“Nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng làm móng mặt đường tại Đồng Nai”

Ý nghĩa khoa học của đề tài: Trên cơ sở thí nghiệm Marshall với các mẫu cấp phối đá dăm trộn nhựa có hàm lượng nhựa thay đổi từ 3% đến 5%, tìm ra hàm lượng nhựa hợp lý dùng để gia cố cấp phối đá dăm. Kiểm tra các chỉ tiêu của cấp phối đá dăm trộn nhựa với hàm lượng hợp lý tìm được để so sánh với các vật liệu dùng làm móng mặt đường khác, từ đó đưa ra đề xuất với vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đưa ra phương án sử dụng đối với loại vật liệu này cho từng tuyến đường phù hợp Có thể sử dụng vậtliệu địa phương là cấp phối đá dăm với khối lượng dồi dào, gia cố nhựa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật dùng trong xây dựng đường ô tô.

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông vận tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh

tế - xã hội Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển để tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đáp ứngtiến trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh

Hiện nay hệ thống quốc lộ, đường tỉnh được mở rộng, nâng cấp và xây dựng mới với yêu cầu đúng về cấp độ kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng nhiều

Vì vậy nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng và số lượng.Mặt khác lưu lượng xe tăng, tình hình sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm truyền thống xuất hiện những nhược điểm nhất định: Khả năng chống bong bật thấp, sự kết dính trong cấu trúc kém nên khi sử dụng cấp phối đá dăm dễ bị hư hỏng, xuất hiện các ổ gà, ổ voi…

Trong khi đó mặt đường bê tông nhựa mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng giá thành cao và đòi hỏi Nghiêm ngặt về thành phần cấp phối, trong khi nguồn cấp phối đá dămtại khu vực Đồng Nai và các tỉnh lân cận khá dồi dào nên cần sử dụng vật liệu tại chỗ sẳn có nhằm khắc phục một số nhược điểm của cấp phối đá dăm truyền thống làm mặt đường

Hiện nay trên thế giới nhiều nước đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa để làm vật liệu làm móng mặt đường mềm Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa còn chưa rộng rãi, do chưa có quy trình, quy phạm áp dụng Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng trong tính toán còn chưa được phổ cập Vì vậy, “Nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối

đá dăm trộn nhựa dùng làm móng mặt đường tại Đồng Nai” là cần thiết

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng làm móng

và mặt đường, nhằm bổ sung nguồn vật liệu làm móng và mặt đường

III Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu đá khai thác tại một số mỏ ở Đồng Nai và tỉnh lân cận

IV Phạm vi nghiên cứu

- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với hàm lượng nhựa từ 3% đến 5% so

với cốt liệu Từ hàm lượng nhựa tối ưu tìm được, đúc mẫu kiểm tra mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo ở các nhiệt độ 150C,300C,600C, so sánh với cácvật liệu cùng cấp trong 22TCN 211-06 và 8119-2011 để đánh giá khả năng sử dụng cấp phối đá dăm gia cố nhựa, từ đó đề xuất khả năng sử dụng vật liệu này

V Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thiết kế hỗn hợp cấp phối đá trộn nhựa Lý thuyết thí nghiệm các hỗn hợp vật lieu dùng nhựa đường làm chất dính kết

Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo các mẫu thử tại phòng thí nghiệm, Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá dăm trộn nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ, so sánh với các vật liệu khác đang dùng làm móng mặt đường từ đó đưa ra

đề xuất hợp lý

VI Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Trên cơ sở thí nghiệm Marshall với các mẫu cấp phối đá dăm trộn nhựa có hàm lượng nhựa thay đổi từ 3% đến 5%, tìm ra hàm lượng nhựa hợp lý dùng để gia

cố cấp phối đá dăm

- Kiểm tra các chỉ tiêu của cấp phối đá dăm trộn nhựa với hàm lượng hợp lý tìm được để so sánh với các vật liệu dùng làm móng mặt đường khác, từ đó đưa ra đề xuất với vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Đưa ra phương án sử dụng đối với loại vật liệu này cho từng tuyến đường phù hợp

- Có thể sử dụng vậtliệu địa phương là cấp phối đá dăm với khối lượng dồi dào, gia cố nhựa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật dùng trong xây dựng đường ô tô

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA VÀ NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ

NHỰA 1.1 Giới thiệu chung về mặt đường mềm

Mặt đường là một kết cấu gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau được rải trên nền đường để đáp ứng các yêu cầu chạy xe về cường độ, độ bằng phẳng, độ nhám Mặt đường là bộ phận rất quan trọng của đường ô tô [1,2]

Kết cấu mặt đường gồm có tầng mặt và tầng móng Từ đáy lớp móng dưới trở xuống đến hết phạm vi khu vực tác dụng của nền đường được gọi là nền đất (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể kết cấu áo đường mềm

Tầng mặt: Là bộ phận ở trên, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng bánh xe

gồm lực thẳng đứng, lực ngang lớn và các yếu tố thiên nhiên.Vì vậy - Yêu cầu tầng mặt phải làm bằng các vật liệu có cường độ, sức liên kết tốt để đủ bền trong suốt thời

kỳ sử dụng, khai thác kết cấu áo đường; phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấmnước, chống được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, chống nứt, chống bong bật; phải có khả năng chịu bào mòn tốt và không sinh bụi Để đạt được yêu cầu trên, tầng mặt thường cấu tạo gồm có 3 lớp: lớp chịu lực chủ yếu, lớp hao mòn, lớp bảo vệ dính kết với nhựa đường [1,2].

