Nghiên cứu vật liệu chế tạo và thành phần, tính chất của bê tông asphalt nóng ở nước CHDCND lào tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẠI ====000==== THONGĐA SINGHANINH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG ASPHALT NÓNG Ở NƢỚC CHDCND LÀO Chuyên ngành: xây dựng đƣờng ôtô đƣờng thành phố Mã số : 62.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào, có truyền thống lịch sử dựng nước giữ nước lâu đời Sau Khi giải phóng thành lập nước CHDCND Lào ngày 2/12/1975, đôi với việc khắc phục hậu qủa chiến tranh phát triển kinh tế - xã hội toàn quốc Đảng Nhà nước Lào chủ trương phát triển giao thông đường bộ, lấy giao thông đường trước bước Trong trình chuyển sang kinh tế thị trường mở rộng hợp tác bên ngồi, Đảng Nhà nước Lào lấy giao thơng đường làm mũi nhọn cho phát triển kinh tế quốc dân, coi việc khôi phục phát triển giao thông đường biện pháp nhằm nối liền sản xuất tiêu thụ, tạo điều kiện cho sản xuất hàng hoá phát triển, mở rộng thị trường nước Nước CHDCND Lào tương tự Việt Nam, đẩy mạnh công phát triển kinh tế để xây dựng xã hội phồn vinh Giao thông vận tải, có ngành xây dựng đường tơ ưu tiên phát triển Để xây dựng đường có chất lượng tuổi thọ cao đòi hỏi phải giải hàng loạt vấn đề kỹ thuật Một vấn đề vật liệu chế tạo thành phần, tính chất bê tơng Asphalt nóng Nước CHDCND Lào Hiện Lào mặt đường bê tông Asphalt loại mặt đường Bộ Giao thông Vận tải Lào quan tâm áp dụng phổ biến Nhưng công tác thiết kế, thi công công tác quản lý chất lượng mặt đường bê tông Asphalt chưa tốt, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình đưa vào sử dụng như: có tượng nứt, tượng lún, bong trót lớp mặt Vì vậy, cần thiết phải có biện pháp thiết kế, thi cơng cơng tác quản lý chất lượng mặt đường bê tông Asphalt hợp lý góp phần để đường bê tơng Asphalt phát triển Chính Nhà Nước CHDCND Lào cử tơi sang làm nghiên cứu sinh với đề tài : “Nghiên cứu vật liệu chế tạo thành phần, tính chất bê tơng Asphalt nóng Nước CHDCND Lào’’ Mục đích nghiên cứu Luận án nghiên cứu phân tích trạng cơng trình bê tơng Asphalt Lào thơng qua khảo sát tìm hiểu quan quản lý đường trung ương, địa phương tìm hiểu vấn đề lý thuyết tính tốn thiết kế cơng trình bê tơng Asphalt để đề nghị phương pháp thiết kế mặt đường bê tông Asphalt cho Lào Trên sở đối chiếu lý thuyết thực tiễn để lựa chọn đề xuất phương pháp thiết kế hợp lý sử dụng cho cơng trình đường tơ Lào xây dựng số giải pháp thiết kế mẫu phù hợp cho Lào Nghiên cứu công nghệ quản lý chất lượng mặt đường bê tông Asphalt cho Lào Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu trạng đường bê tông Asphalt làm đường Lào - Nghiên cứu thí nghiệm tính chất lý bê tông Asphalt - Nghiên cứu phương pháp thiết kế theo AASHTO, thí nghiệm Lào - Nghiên cứu thí nghiệm tính chất lượng xi măng Phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn kết nghiên cứu khảng định với vật liệu có nước CHDCND Lào hồn tồn chế tạo bê tông Asphalt dung xây dựng đường ô tô đồng thời thiết kế thử nghiệm thành cơng loại bê tơng Asphalt chắt rải nóng dung xây dựng đường ô tô nước CHDCND Lào dựa theo TCVN 8820:2011 Kết nghiên cứu luận án coi tài liệu tham khảo tốt cho việc ứng dung vật liệu bê tông Asphalt nóng nước CHDCND Lào, cần thiết cho phát triển hệ thong đường Lào Bố cục luận án: Nội dung luận án gồm có chương, mục lục, mở đầu, kết luận, kiến nghị tài liệu tham khảo Chƣơng TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ASPHALT Ở LÀO VÀ THẾ GIỚI 1.1 Khái niệm chung bê tông asphalt Bê tông Asphalt bê tông nhựa loại sản phẩm quan trọng bitum cốt liệu, bột khoáng sử dụng nhiều làm vật liệu xây dựng mặt đường giớ Bê tông asphalt chế tạo phương pháp nhào trộn bitum với hỗn hợp cột liệu khác đá dăm, cát, bột khống có kích thước khác tùy theo