cèt liÖu (VMA) ë c¸c biÓu ®å nãi trªn. So
s¸nh víi c¸c chØ tiªu Marshall quy ®Þnh trong quy tr×nh ®Ó quyÕt ®Þnh chän
hay thiÕt kÕ l¹i hçn hîp.
- C¸ch cña (NAPA):
+ T×m hµm lîng nhùa mµ øng víi nã cã ®é rçng d n»m gi÷a hai giíi h¹n
(kho¶ng 4%): Xem ®©y lµ hµm lîng nhùa tèi u
+ Tõ hµm lîng nhùa nµy x¸c ®Þnh c¸c trÞ sè ®é bÒn (S), ®é dÎo (F), ®é rçng
d (Va), ®é rçng cèt liÖu (VMA) vµ ®é rçng lÊp ®Çy nhùa (VFA) nhê c¸c
biÓu ®å t¬ng øng ®· lËp
+ So s¸nh c¸c gi¸ trÞ nµy víi c¸c tiªu chuÈn quy ®Þnh trong quy tr×nh tõ ®ã
quyÕt ®Þnh chÊp nhËn hµm lîng nhùa ®· chän (nÕu tháa m·n) hay ph¶i
thiÕt kÕ l¹i hçn hîp (nÕu kh«ng tháa m·n)
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
63
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
hµm lîng nhùa-§é æn ®Þnh Marshall
Hµm lîng nhùa-§é dÎo Marshall
60
1300
50
§é dÎo (0.1mm)
§é bÒn (daN)
1200
1100
1000
40
30
20
900
10
800
0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
Hµm lîng nhùa-®é Rçng cèt liÖu
hµm lîng nhùa-§é rçng d
18
9
8
17
6
VMA (%)
§é rçng d (%)
7
5
4
16
15
14
3
2
13
1
12
0
4.5
5.0
5.5
6.0
4.5
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
100
2.5
80
VFA (%)
Khèi lîng thÓ tÝch (g/cm3)
hµm lîng nhùa-K.lîng thÓ tÝch
2.6
2.4
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
hµm lîng nhùa-®é Râng lÊp ®Çy nhùa
60
40
2.3
2.2
20
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Hµm lîng nhùa (%)
H×nh 3.12 C¸c biÓu ®å chØ tiªu chÊt lîng cña hçn hîp bª t«ng nhùa biÕn thiªn theo
hµm lîng nhùa pb theo Marshall (®Ó x¸c ®Þnh hµm lîng nhùa tèi u)
(KÕt qu¶ thÝ nghiÖm BTNC15 - ®îc hµm lîng nhùa tèi u 6%)
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
64
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
3.5 Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng nhùa
theo SuperPave
Nh ®· tr×nh bµy ë phÇn 3.2.5, ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo
Superpave bao gåm ba møc ®é thiÕt kÕ ®ã lµ: møc 1; møc 2 vµ møc 3. Tr×nh tù
thiÕt kÕ c¸c møc nh sau:
3.5.1 Møc thiÕt kÕ 1 (Lîng giao th«ng thiÕt kÕ 80KN ESAL ≤ 106)
ThiÕt kÕ hçn hîp Bª t«ng nhùa theo Møc 1 bao gåm 5 néi dung chñ yÕu sau:
Lùa chän cèt liÖu dùa trªn c¸c chØ
Lùa chän lo¹i bitum dùa trªn nhiÖt ®é
tiªu
1. Lùa
kü thuËt:
chän c¸c vËt liÖu ®Ó thiÕt kÕ hçn
thiÕt hîp
kÕ mÆt
Bª®êng
t«ng cao
nhùa;
vµ thÊp.
- Giíi h¹n vÒ ®êng bao cÊp phèi.
(1-2)
thiÕt kÕ;
-2.ChØLùa
tiªuchän
®é gãcmét
c¹nhcÊp
cñaphèi
cèt liÖu
th«
3. ChÕ bÞ mÉu thÝ nghiÖm vµ ®Çm nÐn mÉu trong phßng;
- ChØ tiªu ®é gãc c¹nh cña cèt liÖu
4. Ph©n tÝch sè liÖu vµ ®a ra c¸c kÕt qu¶;
mÞn.