- Lớp chịu lực chủ yếu có cấu tạo từ một hoặc nhiều lớp vật liệu Do tính chất chịu nén, chịu uốn và chịu cắt nên lớp chịu lực chủ yếu phải cấu tạo từ vật liệu có cường độ cao, có khả năng chống trượt nhất định ( thường là đá trộn nhựa và bê tông nhựa )

- Lớp bảo vệ và lớp hao mòn được bố trí trên lớp chịu lực chủ yếu cũng có tác dụng làm giảm tác động của lực ngang, tăng cường sức chống bào mòn cho tầng mặt Nhưng tác dụng chủ yếu là để giảm bớt tác động của lực xung kích, chống lại sự mài mòn trực tiếp của bánh xe và tác động của điều kiện thiên nhiên Ngoài ra, chúng còn tăng cường độ bằng phẳng, tăng độ nhám cho mặt đường Lớp hao mòn, lớp bảo vệ làcác lớp định kì phải khôi phục trong quá trình khai thác ( thường là bê tông nhựa hay các hỗn hợp trộn nhựa khác ) [1,2]

Tầng móng chỉ chịu tác dụng lực thẳng đứng Nhiệm vụ của nó là phải phân

bố, giảm nhỏ ứng suất thẳng đứng tác dụng xuống nền đường tới một giá trị để đất nền có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng quá lớn:

- Do lực thẳng đứng truyền xuống ngày càng bé đi nên để tiết kiệm, tầng móng

có cấu tạo gồm nhiều lớp vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống Thông thường

có lớp móng trên và lớp móng dưới

- Lớp móng trên thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 1, cấp phối đá gia cố xi măng, đá dăm láng nhựa, cấp phối đá dăm gia cố nhựa, đá dăm tiêu chuẩn Lớp móng dưới thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 2, đất, cát gia cố xi măng, đất gia cố nhựa, cấp phối sỏi suối, cấp phối sỏi ong, cấp phối sỏi sạn [1,2]

Ví dụ mô tả chi tiết các lớp kết cấu áo đường mềm

Mođun đàn hồi đất nền đường E0 = 60 Mpa

Tổng trục xe khai thác : N = 25.106 trục 100kN

Biến dạng dư sau N = 5.106 lần lặp tải trọng trục 100 kN, y = 11,4 mm

Hình 1.2 : Ví dụ chi tiết các lớp kết cấu áo đường của một mặt đường mềm

Không phải một kết cấu mặt đường cũng bao gồm đầy đủ các tầng, lớp như trên, tuỳ theo yêu cầu cường độ, lưu lượng dòng xe chạy, tuỳ theo điều kiện cụ thể để quyết định lựa chọn một số tầng, lớp hợp lý

Kết cấu mặt đường phải có đủ cường độ và duy trì được độ bền để hạn chế tối

đa tác động phá hoại do xe cộ và các yếu tố môi trường tự nhiên gây ra Cụ thể là hạnchế được các hiện tượng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe trên mặt đường, hạn chế phát sinh hiện tượng nứt nẻ, hạn chế bào mòn và bong tróc bề mặt, hạn chế được các nguồn ẩm xâm nhập vào các lớp kết cấu và phần trên của nền đường trong phạm vi khu vực tác dụng, hoặc phải đảm bảo lượng nước xâm nhập vàođược thoát ra một cách nhanh nhất [1,2]

Bề mặt kết cấu áo đường mềm phải đảm bảo bằng phẳng, đủ nhám, dễ thoát nước mặt và ít gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác dụng xấu đến môi trường hai bên đường Tuỳ thuộc quy mô giao thông

và tốc độ xe chạy; tuỳ theo ý nghĩa và cấp hạng kỹ thuật của đường, cường độ thiết kếyêu cầu sẽ khác nhau được thể hiện trong thiết kế thông qua mức độ dự trữ tải trọng vận chuyển Mức độ dự trữ cường độ càng cao thì khả năng bảo đảm kết cấu áo đường mềm làm việc ở trạng thái đàn hồi càng thuận lợi, khiến cho chất lượng sử dụng trong khai thác vận doanh sẽ tốt, thời hạn sử dụng lâu bền và chi phí cho duy

tu, sửa chữa định kỳ thấp [1,2]

1.2 Tổng quan một số mặt đường sử dụng nhựa làm chất gia cố

1.2.1 Mặt đường bê tông nhựa [1,2,8].

1.2.1.1 Khái niệm

Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm đá dăm, cát, bột khoáng, Bi tum và phụ gia đượclựa chọn thành phần hợp lý, phối trộn và gia công thành hỗn hợp đồng nhất Thành phần của bê tông nhựa thông thường như sau : Đá dăm 20-65%, Cát 30-66%, Bột

khoáng 4-14%, Bi tum 5-7% và phụ gia tùy thuộc vào thí nghiệm để đạt được kết quả tốt.

Các tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ thi công và nhiệt độ khai thác, tỷ lệ và tính chất của các vật liệu thành phần phụ thuộc vào sự phân bố chất kết dính trong hỗn hợp và mức độ kết dính giữa cốt liệu và bitum Mỗi thành phần trong hỗn hợp bê tông nhựa đóng một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ đến nhau trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ tính chất cần thiết của vật liệu làm lớp mặt đường

Theo các tài liệu quốc tế thì BTN có thể khai thác ở nhiệt độ từ –500C đến +600C Các giải pháp để tăng cường độ ổn định nhiệt của BTN cần đặc biệt lưu ý khi sử dụngBTN trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Trong quá trình khai thác BTN chịu ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời tiết nên nó bị già đi, nứt nẻ, bị mài mòn và biến dạng làm giảm tuổi thọ khai thác của BTN Tuổi thọ trung bình của các lớp phủ mặt đường bằng BTN khoảng 10 đến 15 năm Trong điều kiện thiết kế, thi công, bảo dưỡng và khai thác hợp lý thì tuổi thọ tối đa có thể đạt đến 20 năm [1,2,4,8]

BTN được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao như đường cao tốc, đường thành phố và sân bay BTN còn có thể sử dụng làm vỉa hè, khu vui chơi giải trí, công trình thể thao và các công trình thuỷ lợi BTN chủ yếu có màu đen nhưng trong điều kiện yêu cầu cũng có thể chế tạo BTN có màu khác [1,2,4,8]

Cấu trúc của vật liệu khoáng trong BTN được chia làm 3 loại: có khung, bán khung và không có khung

Cấu trúc có khung: là cấu trúc trong đó hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt của bộ khung cát, đá dăm bằng chất liên kết bitum là nhỏ hơn hoặc bằng 1 Như vậy các chất liên kết nhựa không dễ chuyển động, những hạt đá dăm và cát tiếp xúc với nhau một cách trực tiếp hoặc thông qua lớp liên kết bitum tạo cấu trúc Bộ khung có thể chỉ là

đá dăm Trong trường hợp này đá dăm không chuyển động được cùng với hỗn hợp vữa (hỗn hợp gồm cát, bột khoáng và bitum) Sự có mặt các khung cứng không gian làm tăng độ ổn định của lớp phủ mặt đường Cấu trúc khung quen thuộc thường chứa lượng bột khoáng từ 4-10% và lượng bitum từ 5-7%.