yêu cầu loại sản phẩm Asphalt bê tông sử dụng chủ yếu làm kết cấu mặt đường mềm 1.2 Phân loại bê tông asphalt Hỗn hợp bê tông asphalt bê tông asphalt phân loại theo đặc điểm sau: Theo nhiệt độ thi công: độ rỗng phần nhiều lại chủ yếu nghiên cứu bê tơng Asphalt nóng đặc Niệt độ khí rải >145oC, độ rỗng du từ 3-5% 1.3 Cấu trúc bê tơng asphalt Tính chất vật lý, học bê tông asphalt phụ thuộc vào chất lượng, tỷ lệ thành phần vật liệu chế tạo cấu trúc bê tông Cấu trúc bê tông asphalt chia làm loại: có khung, bán khung khơng có khung Thành phần bê tơng Asphalt nóng thiết kế theo cấu trúc khung với hàm lượng cốt liệu lớn Hàm lượng bitum theo khối lượng hỗn hợp từ 4.5-6.5% Khi trộn vật liệu khoáng với bitum bề mặt hạt đá dăm, cát bột khoáng phủ lớp mỏng bitum Cấu trúc tính chất lớp phủ ảnh hưởng đến tính chất chất lượng bê tông asphalt Sự liên kết vật liệu khoáng lớp màng mỏng bitum hình thành nhờ trình vật lý hố học phức tạp 1.4 Tính chất bê tơng asphalt - Các tính chất bê tơng Asphalt Các tính chất hỗn hợp bê tơng asphalt bê tông asphalt đầm nén làm mặt đường bao gồm tính chất liên quan đến đặc tính thể tích tính chất học Chất lượng (độ ổn định) bê tông asphalt phụ thuộc vào cường độ nén, khả chịu uốn mức độ đầm chặt thi công Độ ổn định độ dẻo Marshall (Các tiêu học từ tính chất sử dụng cho phương pháp thiết kế Marshall (22TCN 62-84, AASHTO T245)) Độ ổn định Marshall: giá trị lực lớn tác dụng lên mẫu thời điểm mẫu bị phá hoại (S), đơn vị KN Độ dẻo Marshall: giá trị biến dạng lún mẫu thí nghiệm thời điểm mẫu bị phá hoại (F), đơn vị mm Hình 1.1: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall Bảng 1.1: Độ ổn định, độ dẻo với bê tông Asphalt thiết kế theo Marshall Giao thông nhẹ Giao thông vừa Giao thông nặng Các tiêu kỹ thuật yêu cầu Lớp mặt & Lớp mặt & Móng Lớp mặt & Móng hỗn hợp bê tơng Asphalt Móng trên theo Marshall Số lần đầm nén Độ ổn định (Stability), KN Độ dẻo, mm Min Max Min Max Min Max Lào AASHTO T245 35 x 50 x 75 x 75 x 3,4 5,5 8,0 10 3,2 7,2 3,2 6,4 2,0-3.5 Cường độ chịu nén, tính ổn định nước ổn định nhiệt bê tông asphalt (các tiêu học từ tính chất phục vụ cho phương pháp thiết kế Liên bang Nga, 22TCN 249-98) Cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ), cường độ chịu cắt (các tiêu học từ tính chất phục vụ cho phương pháp thiết kế Super Pave) 1.4.2 Các tiêu học phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường Mô đun đàn hồi (22TCN211-2006) Mô đun đàn hồi bê tông asphalt xác định thí nghiệm mẫu hình trụ tròn có chiều cao nửa đường kính (thường sử dụng mẫu có kích thước D = H = 10cm) theo mơ hình nén dọc trục nở hơng tự do, gia tải tải trọng tĩnh bảo dưỡng mẫu điều kiện khác tuỳ theo u cầu thí nghiệm: Lực dính đơn vị góc nội ma sát (22TCN 211-2006) Thí nghiệm thực mẫu hình trụ tròn đường kính 30 cm chế bị cách gia lực tĩnh từ mẫu khoan mặt đường Thí nghiệm thực nhiệt độ 10-150C máy cắt phẳng với tốc độ cắt 0.1cm/phút mẫu giống tương ứng với áp lực thẳng đứng (p) khác (tải trọng lớn khơng vượt q ứng suất xảy kết cấu mặt đường) Cường độ kéo uốn giới hạn (22TCN 211-06) Thí nghiệm thực mẫu dầm có kích cỡ khơng nhỏ 4x4x16 (cm), chế tạo phòng cách gia tải trọng tĩnh có độ lớn 300daN/cm2 cắt mẫu dầm từ mặt đường (Hình P 1.2) h b Hình 1.2: Mơ hình thí nghiệm cường độ kéo uốn 1.4.3 Cường độ ép chẻ (22TCN 211-93, ASTM D4123, Tiêu chuẩn Trung Quốc, Tiêu chuẩn Liên Bang Nga) Thí nghiệm phục vụ cho tính tốn cường độ chịu kéo uốn giới hạn bê tông asphalt theo công thức Rku = K Rech (với K hệ số tương quan thực nghiệm) phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường theo 22TCN 211-06 1.4.4 Xác định biến dạng vĩnh cửu- vệt hằn lún bánh xe Các thí nghiệm mơ sử dụng để thí nghiệm đặc trưng biến dạng vĩnh cửu (vệt hằn bánh xe), nứt mỏi