- Hµm lîng sÐt
5. Lùa chän mét hµm lîng nhùa thiÕtThÝ
kÕ.nghiÖm kh«ng b¾t buéc cho sù dÝnh
- ChØ tiªu cho hµm lîng thoi dÑt.
b¸m cña nhùa vµ cèt liÖu (2 mÉu)
(1-1) Lùa chän c¸c vËt liÖu ®Ó thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa:
3.5.1.1
1. Cèt liÖu:
Trong hÖ thèng thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa theo Superpave c¸c cèt liÖu th«
®îc sö dông víi cì h¹t lín nhÊt tíi 50mm. Yªu cÇu cho c¸c cì h¹t cèt liÖu lín
nhÊt
nghÜa
nh cÊp
sau:
thµnh phÇn cã cì h¹t lín nhÊt danh
ChÕdanh
bÞ 3 hoÆc
4 mÉu
phèiC¸c
dùa cèt
trªn liÖu
c¸c ®iÓm
nghÜa
tõ chÕ
9.5mm
cho tíi
19.0mm
dông cho líp mÆt vµ tõ 19.0 ®Õn 37.5mm
khèng
trªn ®êng
cong
mò 0.45sö
(1-3)
sö dông cho c¸c líp díi.
B¶ng 3.4 C¸c cì h¹t cèt liÖu lín nhÊt khuyÕn nghÞ
Líp mÆt ®êng
Líp trªn
TÝnh to¸n mét hµm
lîng nhùa ban ®Çu cho mçi
cÊp phèi (mçi cÊp
Lípphèi
díi 2 mÉu, tæng céng 6 hoÆc
8 mÉu) (1-4)
Líp mãng
Cì h¹t lín nhÊt danh nghÜa
9.5 – 12.5 mm
25.0-37.5
25.0-37.5
Khi t¹o mÉu hçn hîp cèt liÖu vµ ph©n tÝch thµnh phÇn h¹t trong hÖ thèng thiÕt
kÕ §¸nh
hçn hîp
Bª mÉu
t«ngsau
nhùa
Superpave
cÇn ph¶i lu ý c¸c nguyªn t¾c sau ®©y:
gi¸ c¸c
khi theo
®Çm nÐn
cña c¸c cÊp
lùac¸c
chäncìmét
phèi
thiÕtph©n
kÕ; tÝnh
s¬ sµng ít, bao gåm c¶ bét kho¸ng
- phèi;
TÊt c¶
h¹tcÊp
®Òu
ph¶i
tÝchto¸n
b»ng
bé
mét
hµm
lîng
nhùa
thiÕt
kÕ
(1-5)
®Ó ®¶m b¶o ®îc ®é chÝnh x¸c cao nhÊt trong thµnh phÇn cèt liÖu.
- Trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch thµnh phÇn h¹t cña mét lo¹i cèt liÖu hoÆc cña c¶
mét hçn hîp cèt liÖu lu«n ph¶i tÝnh to¸n trªn c¬ së cña % lîng lät qua m¾t
sµng®Þnh
thiÕt
X¸c
®é kÕ.
nh¹y Èm cña mÉu t¹i hµm l
§Çm c¸c mÉu ë 4 hµm lîng nhùa xung
nhùa
thiÕt kÕinstitue
vµ cÊp phèi
thiÕt kÕMS-2, c¸cquanh
lîngliÖu
nhùa
thiÕt®Þnh
kÕ s¬nghÜa
bé
- îng
Theo
Asphalt
Manual
kiÓu hµm
h¹t cèt
®îc
theo
AASHTO
(mçi hµm lîng nhùa 2 mÉu – Tæng
nh trong
b¶ngT283
3.5.(®Çm 6 mÉu tíi ®é
rçng d 7% - 3 mÉu kh« vµ 3 mÉu ít)
céng 8 mÉu) (1-6)
- (1-6)
C¸c cèt liÖu ®îc thiÕt kÕ theo c¸c d¹ng nh: ®¸, c¸t vµ bét kho¸ng ®îc ®Þnh
nghÜa nh trong b¶ng 3.6.