1.2.1.3 Phân loại BT nhựa [1,2,8].

1.2.1.4 Theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu:

- BTN có cấp phối chặt (dense graded mix);

- BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix);

- BTN có cấp phối hở (open graded mix)

1.2 Theo độ rỗng rỗng:

BTN được phân ra 2 loại:

- BTN chặt (viết tắt là BTNC): có độ rỗng dư từ 3% đến 6% , dùng làm lớp mặt trên

và lớp mặt dưới Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng;

- BTN rỗng (viết tắt là BTNR): có độ rỗng dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp móng

1.2.3.3 Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường:

- BTN có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, các đoạn đường nguy hiểm Lớp BTN này được phủ trên mặt BTN, ngay sau khi thi công các lớp BTN phía dưới hoặc được phủ sau này, khi nâng cấp mặt đường

- BTN dùng làm lớp mặt (surface course mixture), bao gồm:

- BTN dùng làm lớp mặt trên (wearing course mixture): thường sử dụng BTN chặt

- BTN dùng làm lớp mặt dưới (binder course mixture): thường sử dụng BTN chặt

- BTN dùng làm lớp móng (base course mixture): loại BTN chặt và BTN rỗng đều có thể sử dụng làm lớp móng BTN rỗng có giá thành thấp hơn do không cần sử dụng bột khoáng và hàm lượng nhựa thấp hơn so với BTN chặt

- BTN cát (sand-asphalt mixture): sử dụng làm lớp mặt tại khu vực có tải trọng xe không lớn, vỉa hè, làn dành cho xe đạp, xe thô sơ Có thể sử dụng để làm 1 lớp bù

vênh mỏng trước khi rải lớp BTN lên trên Cốt liệu sử dụng cho BTN cát là cát

nghiền, cát tự nhiên hoặc hỗn hợp của hai loại cát này

1.2.3.4 Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của BTN chặt:

BTN được phân ra 4 loại:

- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm), viết tắt là BTNC 9,5;

- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 19 mm), viết tắt là BTNC 12,5;

- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết tắt là BTNC 19;

- BTN cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 9,5 mm), viết tắt là BTNC 4,75

Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 2:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC quy định tại Bảng 1.1

4 Chiều dầy lớp BTN hợp lý

5 Phạm vi nên áp dụng

Vỉa hè, làn dành cho

xe đạp, xethô sơ

Lớp mặt trên

Lớp mặt trên hoặc lớp mặt dưới

Lớp mặt dưới

1.2.3.5 Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với BTN rỗng [1,2,8].

BTN được phân thành 3 loại:

- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25mm), viết tắt là BTNR 19;

- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5mm), viết tắt là BTNR 25;

- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50mm), viết tắt là BTNR 37,5

Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 2:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNR quy định tại Bảng 1.2

7572-Bảng 1.2 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTN rỗng (BTNR)

25

BTNR 37,5

-3 Hàm lượng nhựa đường tham

khảo, % khối lượng hỗn hợp

Lớp móng

1.2.2 măt đường láng nhựa [1,2].

1.2.2.1 Khái niệm:

Tưới nhựa lên lớp mặt đường đã rải hoàn thiện, sau đó rải đó nhỏ, lu lèn chặt tạo nên một lớp vỏ mỏng, kín, chắc, không thấm nước, có khả năng chịu được lực đẩyngang

Chiều dày lớp láng nhựa thường không quá 4 cm Trên mặt đường cao cấp, lớp láng mặt dày độ 1-2.5 cm Trên mặt đường giản đơn dùng láng 2 đến 3 lớp, tổng dày khoảng 2.5 – 4 cm

Theo quy định, chiều dày của lớp láng nhựa không được tính vào chiều dày của kết cấu áo đường khi tính toán thiết kế

1.2.2.2 Phân loại:

Căn cứ vào lượng tưới nhựa và ra đá ta chia làm 3 loại

+ Tưới nhựa 1 lớp : tưới nhựa 1 lần và ra đá 1 lần, chiều dầy 1- 1.5 cm

+ Tưới nhựa 2 lớp : tưới nhựa 2 lần và ra đá 2 lần, chiều dầy 2- 2.5 cm

+ Tưới nhựa 3 lớp : tưới nhựa 3 lần và ra đá 3 lần, chiều dầy 3- 3.5 cm

Căn cứ vào biện pháp thi công chia làm 2 loại

+ Thi công lớp láng nhựa theo phương pháp tưới

+ Thi công lớp láng nhựa theo phương pháp rải đá nhựa đã trộn sẵn

Căn cứ vào phương pháp thi công sử dụng nhựa chia làm

+ Lớp láng nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhựa nóng

+ Lớp láng nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhũ tương

1.2.3 Mặt đường thấm nhập nhựa:

1.2.3.1 Khái niệm:

Mặt đường thấm nhập nhựa là mặt đường sử dụng đá dăm có kích cỡ chọn lọc (tương đối đồng đều), rải, lu lèn đến một độ chặt nhất định Dùng nhựa tưới thấm

nhập vào các khe hở đến một độ sâu nhất định, nhựa liên kết các hòn đá lại Sau đó dùng đá kích cỡ nhỏ hơn chèn các khe hở rồi lu lèn đến độ chặt yêu cầu.