nứt nhiệt độ thấp vật liệu bê tông asphalt Các thiết bị thí nghiệm mơ thường có kiểu mơ vệt bánh xe LWT (Loaded wheel tester), giới có nhiều loại thiết bị thí nghiệm mô phỏng, loại thiết bị phân thành nhóm: Thí nghiệm phòng; Thí nghiệm trường Lùc t¸c dơng èng cao su ¸p lùc cao MÉu thÝ nghiƯm Hình 1.3: Ngun lý thí nghiệm vệt hằn bánh xe thiết bị APA 1.4.5 Thí nghiệm mỏi Thí nghiệm thực với tải trọng bánh xe tác dụng 1113N Trong thí nghiệm này, bánh xe tác dụng trực tiếp lên mẫu (không sử dụng ống cao su) Kết thí nghiệm số chu kỳ tác dụng bánh xe làm cho mẫu bị phá hoại sử dụng để thiết kế kết cấu mặt đường tính tốn tuổi thọ mỏi bê tông asphalt 1113 N MÉu thÝ nghiƯm Hình 1.4 Mơ hình thí nghiệm mỏi Hình 1.5: Bộ phận gia tải thí nghiệm mỏi thiết bị APA 1.4.6 Các tính chất liên quan đến đặc tính thể tích hỗn hợp bê tơng asphalt rải mặt đƣờng 1.4.6.1 Các định nghĩa Cốt liệu khống có chứa lỗ nhỏ li ti có khả thấm nước thấm bitum với mức độ khác Tỷ lệ phần trăm độ thấm nước/ độ thấm bitum vào cốt liệu đá khác loại cốt liệu Có phương pháp xác định tỷ trọng cốt liệu quan tâm là: tỷ trọng khối ASTM, tỷ trọng biểu kiến ASTM tỷ trọng có hiệu Sự khác tỷ trọng xuất phát từ định nghĩa khác thể tích cốt liệu 1.4.6.2 Phân tích hỗn hợp bê tông asphalt sau đầm nén 1.4.6.2.1 Các tiêu xác định qua thí nghiệm Xác định tỷ trọng cốt liệu thô (AASHTO T85 ASTM C127) cốt liệu mịn (AASHTO T84 ASTM C128) Xác định tỷ trọng bitum (AASHTO T228 ASTM D70) bột khoáng (AASHTO T100 ASTM D854) Tính tốn tỷ trọng biểu kiến cốt liệu hỗn hợp Xác định tỷ trọng khối hỗn hợp trạng thái rời Xác định tỷ trọng khối hỗn hợp lu lèn (theo ASTM ASTM D2726) 1.4.6.2.2 Các tiêu xác định qua tính tốn Tính tốn tỷ trọng có hiệu hỗn hợp cốt liệu với hàm lượng bitum Tính tốn tỷ trọng lớn hỗn hợp hàm lượng bitum khác Tính tốn khả hấp thụ bitum cốt liệu Tính tốn hàm lượng bitum có hiệu hỗn hợp Tính tốn độ rỗng vật liệu khống Tính tốn % độ rỗng dư hỗn hợp sau lu lèn Tính tốn độ rỗng lấp đầy bitum 1.5 Các phƣơng pháp sản xuất bê tông Asphalt 1.5.1 Trộn bê tông asphalt 1.5.1.1 Phân loại trạm trộn Trạm trộn chu kỳ (theo mẻ) sấy nóng gián tiếp; Trạm trộn chu kỳ sấy nóng trực tiếp; Trạm trộn liên tục sấy nóng trực tiếp 1.6 Thiết kế thành phần bê tơng Asphalt nóng 1.6.1 Khái quát Một số cách phân loại nêu - Phân loại theo cỡ hạt danh định lớn cốt liệu theo tiêu chuẩn Viện Asphalt Hoa kỳ Theo cách phân loại này, bê tơng Asphalt thường phân thành loại có cỡ hạt danh định lớn là: 37.5 mm; 25.0mm; 19.0mm; 12.5mm; 9.5mm 4.75mm (tương ứng với việc phân loại theo cỡ hạt lớn 50 mm; 37.5mm; 25.0mm; 19.0mm; 12.5mm 9.5mm) Trong luận án chủ yếu nghiên cứu bê tơng Asphalt có D = 19mm 1.6.2 Ngun tắc thiết kế thành phần bê tông Asphalt Thiết kế thành phần bao gồm: Thiết kế thành phần vật liệu khống, lựa chọn hàm lượng bitum tối ưu thí nghiệm 1.6.2.1 Thiết kế hỗn hợp vật liệu khoáng 1.6.2.2 Cơ sở lý thuyết thành phần hạt Lựa chọn vất liệu khống có đồ dặc hợp ly sở lý thiết Fuller 1.6.3 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông Asphalt Các phương pháp áp dụng phổ biến giới Việt Nam là: - Phương pháp theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8820-2011 Dựa điều chỉnh phương pháp Marshall [32] - Phương pháp thiết kế Marshall AASHTO T228 Được xác định Viện bê tông Hoa Kỳ - Phương pháp thiết kế Hveem; - Phương pháp thiết kế theo Liên bang Nga (Liên xô cũ); ГОСТ9128-2009, [2] - Phương pháp thiết kế Super Pave Phương pháp viện AC Hoa Kỳ Tại Lào chưa có tiêu chuẩn quốc gia thiết kế thành phần bê tơng 1.7 Đặc điểm điều kiện địa hình khí hậu Lào - Địa hình - Khí hậu: khí hậu nhiệt đới gió mùa, với mùa rõ rệt + Mùa mưa : tháng đến tháng 11, nhiệt độ vào khoảng 30oC, mưa thường xuyên, vài năm chí bị lủ lụt tràn dòng sơng Mê Kơng + Mùa khơ: từ tháng 11 đến tháng 04, mưa nhiệt độ khoảng 15oC, vùng núi có thời điểm 0oC Hình 1.5: Nhiệt độ năm Hình1.6: Lượng mưa năm Lượng mưa năm: 1.8 Hệ thống đƣờng ô tô Lào vị trí đặc điểm đƣờng có lớp mặt bê tông Asphalt 1.8.1 Giai đoạn trước năm 1975 1.8.2 Giai đoạn năm 1975-1985 1.8.3 Giai đoạn năm 1985-2000 1.8.4 Giai đọan năm 2000-2015 Tại Lào mặt đường bê tông asphalt xây dựng chủ yếu Thủ đô Viêng Chăn đường quốc lộ (xem bảng 1.4 1.6) Bảng 1.4: Mạng lưới giao thơng đường Lào Mặt đường tính theo hiều dài (Km) Tổng Tổng Loại chiều số lượng Bê tông xi Bê tông Vật liệu đương dài tuyến măng cốt Nhựa Đất asphalt hạt (đá) (Km) đừơng thép Quốc lộ 247,7 13 1,8 10,2 158,2 15 Tỉnh lộ 226,8 0 36,8 186,5 3,6 Đường xã 411,7 38 0 33,2 338,7 39,8 Đô thị 547,7 729 7,7 36,2 140,5 239,6 123,7 Huyện 521,1 152 0 6,4 330,2 13,5 Chuyên dụng 59,3 28 2,9 45,9 9,5 Tổng số 2.003.3 968 10,5 46,4 378 1.203,4 365,1 Kết cấu mặt đường rải nhựa 18%, đường cấp phối 74%, đường đất 18% 1.9 Thành phần số tính chất bê tơng Asphalt nóng sử dụng Lào Ở Lào chưa có tiêu chuẩn bê tông Asphalt Các dự án đường sử dụng tiêu kỹ thuật cho dự án đường riêng 1.9.1 Hỗn hợp vật liệu khống bê tơng Asphalt nóng (HMA) Lào - Mở đầu Bê tơng Asphalt nóng sử dụng từ năm 2009 - 2010, với chiều dài 539.02 Km Ở Lào chưa có tiêu chuẩn HMA Trong sử dụng tiêu chuẩn , Mỹ, Trung Quốc, Việt Nam ghi bảng 3.4, 3.5 Bảng 1.9: Sử dụng tiêu chuẩn AASHTO 12.5 9.5 4.75 0.425 Cỡ sàng 19 Lượng lọt sàng 100 Cỡ sàng Lượng lọt sàng 76/90 64/79 41/56 23/37 7/20 0.8 0.075 5/13 2-8 Bảng 1.10: Sử dụng tiêu chuẩn ASTM tiêu chuẩn TQ 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 100 7/17 4-9 - 60/82 40/65 30/50 20/40 15/15 10/15 Sử dụng phương pháp Marshall Tiêu chuẩn kỹ thuật Thiết kế dự án ký hiệu bê tông Asphalt dự án dược ghi bảng 3.6 No Bảng 1.11: Tiêu chuẩn kỹ thuật hỗn hợp HMA Tiêu chuẩn HMA Quy định Độ ổn định kN 7-10 Độ dẻo mm 2-4 Độ rỗng hỗn hợp % 3-5 Lấp đầy bitum VFA % Độ rỗng vật liệu khoáng VMA, % 60-70 14 Nhận xét: Trong tiêu chuẩn tiêu 1: 7-10kN (Tiêu chuẩn Nga 8kN) Độ rỗng hỗn hợp quy định 3-5% Tiêu chuẩn Việt Nam quy định 3-6% 1.9.2 Phân tích HMA Lào Bảng 1.12: Thành phần cấp phối bê tông Asphalt dự án HMA Lào Cỡ sàng 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 100 85 75 40 30 19 14 100 84 60 49 29 25 18 11.83 6.64 5.58 100 87 71 47 29 25 19 15 13 100 87.7 74.4 52.2 28.8 23 18 12.6 4.9 100 87 77 60 44.5 30.1 20.2 13.4 7.4 100 90 81 56 39 31 23 15 11 Density line 100 82.8 73.2 53.6 39.1 28.6 21.1 15.5 11.3 8.3 V 100 90 80 52 36 26 18.5 12 8.9 7.7 Spec Max 100 92 82 65 50 40 35 25 17 Spec Min 90 76 60 40 30 20 15 10 Hình 1.7: Biểu đồ ảnh hưởng cấp phối hạt Các cấp phối phía duới đường Fuller Cần chọn tiêu kỹ thuật hợp lý cho Lào Số - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án VR2 (đường Viêng Chăn số 2) - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án PHANNA - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án KSC - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án SAKAI - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án VR1, (đường Viêng Chăn số1) - Tiêu chuẩn cỡ sàng dự án VRA (đường sân bay Viêng Chăn ) V - Tiêu chuẩn cỡ sàng Việt Nam Kết luận chƣơng HMA Lào sử dụng chủ yếu đá cát xay 100% Cần nghiên cứu xác định ảnh hưởng hạt tự nhiên đến tính chất HMA (khoảng 20%) Ở Lào chủ yếu dụng xi măng chưa dùng bột đá vơi làm bột khống Cần nghiên cứu xác định ảnh hưởng bột đá vơi đến tính chất HMA Cấp phối hạt HMA sử dụng sàng vuông sàng tròn thiểu mắt sàng 06; 0.3; 0.15 Cần thống thành phần hạt theo ASTM có tham khảo tiêu chuẩn Việt Nam Các tính HMA Lào có nhiệt độ biển động lớn Cần xác định phương pháp thiết kế HMA theo hướng dẫn ASTM TCVN chương 3) Tiến hành thử nghiệm để