Trêng §¹i häc GTVT
néihµm
Lùahµ
chän
lîng nhùa thiÕt kÕ sao cho phï hîp víi
c¸c chØ tiªu vÒ ®Æc tÝnh thÓ tÝch t¹i sè vßng xoay thiÕt kÕ,
sè vßng xoay lín nhÊt vµ sè vßng xoay ban ®Çu.(1-7)
65
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
TrÇn Quèc §¹t
H×nh 3.13 ThiÕt kÕ hçn hîp Bª t«ng nhùa ë Møc 1 theo Superpave:
B¶ng 3.5. §Þnh nghÜa cho c¸c lo¹i cèt liÖu
Trêng §¹i häc GTVT hµ néi
66
TrÇn Quèc §¹t
LuËn ¸n th¹c sü kü thuËt
Cèt liÖu th«
Cßn l¹i trªn sµng 2.36mm
Cèt liÖu mÞn
Qua sµng 2.36mm
Bét kho¸ng
Qua sµng 75µm
B¶ng 3.6 §Þnh nghÜa c¸c d¹ng cèt liÖu
§¸
Cèt liÖu th« chiÕm u thÕ (cßn l¹i trªn sµng 2.36mm)
C¸t
Cèt liÖu mÞn chiÕm u thÕ (qua sµng 2.36mm)
Bét kho¸ng
Bét kho¸ng chiÕm u thÕ (qua sµng 75µm)
* C¸c ®Æc tÝnh phï hîp cña cèt liÖu:
- §é gãc c¹nh cña cèt liÖu th«: Thuéc tÝnh nµy ®Ó ®¶m b¶o cho c¸c h¹t cèt
liÖu cã mét néi ma s¸t víi nhau lín vµ cã kh¶ n¨ng chèng hiÖn tîng vÖt h»n
b¸nh xe trªn mÆt ®êng. Nã ®îc ®Þnh nghÜa ®ã lµ phÇn tr¨m theo khèi lîng cña
c¸c h¹t cèt liÖu lín h¬n 4.75mm cã mét hoÆc nhiÒu bÒ mÆt bÞ nghiÒn vì. Ph¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ®îc khuyÕn nghÞ sö dông cho thiÕt kÕ hçn hîp Bª t«ng
nhùa theo Superpave ®ã lµ ph¬ng ph¸p Pennsylvania DOT No.621 “X¸c ®Þnh
phÇn tr¨m cña c¸c m¶nh nghiÒn vì trong sái”. B¶ng 3.7 ®a ra c¸c yªu cÇu cho
c¸c gi¸ trÞ nhá nhÊt cña ®é gãc c¹nh cña cèt liÖu th«, ®ã lµ hµm cña møc ®é
giao th«ng vµ vÞ trÝ cña líp bª t«ng nhùa trong kÕt cÊu mÆt ®êng.
B¶ng 3.7 .ChØ tiªu giíi h¹n cho ®é gãc c¹nh cña cèt liÖu th«.
Møc ®é giao th«ng
ChiÒu s©u tÝnh tõ líp mÆt
(ESALs)
100mm
5
[...]... thành phần hỗn hợp bê tông nhựa 3.1 Cơ sở lý thuyết chung của các phơng pháp thiết kế Mục đích của việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa là lựa chọn tỷ lệ phối hợp các loại cốt liệu và nhựa đờng hợp lý để tạo ra bê tông nhựa có các chỉ tiêu kỹ thuật thoả mãn yêu cầu, nhằm tạo nên một kết cấu mặt đờng có đủ cờng độ, ổn định trong quá trình khai thác Thiết kế thành phần bê tông nhựa thực chất là thiết kế thành. .. Việc nghiên cứu, phân tích đầy đủ các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp, các phơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới để kiến nghị phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp thích hợp nhất ở Việt Nam hiện nay là rất cần thiết Trờng Đại học GTVT hà nội 39 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Trần Quốc Đạt chơng 3 Các phơng pháp thiết kế thành. .. kế hỗn hợp bê tông nhựa Mục đích của việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa là lựa chọn tỷ lệ phối hợp các loại cốt liệu và nhựa đờng hợp lý để tạo ra bê tông nhựa có các chỉ tiêu kỹ thuật thoả mãn yêu cầu, nhằm tạo nên một kết cấu mặt đờng có đủ cờng độ, ổn định trong quá trình khai thác Hỗn hợp bê tông nhựa đợc thiết kế phải thoả mãn 2 yếu tố cơ bản sau: - Yếu tố về đặc tính thể tích: Bao gồm các chỉ... cao có độ dốc ngang nhỏ 3 Bê tông nhựa đúc: rải ở nhiệt độ rất cao Trờng Đại học GTVT hà nội 27 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Trần Quốc Đạt 4 Bê tông nhựa dạng vữa 5 Bê tông nhựa dùng cho đờng băng sân bay 6 Bê tông nhựa rải nguội 7 Các loại bê tông nhựa đặc biệt: có dùng các chất phụ gia khác nhau nh polyme, copolyme, 2.4.4 Bê tông nhựa không cần lu lèn: Bê tông nhựa đúc Bê tông nhựa đúc-BTNĐ (Gussasphalt,... của nớc vào hỗn hợp trong quá trình khai thác - Yếu tố về đặc tính cơ học : Bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất lợng cốt liệu và các chỉ tiêu liên quan đến cờng độ của hỗn hợp bê tông nhựa sau khi đầm nén nhằm đảm bảo cho kết cấu lớp bê tông nhựa có đủ cờng độ sau khi xây dựng Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa gồm ba bớc: o Xác định chất lợng của các vật liệu cấu thành bê tông nhựa gồm đá các cỡ, cát,... bột khoáng và nhựa, sao cho phù hợp với các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của mỗi loại o Xác định nên chọn loại bê tông nhựa nào cho phù hợp với điều kiện xe chạy (lu lợng, thành phần xe), điều kiện khí hậu địa phơng, vị trí của lớp bê tông nhựa trong kết cấu áo đờng, o Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa gồm tính toán các thành phần hạt; sơ bộ chọn lợng nhựa theo bảng tham khảo; làm các mẫu xác định các chỉ tiêu... sử dụng để xác định hàm lợng nhựa tối u trong hỗn hợp bê tông nhựa d) Theo phơng pháp Superpave Phơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave bao gồm ba mức độ thiết kế riêng biệt đó là: - Mức 1: ứng với lợng giao thông thiết kế ESAL 106 - Mức 2: ứng với lợng giao thông thiết kế 106 ESAL 107 - Mức 3: ứng với lợng giao thông thiết kế ESAL >107 Nội dung thiết kế ở mức 1: Bao gồm việc lựa... liên quan đến cờng độ của hỗn hợp bê tông nhựa sau khi đầm nén nhằm đảm bảo cho kết cấu lớp bê tông nhựa có đủ cờng độ sau khi xây dựng Trên thế giới hiện nay có nhiều phơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa, có thể kể đến là: - Phơng pháp cờng độ của Liên Xô (cũ) - Phơng pháp Hubbard-Field - Phơng pháp Hveem - Phơng pháp Marshall - Phơng pháp Superpave Nhìn chung, các phơng pháp này đều dựa trên yếu... chặt lớn nhất và hỗn hợp bê tông nhựa có độ rỗng còn d đạt đợc theo qui định Hỗn hợp bê tông nhựa đợc thiết kế phải thoả mãn 2 yếu tố cơ bản sau: - Yếu tố về đặc tính thể tích: Bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng d, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa của hỗn hợp bê tông nhựa Các giá trị này phải nằm trong giới hạn quy định đảm bảo lớp bê tông nhựa có khả năng chống biến dạng, chống chảy nhựa dới tác động... đờng bê tông nhựa Cờng độ của bê tông nhựa đợc hình thành trên cơ sở nguyên lý hình thành cờng độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc cấp phối với chất kết dính là nhựa đờng và phụ thuộc vào cấu trúc của bê tông nhựa; cấu trúc này phụ thuộc vào tính chất và hàm lợng của các thành phần cấu thành, vào sự phân bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa đờng, vào chất lợng kỹ thuật trong quá trình chế tạo hỗn hợp, ... 1/ Hỗn hợp bê tông nhựa chặt 2/ Hỗn hợp bê tông nhựa hạt mịn 3/ Hỗn hợp bê tông nhựa cát 4/ Lớp thảm nhựa hạt mịn 5/ Hỗn hợp bê tông nhựa hạt lớn 6/ Hỗn hợp bê tông nhựa hở thích hợp thích hợp. .. phơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có xét đến quan hệ tiêu thí nghiệm phòng thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa điều kiện làm việc kết cấu bê tông nhựa trờng đa phơng pháp thiết kế thành phần bê tông. .. phơng pháp thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng Mỹ Bảng 3.2 ứng dụng phơng pháp thiết kế thành phần bê tông nhựa Loại hỗn hợp bê tông nhựa Phơng pháp Marshall Phơng pháp Hubbard-Field Phơng pháp
Ngày đăng: 03/10/2015, 09:55
Xem thêm: Nghiên cứu các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp Bê tông nhựa, Nghiên cứu các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp Bê tông nhựa