Cường độ của mặt đường được hình thành dựa trên lực chèn móc, ma sát giữa các hòn đá theo nguyên lý đá chèn đá kết hợp với lực dính liên kết các viên đá lại với nhau của nhựa

1.2.3.2 Phân loại

Theo chiều sâu thấm nhập nhựa phân làm 3 loại

+ Mặt đường thấm nhập nhẹ: dầy 4.5-6 cm và nhựa thấm nhập hết chiều dày mặtđường

+ Mặt đường thấm nhập sâu: Dầy 6-8 cm và nhựa thấm nhập hết chiều dày mặt đường+ Mặt đường bán thấm nhập: Dầy 8-15 cm và nhựa thấm nhập đến một mức độ nào

đó thường là 4.5-6 cm

Theo hình thức sử dụng nhựa

+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhựa nóng

+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhũ tương

1.2.4 Mặt đường cấp phối đá dăm gia cố nhựa

Cấp phối đá dăm gia cố nhựa được hiểu như một hỗn hợp cốt liệu đá có đường cấp phối liên tục hoặc gián đoạn trộn nóng với nhựa đường, khác với bê tông nhựa, cấp phối đá trộn nhựa không có bột khoáng vì vậy, hàm lượng nhựa dùng để trộn không cao, các chỉ tiêu cơ lý kỹ thuật của cấp phối đá dăm gia cố nhựa cũng kém hơn

so với bê tông nhựa Về cơ bản cấp phối đá dăm gia cố nhựa có nguyên lý hình thành cường độ giống với bê tông nhựa

Các chỉ tiêu đánh giá có thể kể tới :

- Mô đun đàn hồi của cấp phối đá dăm gia cố nhựa

- Độ bền ép chẻ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa

- Độ bền và độ dẻo Marshall

Hiện nay, trong 22TCN 211 – 06 chưa có số liệu nêu rõ chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt đượccủa cấp phối đá dăm gia cố nhựa [11]

1.3 Các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu gia cố nhựa trên thế giới và ở Việt Nam

Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa trong kết cấu

áo đường mềm từ rất lâu Giải pháp dùng cấp phối đá dăm trộn nhựa làm móng mặt đường không những giảm được chiều dày chung toàn kết cấu mà còn có tác dụng tốt

cho khả năng bảo vệ chống nhiễm lạnh áo đường Đây là một trong những điều kiện kiểm toán quan trọng đối với các nước có mùa đông lạnh [19].

Bảng 3.1 giới thiệu dạng kết cấu định hình No 9 về mặt đường mềm ở pháp, năm

1977 [19]

Kết cấu định hình cho thấy lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa được đưa vào sử dụng và đóng vai trò như lớp móng trên của mặt đường bê tông nhựa

Bảng 3.1 : Định hình kết cấu áo đường mềm No 9 của pháp, năm 1977 [19].

7cm BTN-I

1 2 3 4

7cm BTN-II 15cm ÐTN-III 28cm CPÐgcxm

7cm BTN-I

1 2 3 4

7cm BTN-II 15cm ÐTN 28cm CPÐgcxm

8cm BTN-I

1 2 3

15cm ÐTN 28cm CPÐgcxm

6cm BTN-I

1 2 3

12cm ÐTN 20cm CPÐgcxm

8cm BTN-I 1

2 3

15cm ÐTN-III 22cm CPÐgcxm

6cm BTN-I

1 2 3

12cm ÐTN 28cm CPÐgcxm

8cm BTN-I 1

2 3

15cm ÐTN-III 20cm CPÐgcxm

8cm BTN-I 1

2 3

18cm ÐTN 25cm CPÐgcxm

(1) BTN: Bê tông nhựa nóng

(2) ĐTN: Cấp phối đá dăm trộn nhựa nóng

(3) CPĐgcxm: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng

Ở Đức kết cấu áo đường có cường độ cao cũng có lớp cấp phối đá trộn nhựa, lớp này được xếp ngay trên lớp cấp phối đá dăm và ở dưới lớp bê tông nhựa chặt [15].

Hình : Mặt cắt ngang một kết cấu áo đường tại Đức [15]

Tại việt nam, việc dùng cấp phối đá dăm gia cố nhựa còn ít được chú trọng, nhiều công trình thiết kế móng cấp phối đá dăm có chiều dày lớn như

(1) Đường xa lộ Hà Nội mở rộng

7 cm BTN hat min

1

8 cm BTN hat trung2

80 cm CPÐD-I3

20 cm CP soi do4

(2) Đường ĐT 741 – Tỉnh Bình Dương

4 cm BTN hat trung1

6 cm BTN hat tho2

20 cm CPÐD-I3

35 cm CPÐD-II4

20 cm CP soi do5

Tuy vậy quan điểm thiết kế hiện nay đã dần thay đổi, một số công trình lớn hiện nay đã bắt đầu quan tâm và sử dụng lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa có thể kể đếnnhư

Công trình đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng [15]

Phần đường chính dà 71 cm lớp cấp phối đá trộn nhựa được đặt trên lớp cấp phối đá dăm loại 1 và dưới lớp bê tông nhựa hạt trung C19 cụ thể chiều dày các lớp như sau

+ Lớp BTN hạt mịn: 5cm;

+ Bê tông nhựa hạt trung C19 : 14 cm chia hai lớp rải mỗi lớp 7cm;

+ Lớp móng CPĐD gia cố nhựa ATB dày 12 cm;

+ Lớp CPĐD loại 1 dày 40 cm

Phần dừng xe khẩn cấp: dày 66 cm bao gồm 7,5cm ATB và 68,5 cm CPĐD.

Cân nhắc kỹ thuật cho làn dừng xe khẩn cấp ở công trình này được lý giải

+ Mặt đường làn dừng xe khẩn cấp chỉ có 7,5 cm ATB đặt trên móng đá dăm dày khoảng 60cm và thấp hơn mặt đường chính 5cm Đây là một kết cấu đủ chịu lực, không có vấn đề gì khi xe nặng đỗ hay di chuyển chậm Kết cấu này cũng thuộc loại mặt đường cấp cao A2, cho đường quốc lộ Nó cũng là mặt đường kín, không sợ nướcthấm xuống dưới Với lượng xe trục 10T dưới 100 ngàn xe chạy qua thì châu Âu cũngchỉ dùng mặt đường này Việc dùng kết cấu như thế trong dự án của chúng ta là rất hợp lý, không chỉ là rẻ tiền mà liên quan đến an toàn giao thông [15]

Đường cao tốc Sài Gòn – Long Thành – Dầu Giây, Công trình nâng cấp và mở rộng quốc lộ 1A, Công trình nâng cấp quốc lộ 5 cũng đã đưa cấp phối đá dăm gia cố nhựa vào sử dụng như lớp móng trên Và sử dụng các tiêu chuẩn của bê tông nhựa rỗng trong việc kiểm soát chất lượng thi công lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa tại công trường [17]