đưa công thức HMA 19 HMA 12.5 cho mặt đường ô tô Lào (chương3) Vật liệu Lào phù hợp với việc chế tạo bê tơng Asphalt nóng đặc Nước CHDCN Lào xây dựng 6121.69 km đường Cần xây dựng thêm 34.472.12 km đường Hiểu biết bê tơng Asphalt Lào đơn giản thiếu nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông asphalt để nâng cao chất lượng bê tông asphalt Nước Lào Hướng nghiên cứu luận án hồn thiện phương pháp thiết kế thành phần bê tơng asphalt Chƣơng LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG ASPHALT TẠI LÀO 2.1 Yêu cầu cốt liệu cho bê tơng asphalt Cốt liệu đóng vai trò quan trọng hỗn hợp bê tơng asphalt Nó chiếm khoảng 92 đến 96 % tổng khối lượng vật liệu bê tông asphalt chiếm khoảng 30% giá thành kết cấu mặt đường Vì vậy, ảnh hưởng nhiều tới giá thành kết cấu mặt đường 2.1.1 Phân loại Cốt liệu bao gồm loại cát, sỏi, đá nghiền, xỉ, hay thành phần vật liệu khoáng khác Chúng nhào trộn với sử dụng với chất kết dính hữu để tạo thành vật liệu bê tông asphalt 2.1.2 Cốt liệu lớn: - Ở Lào chủ yếu đá vôi nghiền Đường kính hạt từ 19-2.16mm chia loại: 0-5mm, 5-12mm, 12-19mm nghiền từ đá vôi Cấp phối hạt cốt liệu lớn theo AASHTO T88 Cấp phối hạt dược ghi bảng Hinh 2.1: Cấp phối đá 2.1.3 Cốt liệu nhỏ: Cát nghiền (bin3 có cỡ hạt tư 4.75-0.075mm) Thí nghiệm tỷ trọng khối: 2.661 (D19); 2.632 (D12.5) Theo AASHTO T85 Cát nghiền 0-5mm; độ hấp thụ nước: 3.9%, theo cường độ >2.5 Cát xay Sơng Max Min Hình 2.2: Kiểm tra cấp phối cát theo AASHTO M29 2.1.4 Bột khoáng, xi măng Ở Lào chủ yếu sử dụng xi măng portland sản xuất nhà máy Lào tỉnh Viêng Chăn, tỉnh Khammuen, tỉnh Saravan nhập khầu từ Thái Lan Thành phần hạt ghi bảng 2.1 Bảng 2.1: Kết thí nghiẹm Cỡ sàng (mm) 0.6 0.3 0.075 Phần % lọt sàng 100 100 90 xi măng Phần % lọt sàng 100 95 70 Phần % lọt sàng 100 100 100 max 2.2 Chất kết dính bitum Ở Lào chủ yếu sử dụng bitum dầu mỏ, nhập từ Thái Lan Việt Nam loại có độ quánh 60/70 Ở Lào chua sử dụng Polyme-bitum (Việt Nam dã dung) 2.2.1 Thành phần hoá học bitum dầu mỏ C = 82 - 88%; S = - 6%; N = 0.5 - 1%; H = - 11%; O = – 1.5% 2.2.2 Các tính chất bitum quánh xây dựng đường Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng truyền thống bitum quánh xây dựng đường bao gồm: độ quánh, độ kéo dài, thí nghiệm màng mỏng lò, khả hồ tan, nhiệt độ hố mềm, điểm bốc cháy, khả dính bám bitum với vật liệu khống Các thí nghiệm làm sở phân cấp bitum Tính quánh (TCVN 7494-2005, AASHTO T49-89, ASTM D5, BS 2000) Hình 3.1a Biến đổi lượng lọt sàng đ=0.075mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1b Biến đổi lượng lọt sàng đ=0.15mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1c Biến đối lượng lọt sàng đ=0.30mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1d Biến đổi lượng lọt sàng đ=0.60mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1e Biến đổi lượng lọt sàng đ=1.18mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1f Biến đổi lượng lọt sàng đ=2.63mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1g Biến đổi lượng lọt sàng đ=4.75mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1h Biến đổi lượng lọt sàng đ=9.50mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1i Biến đổi lượng lọt sàng đ=12.50mm theo tiêu chuẩn Hình 3.1i Biến đổi lượng lọt sàng đ=0.30mm theo tiêu chuẩn Hình 3.2: Biểu đồ độ lệch trung bình theo tiêu chuẩn 3.1.3 Lựa chọn cấp phối hợp lý HMA Lào Từ biểu đồ cho thấy độ lệch theo tiêu chuẩn Nhật Bản thấp 8.5%, Mỹ cao 18.1 Tiêu chuẩn Nga 11.7% Tiêu chuẩn VN 13.7% Cấp phối hạt HMA tác giả đề nghị có độ lệch 13.5% Bảng 3.2: Thành phần cấp phối hạt kiến nghị cho Lào 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 0.30 Cỡ sàng d Lọt sàng% 100-90 90-76 79-58 62-37 46-29 36-21 26-14 16-7 0.15 0.075 14-7 9-4 3.2 Các tiêu cho bê tông Asphalt