Nhận xét chương 1:

- Nguyên lý hình thành cường độ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa gần giống với

bê tông nhựa, phụ thuộc vào cấp phối hạt, hàm lượng, tính chất của nhựa, nhiệt độ lúcthi công và làm việc

- Nhiều nơi do điều kiện kinh tế khó khăn nên lớp mặt đường vẫn là cấp phối đá dăm, cường độ chống trượt thấp, dễ chịu tác động của môi trường, gây hư hỏng mặt đường

- Kết cấu của áo đường mềm gồm nhiều lớp, hiện nay do tải trọng trục xe ngày càng lớn, chúng ta thường đặt lớp bê tông nhựa trên lớp cấp phối đá dăm dày, dẫn đếnbất lợi về kết cấu và trạng thái ứng suất chịu kéo uốn sinh ra khi chịu tải, sớm gây biến dạng, mất bằng phẳng mặt đường, hoặc gây nứt mặt đường

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO CẤP PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN NHỰA Ở KHU VỰC ĐỒNG NAI VÀ CÁC TỈNH LÂN CẬN

2.1 Yêu cầu về vật liệu cấp phối đá dăm dùng làm móng mặt đường [5].

2.1.1 Yêu cầu về đường cong cấp phối hạt [5].

Ở nhiều nước, đã có nhiều tác giả nghiên cứu thành phần hạt của cấp phối sỏisạn hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tụckhác nhau Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên

Các đường cong cấp phối lý thuyết được các học giả phương Tây nghiên cứu cótính khả thi là các lý thuyết sau:

 Lý thuyết cấp phối của Fuller;

 Lý thuyết cấp phối của Talbot;

 Lý thuyết cấp phối của Ivanop

4.1.1 Lý thuyết cấp phối của Fuller

Kết quả nghiên cứu của Fuller đã chỉ ra rằng, đường cong cấp phối có dạng cànggần với đường cong Parabol thì cấp phối đó có độ chặt càng lớn Đường cong cấpphối lý tưởng của Fuller có dạng:

Từ công thức (4.2) và (4.3) ta dễ dàng tính được tỷ lệ % lọt qua sàng khác nhau

4.1.2 Lý thuyết cấp phối của Talbot

Theo nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối cốt liệu phù hợp với công thức sau thì

sẽ đạt được độ chặt lớn nhất:

(2.5)Trong đó:

Nhận xét: Công thức của Fuller là trường hợp riêng của công thức Talbot 4.1.3 Lý thuyết cấp phối của Ivanop

Trên cơ sở thực nghiệm, Ivanop và Okhotina đã đưa ra các luận điểm cơ bản về

lý thuyết cấp phối tốt nhất như sau:

1 Độ rỗng của cấp phối hạt có kích cỡ kề nhau chênh nhau 2 lần sẽ như nhau khi tỷ lệ về khối lượng của các hạt kề nhau không đổi.

100

x D

d P

2 / 1

.37

2 / 1

2 / 1

2 Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước của các hạt chèn vào lỗ rỗng của các hạt to hơn sẽ lần lượt giảm đi 16 lần và khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) Hệ số K=0,43 được gọi là hệ số giảm khối lượng.

3 Khi chọn cấp phối hạt có kích cỡ hạt chênh nhau 1/8; 1/4; 1/2 thì độ rỗng của cấp phối sẽ lớn hơn và do đó khối lượng hạt chèn phải tăng lên Vì vậy để cấp phối vẫn đảm bảo có độ chặt lớn nhất (độ rỗng nhỏ nhất ) thì khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ hơn) sẽ bằng 55%, 66% và 81% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) (hệ số K=0,55; 0,66 và 0,81) tương ứng với kích cỡ hạt chênh nhau là 1/8; 1/4; 1/2 lần.

Dựa vào nguyên tắc đã nêu trên và dựa vào thực nghiệm, Ivanop đã định rađường cong giới hạn của cấp phối Trong trường hợp các cỡ hạt chênh nhau 2 lần,khoảng bao của hệ số K theo Ivanop là K = 0,70 - 0,84 Ở CHLB Đức dùng đườngcong cấp phối tương ứng với K < 0,7, Thụy Điển: với K < 0,65, ở Mỹ sử dụng đườngcong cấp phối tương ứng với hệ số khối lượng giảm dần K = 0,75-0,85 [5]

Việc so sánh lý thuyết của Ivanop với lý thuyết Talbot được tiến hành trên cơ sở

số liệu của đường bao cấp phối Ivanop và công thức Talbot với loại cấp phối Dmax=32

mm, là loại có cỡ hạt thích hợp với cấp phối đá dăm

Trình tự tiến hành như sau:

 Tiến hành xác định các giá trị lượng lọt qua sàng trên cơ sở đường cong cấp phối Ivanop với D max =32 mm, hệ số K=0,65; 0,88 và 0,9.

 Tiến hành xác lập công thức cấp phối theo Talbot với D max =32 mm tương ứng với số mũ n=0,6; 0,5; 0,4 và 0,3 So sánh giữa cấp phối Talbot và Ivanop.

Kết quả so sánh được thể hiện ở bảng 4.1

Bảng 2.1 So sánh lý thuyết cấp phối của Ivanop với Talbot

Kết luận: Về lý thuyết, đường cong cấp phối của Fuller và Ivanop đều tuân theo

lý thuyết của Talbot Để tiện cho việc phân tích ở các phần sau, sử dụng công thứccủa Talbot làm cơ sở để so sánh với các tiêu chuẩn vật liệu cấp phối đá dăm

4.1.4 Xác định đường cong cấp phối lý thuyết theo Talbot

Trên cơ sở các công thức lý thuyết về cấp phối lớn nhất của Talbot, tiến hànhtính toán thành phần cấp phối theo lý thuyết để đạt được độ chặt lớn nhất với ba loạicấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm và 25 mm Với công thứcTalbot, ta chọn hệ số n với các giá trị là 0,3; 0,4 và 0,5 Để tiện cho tính toán, cáccông thức tương ứng với đường kính hạt lớn nhất 50 mm; 37,5 mm và 25 mm, vớin=0,3; n=0,4 và n=0,5 được thống kê ở bảng 4.2:

Bảng 2.2 Công thức xác định thành phần cấp phối theo Talbot

Công thức cấp phối theo Talbot

Bảng 2.3 Đường cong cấp phối chuẩn theo Talbot, Dmax=50 mm

Kích cỡ sàng vuông

(mm)

Lượng lọt sàng (%) Fuller

Talbot (n=0,5) Talbot (n=0,4) Talbot (n=0,3)

Bảng 2.4 Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=37,5 mm

Kích cỡ sàng vuông

(mm)

Lượng lọt sàng (%) Fuller

Talbot (n=0,5) Talbot (n=0,4) Talbot (n=0,3)

Talbot (n=0,5) Talbot (n=0,4) Talbot (n=0,3)

0.6 15.5 22.5 32.7

2.1.2 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý cần đạt được

Theo TCVN 8859-2011 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD được quy định

Loại I Loại II

1 Độ hao mòn Los-Angeles của cốt liệu

TCVN 7572-12 : 2006

2 Chỉ số sức chịu tải CBR tại độ chặt

1) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo được xác định bằng thí nghiệm với thành phần hạtlọt qua sàng 0,425 mm

2) Tích số dẻo PP có nguồn gốc tiếng Anh là Plasticity Product 3) Hạt thoi dẹt làhạt có chiều dày hoặc chiều ngang nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài; Thí nghiệm được thực hiện với các cỡ hạt có đường kính lớn hơn 4,75 mm và chiếm trên 5 %khối lượng mẫu; Hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu lấy bằng bình quân gia quyền của các kết quả đã xác định cho từng cỡ hạt

Ngoài ra, trong TCVN 8819-2011 Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm phải thoả mãn cácyêu cầu quy định tại Bảng

Bảng 3.1 : Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm dùng trong cấp phối đá trộn

nhựa

STT Các chỉ tiêu cơ lý

của đá

Lớp mặt

Lớpmóng

Phươngpháp thí nghiệm

dướiLoại 1 Loại 2

800600

800600

600400

TCVN1771, 1772-87

Độ ép nát ( nén

dập trong xi lanh )

của đá dăm xay từ

cuội sỏi không lớn

hơn, %

TCVN1771, 1772-873

Độ ép nát của đá

dăm xay từ xỉ lò

cao

- Loại -Không lớn hơn,

%

115

225

225

3354

Độ hao mòn Los

Angeles (LA)Không lớn hơn, %

Dmin/dmax không

nhỏ hơn

Bằng mắtkết hợpbằng sàng

Ghi chú : Dmin : cỡ hạt nhỏ nhất của cuội sỏi đem xay

Dmax : cỡ hạt lớn nhất của cuội sỏi đem xay

2.1 Chất lượng, trữ lượng và khả năng khai thác cấp phối đá dăm của mỏ đá tại Đồng Nai và tỉnh lân cận

Khoáng sản vật liệu xây dựng là loại khoáng sản có tiềm năng lớn nhất của tỉnh Đồng Nai Đá xây dựng phân bố ở nhiều nơi với 37 mỏ lớn nhỏ khác nhau Đá có nguồn gốc xâm nhập, phun trào và trầm tích - phun trào

Hình 2.1 Phân bố mỏ đá vùng Đông Nam Bộ [16].

CPĐD hiện khai thác chủ yếu là từ các mỏ Hóa An (Bình Dương), Thường Tân (Bình Dương), Tân Hạnh, Sóc Lu, Long Thành (Đồng Nai), Núi Dinh (Bà Rịa - VũngTàu), Suối Mơ (Quận 9) [5]

2.1.1 Điều tra trữ lượng và khả năng khai thác nguồn vật liệu sản xuất CPĐD

mỏ đá Hóa An (Bình Dương) [5].

2.1.1.1 Vị trí:

Khu mỏ thuộc ấp Đông An, xã Tân Đông Hiệp, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương:Diện tích toàn mỏ là 46,6 ha

Diện tích khai trường là: 27,95 ha gồm:

- Moong I: C.Ty khoáng sản và xây dựng 10,2 ha

- Moong II: C.Ty CTGT 710 là 4,22 ha.

- Moong III: Tổng công ty I là 4,2 ha

- Moong IV: C.ty đầu tư xây dựng 3-2 là 6 ha

- Moong V: Công ty 620 là 3,33 ha

2.1.1.2 Điều kiện giao thông:

Khu vực mỏ có điều kiện giao thông thuận lợi, mỏ cách quốc lộ 1K khoảng 300m

2.1.1.3 Chất lượng đá xây dựng:

Đá thuộc loại tufđaxít màu xám xanh, xám xanh phớt lục kiến trúc vụn tinh thể

- Ban tinh chiếm 25 - 30% gồm plagioclaz, biotit bị clorit hóa và ít thạch anh

- Nền chiếm 70 - 75% gồm các vi tinh plagioclaz, biotit, thach anh và thủy tinh

bị biến đổi

Thành phần hóa học:

SiO2: 63,96 - 65,3%; TiO2: 0,72 - 0,83%; AL2O3: 15,32 - 15,88%;

Fe2O3: 1,06 - 1,47%; FeO: 2,17 - 3,19%; MnO: 0,02 - 0,05%;MgO: 1,94 - 2,17%; CaO: 2,01 - 2,34%; Na2O: 3,88 - 4,18%;

Cường độ kháng nén tự nhiên trung bình: 1.101kg/cm2;

Cường độ kháng nén bão hòa trung bình: 994kg/cm2;

Cường độ kháng kéo: 144kg/cm2;

Hệ số biến mềm: 0,9;

Độ kháng cắt: 288kg/cm2;

Độ mài mòn cỡ đá 10 - 20mm là 12,8%; cỡ đá 20 - 40mm là 12,2%;

Độ nén đập cỡ đá 10 - 20mm là 7,2%; cỡ đá 20 - 40mm là 8,8%;

2.1.1.4 Diện tích - Trữ lượng:

Tổng diện tích thiết kế: 27,97 ha

Trữ lượng khai thác còn lại (nguyên khối): 5.392.000 m3 (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp trữ lượng và thời gian khai thác của mỏ đá Hóa

An [5].