đặc, rải nóng Lào để nghị với tiêu ghi bảng 3.3 Bảng 3.3: Chỉ tiêu HMA theo tiêu chuẩn Lào Quy định Chỉ tiêu Số chày đầm BTNC19 Phương pháp thử 75 x 2 Độ ổn định 60 C,40 phút, kN ≥ 8.0 AASHTO T53 Độ dẻo, mm 2÷4 AASHTO T53 Độ ổn định lại, % ≥ 75 AASHTO T53 Độ rỗng dư, % 3÷5 AASHTO T53 - Cỡ hạt danh định lớn 9.5 mm ≥ 15 AASHTO T149 - Cỡ hạt danh định lớn 12.5 mm ≥ 14 AASHTO T85 - Cỡ hạt danh định lớn 19 mm ≥ 13 AASHTO T85 Độ rỗng cốt liệu (tương ứng với độ rỗng dư 4%), % Độ sâu vệt hằn bánh xe (phương pháp HWTD-Hamburg Wheel trakng Device, 10000 chu kỳ, apsl]cj 0.70 MPa, ≥ 12.5 nhiệt độ 50 C, mm AASHTO T324-04 Trong tiêu dung Độ rỗng dư 3-5% 3.3 Thiết kế hỗn hợp bê tông Asphalt theo Marshall Tiêu chuẩn Việt Nam 3.3.1 Mục đích thiết kế phương pháp Marshall có cải tiến thành phần cấp phối hạt theo bảng 3.3 3.3.2 Các tiêu kỹ thuật quy định theo Marshall 3.6 Hƣớng dẫn thết kế HMA cho Lào Công tác thiết kế hỗn hợp HMA chia làm giai đoạn: 3.6.1 Giai đoạn thiết kế sơbộ (Giai đoạn 1) Thiết kế sơ xác định chất lượng loại cốt liệu sẵn có nơi thi công; đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật sử dụng cốt liệu để sản xuất HMA đạt yêu cầu thành phần hạt tiêu quy định với hỗn hợp HMA Cần kiểm tra cấp phối cốt liệu theo ASTM D448 AASHTO M79 Thí nghiệm xác định tiêu lý cốt liệu bitum Thiết kế thành phần cốt liệu khoáng Phƣơng pháp giải tích Giả thiết có cốt liệu có lượng lọt sàng mắt sàng A, B, C Chúng có tỷ lệ phối hợp tương ứng a, b, c (%) Khi đó, cơng thức đảm bảo hỗn hợp hợp lý sau: P = A.a+B.b+C.c (3-1) Trong đó: P - tỷ lệ phần trăm lượng lọt sàng hỗn hợp Yêu cầu P phải nằm phạm vi giới hạn tiêu chuẩn kỹ thuật: Pmin P Pmax (3-2) Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall Số lượng mẫu cốt liệu cần thiết: Để đúc mẫu Marshall, xác định tỷ trọng khối HMA thí nghiệm Marshall: 15 mẫu (5 tổ mẫu mỗí tỗ mẫu) Xác định tỷ trọng lớn hỗnhợp HMA Trộn cốt liệu với bitum, đầm mẫu Marshall Dự đoán hàm lượng nhựa tối ưu Để thiết kế hỗn hợp HMA, cần phải chế tạo tổ mẫu hỗn hợp HMA với gía trị hàm lượng nhựa cách 0,5 % Thí nghiệm tính tốn tiêu đặc tính thể tích hỗn hợp HMA Các thí nghiệm tiêu tính tốn cần thiết liên quan đến đặc tính thể tích phục vụ thiết kế hỗn hợp HMA Tính tỷ trọng khối, tỷ trọng biểu kiến hỗn hợp cốt Tỷ trọng khối hỗn hợp cốt liệu Tỷ trọng khối hỗn hợp cốt liệu tính theo cơng thức sau: Gsb Trong đó: P1 P1 G1 P Pn P2 Pn G2 Gn (3 - 3) Gsb – tỷ trọng khối hỗn hợp cốt liệu P1 P2 Pn - hàm lượng loại cốt liệu, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp cốt tiêu G1, G2…Gn – tỷ trọng khối củatừng loại cốt liệu có hỗn hợp cốt liệu Tỷ trọng biểu kiếncủa hỗn hợp cốt liệu Tỷ trọng biểu kiến hỗn hợp cốt liệu tính theo cơng thức sau: P1 P1 G1 Gsa P Pn P2 Pn G2 Gn (3 - 4) Trong đó: Gsa – tỷ trọng biểu kiến hỗn hợp cốt liệu P1 P2 Pn - hàm lượng loại cốt liệu, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp cốt tiêu G1, G2…Gn – tỷ trọng biểu kiến củatừng loại cốt liệucótrong hỗn hợp cốt liệu Xác định tỷ trọng lớn hỗn hợp HMA Thí nghiệm xác định gía trị lý trọng lớn mẫu HMArời ứng với Pmm Ps Pb Gse Gb Gse (3 - 5) Hàm lượng nhựa hấp phụ Tính hàm lượng nhựa hấp phụ tính theo cơng thức sau: Pba 100 x Gse Gsb x Gb Gsb x Gse (3(3- -6)6) Tính hàm lượng nhựa có hiệu Hàm lượng nhựa có hiệu tính theo công thức sau: Pbe Pb Pba x Ps 100 (3 - 7) (3 - 7) Tính độ rỗng cốt liệu hỗn hợp HMA đầm Độ rỗng cốt liệu tính theo cơng thức sau: VMA 100 Gmb x Ps Gsb (3 - 8) (3 - 7) Tính độ rỗng lấp đầy nhựa hỗn hợp BTN đầm Độ rỗng lấp đầy nhựa đựơc xác định theo công thức sau: VFA 100 (VMA Va) VMA (3 - 9) (3 - 8) 3.6.2 Giai đoạn thiết kế hoàn (Giai đoạn 2) Mục đích giai đoạn thiết kế tìm thành phần hạt thực hỗn hợp cốt liệu hàm lượng nhựa thực sản xuất hỗn hợp HMA