STT TÊN ĐƠN VỊ

DIỆN TÍCH (ha)

TRỮ LƯỢNG ĐÁ(triệu m3)

KHỐI LƯỢNG

ĐÁ KHAI THÁC

TỪ 1995 - 2001 (triệu m3)

TRỮ LƯỢNG CÒN LẠI (triệu m3)

CÔNG SUẤT KHAI THÁC (1000m3)

THỜI GIAN KHAI THÁCCÒN LẠI (năm)

Nở rời

Hình 2.2 Mỏ đá Hóa An

2.1.2 Điều tra trữ lượng và khả năng khai thác nguồn vật liệu sản xuất CPĐD

mỏ đá Tân Hạnh (Tp Biên Hòa - Đồng Nai)[5].

2.1.2.1 Vị trí:

Xã Tân Hạnh - Tp Biên Hòa - Đồng Nai

- Từ Cầu Hóa An đến mỏ 2 km

2.1.2.2 Điều kiện giao thông:

Hệ thống giao thông rất thuận lợi, kể cả đường bộ lẫn đường thủy Từ mỏ ra sông Đồng Nai 800m, có sẵn cảng cho xà lan trên dưới 500 tấn cập cảng dễ dàng

Hàm lượng hạt thoi dẹt: 5,5%;

Hàm lượng hạt mềm và phong hóa: 0%

2.1.2.4 Diện tích trữ lượng:

- Trữ lượng mỏ: 480.000m3 trong 2 ha

- Sản lượng sản xuất trong năm bình quân các loại: 96.000m3

Bảng 2.2 Bảng tổng hợp kết qủa thí nghiệm chất lượng đá (số liệu thu thập) [5].

Kết qủa thí nghiệm

Mỏ đá 3-2

Mỏ đá Suối Mơ

Mỏ đá Tân Hạnh

13 - 400

0,10,3 - 0,42,77 - 2,785,6 - 8,315,3 - 15,60,3 - 1,617,9 - 24,80

0,32,699,514,8-5,50

T/hạn

kh/thác (triệu m3) (m3/năm)

(triệu

Tân Đông Hiệp - Dĩ An

Cường Thuận Idico

Cường Thuận Idico

Mỏ Tân

Cang 3

Phước Tân - Long Thành - Đồng Nai

SXTM&D

V Bình Thạnh

2.2 Đánh giá tổng quan về chất lượng CPĐD [5,7,16]:

Hiện nay, nguồn cung cấp CPĐD ở Đồng Nai là rất dồi dào, Công nghệ khai thác, cấu trúc và thành phần hóa học của đá gốc (đá nguyên khai) ở các mỏ đá khác nhau Chính vì vậy, chất lượng (thành phần hạt, chỉ số hao mòn Los-Angeles, hàm lượng hạt thoi dẹt ) và giá thành của CPĐD cũng khác nhau Tuy nhiên nhìn chung khi so sánh với các chỉ tiêu cơ lý được quy định ở TCVN 8859-2011 thì chất lượng của các mỏ đá tại đây đạt yêu cầu.

Kết quả theo biểu đồ dưới đây thí nghiệm thành phần hạt của đá ở mỏ Hóa An

và Thường Tân so với lý thuyết Talbot theo nghiên cứu của tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng [5]

Theo lý thuyết cấp phối Talbot:

Qua các biểu đồ có thể thấy, thành phần hạt của các mẫu CPĐD ở các mỏ thường thừa hoặc thiếu một số cỡ hạt và hầu hết đều thiếu hàm lượng hạt mịn [5].

Về độ hao mòn LA: Trị số LA dao động từ 14,36 – 28,5 (%), như vậy 100%

thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Về Hàm lượng hạt thoi dẹt: Phần lớn các mỏ đều đạt, như mỏ Thường Tân

hàm lượng này là 5,5%;

Qua những nhận xét so sánh có thể thấy, chất lượng đá tại các mỏ đá ở Đồng Nai đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu dùng làm móng mặt đường

2.2 Tình hình thực tế đường tại Đồng Nai [18].

Là một tỉnh có hệ thống giao thông thuận tiện với nhiều tuyến đường huyết mạch quốc gia đi qua như quốc lộ 1A, quốc lộ 20, quốc lộ 51; tuyến đường sắt Bắc - Nam; gần cảng Sài Gòn, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động kinh tế trong vùng cũng như giao thương với cả nước đồng thời có vai trò gắn kết vùng Đông Nam Bộ với Tây Nguyên

Trong những năm qua, hệ thống giao thông của tỉnh Đồng Nai đã có những bước tiến tích cực, đáp ứng ngày càng tốt hơn cho nhu cầu vận tải Đến nay, trên toàn tỉnh đã phát triển khoảng 6.877 km đường, gồm 5 tuyến Quốc lộ với tổng chiều dài

244 km, đã được nhựa hóa 100% Trên 20 tuyến Tỉnh lộ với tổng chiều dài 511 km cũng đã nhựa hóa 100%, địa bàn rộng, nhiều khu vực của Đồng Nai thuộc miền núi, vùng sâu, vùng xa, như các xã của huyện Định

Quán, Tân Phú… do vậy, hệ thống đường giao thông ở các khu vực này hiện vẫn đang gặp nhiều khó khăn Toàn tỉnh Đồng Nai có hệ thống đường xã, phường vớitổng chiều dài là 4.143km

Hệ thống đường vành đai TP Biên Hòa và đường vành đai vùng kinh tế trọng điểm phía Nam sẽ được chú trọng đầu tư ngang tầm với sự phát triển KT-XH của khuvực, theo tiêu chuẩn đường cấp I - cấp II, với từ 4 - 6 làn xe

Hệ thống đường tỉnh sẽ mở thêm 16 tuyến với chiều dài trên 390km theo tiêu chuẩn đường cấp III, với lộ giới 45m, hàng lang an toàn 15m mỗi bên

3.1 Cơ sở lý thuyết

Về cơ bản thiết kế cấp phối đá dăm gia cố nhựa gần giống như thiết kế bê tông nhựa chỉ khác không có bột khoáng Vì vậy các yếu tố ảnh hưởng đến cấp phối đá dăm gia cố nhựa cũng gần tương tự như đối với bê tông nhựa