trạm trộn 3.6.3 Giai đoạn phê duyệt công thức chế tạo HMA (Giai đoạn 3) Giai đoạn bao gồm bước sau: Bước 1: Sản xuất thử Trên sở kết giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh, sản xuất khoảng từ 60 đến 100 hỗn hợp HMA trạm trộn - Bước 2: Rải thử lấy lượng hỗn hợp HMA vừa trộn thử để rải đoạn dài từ 200 đến 300 m - Bươc 3: Kiểm tra hỗn hợp HMA vừa trộn thử (thí nghiệm phòng đối vớỉ hỗn hợp sản xuất trạm trộn) - Bước 4: Kiểm tra hỗn hợp HMA sau rải thử ngồi trường - Bước 5: Phê duyệt cơng thức chế tạo HMA 3.7 Lựa chọn thiết kế cuối Hỗn hợp Asphalt cuối lựa chọn (với hàm lượng bitum tối ưu) thường hỗn hợp kinh tế thoả mãn tất yêu cầu kỹ thuật Hàm lượng bitum thiết kế chọn cho thoả mãn tất đặc tính hỗn hợp Ảnh hưởng độ rỗng cốt liệu Nên tránh hàm lượng bitum nằm phía tăng bên phải đường cong VMA mà nên chọn điểm lân cận phía trái điểm thấp đường cong để tránh xu hướng chảy bitum thừa làm giảm tiếp xúc cốt liệu trí gây vệt bánh xe, bị dồn đống 3.8 Tính tốn thành phần cốt liệu HMA theo tiêu chuẩn thiết kế Trên có số vật liệu Lào ghi bảng 3.6 Bảng 3.4: Vật liệu chế tạo HMA Lào Cỡ sàng (mm) 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Lượng lọt sàng (%) 100-90 90-76 79-58 62-37 46-29 36-21 30-15 16-7 14-7 9-4 Cốt liệu A (10-19), đá1 100 60 18 1 1 0 Cốt liệu B (5-10), đá1 100 100 99 22 2 0 Cốt liệu C (0-5) Cát xay 100 100 100 99 76 50 32 20 10 Cốt liệu Dcát 100 100 100 95 60 30 16 10 E bột đá 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 Bảng 3.5: Kết thiết kế theo dự kiến Lào 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Cỡ sàng (mm) Lượng lọt yêu cầu Lào (%) 100-90 90-76 79-58 62-37 46-29 36-21 30-15 16-7 14-7 9-4 A (10-19)x 0.32 32 17.28 5.76 0.32 0.32 0.32 0.32 0 B (5-10)x 0.21 21 21 20.79 4.62 0.63 0.42 0.42 0 C (0-5)x 0.33 33 33 33 32.67 25.08 16.5 10.56 6.6 3.3 1.32 Dcát x 0.08 8 7.6 4.8 2.4 1.28 0.8 0.4 0.16 E bột đá x 0.06 6 6 6 6 5.4 4.8 100 85.28 73.55 25.64 18.58 13.4 9.1 6.28 Tổng hỗn hợp cốt liệu 51.21 36.83 Hình 3.3: Biểu đồ kiểm tra thành phần hạt HMA 3.9 Thiết kế theo tiêu chuẩn VN Bảng 3.6: Vật liệu chế tạo HMA Cỡ sàng (mm) 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 Lượng lọt yêu cầu 100-90 86-71 78-58 61-36 25-45 17-33 12-25 VN (%) A (10-19) 100 60 18 1 1 B (5-10) 100 100 99 22 2 C (0-5) 100 100 100 99 76 50 32 Dcát tn 100 100 100 95 60 30 16 E bột đá 100 100 100 100 100 100 100 Bảng 3.7: Kết thiết kế theo tiêu chuẩn Việt Nam Cỡ sàng (mm) 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 Lượng lọt sàng VN (%) 100-90 86-71 78-58 61-36 45-25 33-17 25-12 A (10-19) x0.35 35.00 18.6 5.40 0.30 0.30 0.30 0.30 B (5-10)x14 14.00 14.00 13.86 3.10 0.42 0.28 0.28 C (0-5)x0.35 35.00 35.00 35.00 34.65 26.6 17.5 11.2 Dcát tn x 0.1 10.00 10.00 10.00 9.50 6.00 3.00 1.60 E bột đá 0.06 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 Tổng hỗn hợp cốt liệu 100 83.6 70.26 53.55 39.32 27.08 19.30 0.30 0.15 0.075 7-16 6-12 5-8 0 20 10 100 0 10 90 0 80 0.30 0.15 0.075 17-8 12-6 8-5 0 0 0 7.00 3.5 1.35 1.00 0.5 0.2 6.00 5.4 4.8 14.00 9.4 6.15 3.10 Thiết kế theo tiêu chuẩn Nga 9128-2009 Bảng 3.8: Kết thiết kế theo tiêu chuẩn Nga Cỡ sang 20 15 10 2.5 1.25 0.63 0.315 0.15 0.075 Lượng lọt yêu cầu Nga 9128-2009 100-90 100-80 100-70 60-50 48-38 37-28 28-20 22-14 16-10 12-6 A (10-19)x0.26 26.00 14.04 4.68 0.26 0.26 0.26 0.26 0 B (5-10)x0.26 26.00 26.00 25.74 5.72 0.78 0.52 0.52 0 C (0-5)0.40 40.00 40 Dcát tn x0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 E bột đá0.08 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 Tổng hỗn hợp cốt liẹu 100.0 88.04 78.42 53.58 39.44 28.78 21.58 16.00 11.20 8.00 40.00 39.60 30.4 20.00 12.80 8.00 4.00 7.2 1.6 6.40 Hình 3.4 Kết thiết kế theo tiêu chuẩn Nga 0.6 0.5 Lào Viết Nam Mỹ Nga