Hàm lượng nhựa ảnh hưởng đến chất lượng mặt đường, nếu thừa nhựa sẽ làm giảm cường độ, từ đó sẽ gây ra các biến dạng lún của mặt đường, nếu thiếu nhựa cũnglàm giảm cường độ của hỗn hợp, giảm khả năng ổn định nước Có nhiều lý thuyết giúp chọn hàm lượng nhựa phù hợp nhưng có thể quy ra làm hai phương pháp

Hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn phải thỏa mãn các chỉ tiêu liên quan đến đặc tính thể tích (Độ rỗng dư, Độ rỗng cốt liệu ), các chỉ tiêu thí nghiệm theo Marshall (độ ổn định, độ dẻo )

Hàm lượng nhựa tối ưu dự đoán theo công thức sau:

- K chọn là 0,15 nếu lượng lọt sàng 0,075mm từ 11 đến 15%; K chọn là 0,18 nếu lượng lọt sàng 0,075mm từ 6 đến 10%; K chọn là 0,20 nếu lượng lọt sàng 0,075mm

từ 0 đến 5%;

- F chọn giá trị từ 0,2 đến 0,6 phụ thuộc vào độ hấp phụ nhựa đường của cốt liệu thô Cốt liệu có độ hấp phụ nhựa (hoặc độ hấp phụ nước) nhỏ thì chọn giá trị thấp và ngược lại

- Trên cơ sở thí nghiệm Marshall với các mẫu cấp phối đá dăm trộn nhựa có hàm lượng nhựa thay đổi từ 0.5% xung quanh hàm lượng nhựa tối ưu dự đoán, tìm ra hàm lượng nhựa hợp lý dùng để gia cố cấp phối đá dăm

- Kiểm tra các chỉ tiêu của cấp phối đá dăm trộn nhựa với hàm lượng hợp lý tìm được

để so sánh với các vật liệu dùng làm móng mặt đường khác

3.2 Yêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo cấp phối đá trộn nhựa:

3.2.2.yêu cầu vật liệu nhựa.

Nhựa dùng để chế tạo bê tông nhựa nóng là loại nhựa đường đặc bán cứng, gốcdầu mỏ Với điều kiện khí hậu ở Đồng Nai thường dùng nhựa có độ kim lún 60/70 Đối với cấp phối đá dăm gia cố nhựa cũng dùng cùng loại nhựa đường cho bê tông nhựa Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc dùng cho đường bộ được giới thiệu ở bảng 3.2 [10,11,12]

Bảng 3.2 Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường dùng cho đường bộ

A Các chỉ tiêu bắt buộc

1 Độ kim lún ở 250c 0.1mm 40-60 60-70

22TCN 60-84ASTM D5-86AASHTO T49-89

1,00-ASTM D70-82AASHTO T228-90

B Các chỉ tiêu tham khảo

1 Độ dính bám với

Yêu cầu về chất lượng đá dăm

- Chất lượng đá dăm về cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của cấp phối đá trộn nhựa

Trong phạm vi của đề tài, tác giả nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý chính của đá dăm theo TCVN 7572:2006 như sau:

- TCVN 7572-4:2006: Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước;

- TCVN 7572-8:2006: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu và hàm lượng sét cục trong cốt liệu nhỏ;

- TCVN 7572-11:2006: Xác định độ nén dập vỡ hệ số hoá mềm của cốt liệu lớn;

- TCVN 7572-12:2006: Xác định độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong máy mài mòn va đập Los Angeles;

- TCVN 7572-13:2006: Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn;

- TCVN 7504:2005: Bitum - Phương pháp xác định độ bám dính với đá

a Xác định hàm lượng nhựa (HLN) tối ưu của cốt liệu theo phương pháp

Marshall:

Hàm lượng nhựa tối ưu là: Hàm lượng nhựa được xác định khi thiết kế cấp phối ĐTN,ứng với một tỷ lệ phối trộn cốt liệu đã chọn, và thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật quy định với cốt liệu và cấp phối cấp phối ĐTN được chỉ ra tại Tiêu chuẩn TCVN 8860:2011

Xác định HLN tối ưu theo phương pháp Marshall được tiến hành như sau:

(1) Trộn các loại cốt liệu theo các tỷ lệ phối hợp tính toán để có được một cốt liệu của BTN thỏa mãn yêu cầu quy định như đã nói ở mục 2.3

(2) Xác định nhiệt độ trộn

(3) Chế tạo các mẫu thí nghiệm có đường kính 101,6mm (4inch) khoảng 1200g cốt liệu với hàm lượng nhựa thay đổi cách nhau 0,5% quanh hàm lượng nhựa tối ưu dự đoán

(4) Xác định dung trọng và độ rỗng của các mẫu

(5) Ngâm các mẫu trong nước ở nhiệt độ 600C và tiến hành nén trong vòng nén mẫu marshall để xác định độ ổn định và độ dẻo marshall

Độ ổn định là tải trọng tối đa (tính bằng N) mà mẫu có thể chịu đựng

Độ dẻo là độ nén lún (tính bằng mm) của mẫu sinh ra trước khi bị phá hoại

Xác định hàm lượng nhựa tối ưu là điều kiện để thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế và

an toàn các chỉ tiêu kỹ thuật Trong phạm vi đề tài nghiên cứu tác giả đã thiết kế cấp phối cấp phối ĐTN với hàm lượng nhựa thay đổi từ 3% đến 5%, từ đó xác định được hàm lượng nhựa tối ưu theo bảng kết quả của phụ lục II kèm theo

b Tiến hành thí nghiệm Marshall

* Mục đích

Tiêu chuẩn TCVN 8819 quy định một phương pháp thí nghiệm nhằm xác định tỉ lệ phần trăm các lỗ rỗng, độ “ổn định” và “độ dẻo” Marshall của một hỗn hợp

hydrocacbon nóng ở một nhiệt độ và một năng lượng đầm nén đã cho

Độ ổn định Marshall (Marshall Stability): Giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu cấp phối ĐTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6 mm, chiều cao