Nhất Bàn 0.4 0.3 0.2 0.1 A+B C+D E Hình 3.5: Kết kiểm tra cho thấy hỗn hợp với yêu cầu dự án tiêu chuẩn Kết luận chƣơng Phương pháp thiết kế thành phần bê tơng Asphalt nóng cho Lào sử dụng phương pháp  viện bê tơng Hoa Kỳ có điều chỉnh  Cấp phối hợp cho bê tơng Asphalt đặc nóng D = 19mm sau Cỡ sàng (d) 19 12.5 9.5 4.75 2.63 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075 Lót sàng (%) 100-90 90-76 79-58 62-37 46-29 36-21 26-14 16-7 14-7 9-4  Trình tự thiết kế theo phương pháp tính tốn thực bao gồm bước  Kết tính tốn với phương pháp cho thấy bê tơng Asphalt có hàm lượng cốt liệu lớn nhiều so với tiêu chuẩn tương đương với tiêu chuẩn Việt Nam CHƢƠNG THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO BÊ TÔNG ASPHALT VỚI VẬT LIỆU TẠI LÀO VÀ ẢNH HƢỞNG LƢỢNG XI MĂNG 4.1 Tổng quát Từ thành phần cốt liệu vật liệu ghi bảng 4.1, áp dụng thành phần đề nghị chươn (mực 3.9) Tiến hành bước sau: - Lựa chọn thành phần vật liệu khoáng sử dụng cấp phối hạt, cáp phối A, B, C hàm lượng xi măng sử dụng 5%, 3.5%, 2%, lượng bitum 60/70 - Thi nghiệm xác định đặc tính học cốt liệu tích lựa chọn hàm lượng bitum nên Trên sở kết thí nghiệm chọn hàm lượng bitum nên - Đánh giá kết thiết kế tính bê tơng Asphalt so với tiêu chuẩn đề bảng 3.9 - Phân tích ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến tính bê tơng HMA chọn hàm lượng xi măng cần thiết cho HMA Lào 4.2 Lựa chọn hỗn hợp vật liệu khoáng Áp dụng phương pháp để nghị mục 3.6 Bảng 4.1: Xác định thành phần khoáng hỗn hợp vật liệu khoáng MIX A Cốt liệu lớn Cốt liệu nhỏ Xi măng MIX B 60 35 MIX C 61,5 35 3,5 D 63 35 4.3 Thí nghiệm xác định tính học hàm lƣợng bitum Tiến hành chế tạo mẫu thử bê tơng Asphalt nóng theo hỗn hợp A, B, C với yêu câu bitum 4.5 6% Thí nghiệm tỷ trọng khối Theo kết luận ghi bảng 4.2, tỷ độ ổn định Marshall, độ dẻo Tính tốn đặc tính VMA, VA, VFA theo dẫn mục 3.6 (Hướng dẫn thiết kế HMA cho Lào) Bảng 4.2: Độ rỗng cốt liệu nhỏ Độ rỗng cốt liệu nhỏ nhất, % Cỡ hạt danh định lớn Độ rỗng dư thiết kế, % mm in 3,0 4,0 5,0 1.18 No 16 21.5 22.5 23.5 2.36 No 19.0 20.0 21.0 4.75 No 16.0 17.0 18.0 9.5 3/8 14.0 15.0 16.0 12.5 1/2 13.0 14.0 15.0 19.0 3/4 12.0 13.0 14.0 25.0 1.0 11.0 12.0 13.0 37.5 1.5 10.0 11.0 12.0 5o 2.0 9.5 10.5 11.5 63 2.5 9.0 10.0 11.0 Bảng 4.3: Thí nghiêm tính tốn hỗn hợp bê tơng Asphalt nóng theo phƣơng pháp Marshall 5% xi măng (M/X1) Bảng 4.4: Thí nghiêm tính tốn hỗn hợp bê tơng Asphalt nóng theo phƣơng pháp Marshall 3.5% xi măng (M/X2) Bảng 4.5: Thí nghiêm tính tốn hỗn hợp bê tơng Asphalt nóng theo phƣơng pháp Marshall 2% xi măng (M/X3) Hình 4.1: Kết thí nghiệm HMA 5% xi măng (M/X1) Hình 4.2: Kết thí nghiệm HMA 3.5% xi măng(M/X2) Hình 4.3: Kết thí nghiệm HMA 2% xi măng(M/X3) 4.4 Phân tích ảnh hƣởng hàm lƣợng xi măng đến tính HMA Tính loại HMA A, B, C Bảng 4.6: Tính loại HMA (A, B, C) Số thứ tự Tính A 2% xi măng B 3.5% xi măng C 5% xi măng Độ ổn định 10.8 11.30 12.2 Độ dẻo 3.67 3.96 3.2 Tỷ trọng khối 2.385 2.41 2.386 VMA 15.2 14.00 14.1 VFA 71.7 72.5 67.8 Air void 4.34 3.85 5.59 Lượng bitum 5% 5% 5% Khi lượng xi măng biếu đổ từ - 5% độ ổn định Marshall tăng lên từ 10.8-12.2 KN (Hình 4.5) Hình 4.4: Quan hệ độ ổn định Marshall Hình 4.5: Quan hệ tỷ lượng xi măng độ dẻo Trên hình 4.6 khối lượng xi măng tang từ 2-5% theo khối lượng hỗn hợp với X = 3.5% độ deo từ 3.7-3.2 mm Hình 4.6: Quan hệ lượng xi măng rỗng hỗn hợp vật liệu khống Hình 4.7: Quan hệ lượng xi măng VMA Hình 4.8: Quan hệ lượng xi măng VFA Độ rỗng hỗn hợp khóang >14%, hỗn hợp VFA>67.8 hỗn hợp xi măng hợp ly cho 3.5% để độ rỗng dư Marshall kết cao Hình 4.9: Quan hệ lượng xi măng Air Void Nhận xét kết thí nghiệm thiết kế quy định lượng hạt 0.075mm từ 4-9% Hàm lương xi măng từ 2-5% làm lương cốt D (hàm lượng bột khoáng Lượng hat