7.1. MỤC đÍCH CHUNG CỦA CƠNG TÁC THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG ASPHALT ASPHALT
Thiết kế hỗn hợp bê tơng asphalt là lựa chọn được cấp phối cốt liệu hợp lý và hàm lượng bitum tối ưu về mặt kinh tế mà vẫn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Hỗn hợp bê tông asphalt lựa chọn nhằm thoả mãn các tắnh năng sau:
Ờ đủ hàm lượng bitum nhằm ựảm bảo cho mặt ựường bê tông asphalt làm việc lâu dàị
Ờ đủ cường ựộ nhằm thoả mãn các yêu cầu giao thông mà không bị biến dạng.
Ờ đủ ựộ rỗng dư của hỗn hợp sau khi lu lèn và cho phép mặt ựường ựược ựầm nén thêm nhờ tải trọng của các phương tiện giao thơng chạy trên đường, nhờ sự giãn nở của bitum do nhiệt ựộ gia tăng nhưng mặt ựường không bị chảy bitum hay mất mát ựộ bền. độ rỗng dư lớn nhất ựược giới hạn nhằm hạn chế khả năng thấm của khơng khắ có hại và ựộ ẩm vào trong hỗn hợp.
Ờ đủ độ cơng tác để việc rải hỗn hợp có hiệu quả mà khơng làm phân tầng vật liệu cũng như khơng làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấụ
Ờ đối với hỗn hợp asphalt làm lớp phủ trên cùng thì cốt liệu phải có đủ ựộ nhám và ựộ cứng ựể tạo ra khả năng kháng trượt hợp lý trong những ựiều kiện thời tiết bất lợị
Có thể tóm lại là thiết kế bê tơng asphalt là q trình thắ nghiệm để lựa chọn ra hàm lượng bitum tối ưu trong hỗn hợp bê tông asphalt nhằm thoả mãn 2 yếu tố: tắnh chất liên quan đến đặc tắnh thể tắch và tắnh chất cơ học theo quy định của phương pháp thiết kế. Các phương pháp thiết kế bê tơng asphalt được sử dụng khá phổ biến trên thế
giới như: phương pháp của Nga, Marshall, Hveem, Superpave nhìn chung đều tn thủ nguyên tắc thiết kế trên. Nhìn chung các ngun lý xác định đặc tắnh thể tắch của các phương pháp là giống nhau, khác nhau chủ yếu là tiêu chắ về các chỉ tiêu cơ học được thể hiện qua các phương pháp thắ nghiệm (tham khảo chương 6).
7.2. PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MARSHALL
Các khái niệm về phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo phương pháp Marshall ựược Bruce Marshall ựưa rạ Qua quá trình nghiên cứu và phát triển, phương pháp này ngày càng hồn thiện và nó đã được chuẩn hố bởi ASTM và ựược hướng dẫn bởi Viện asphalt Hoa Kỳ.
Phương pháp Marshall nguyên bản chỉ ựược áp dụng ựối với hỗn hợp bê tơng asphalt nóng với cấp phối cốt liệu có đường kắnh lớn nhất (theo sàng vng) ≤ 25mm (đường kắnh lớn nhất danh ựịnh ≤ 19mm). Phương pháp Marshall sau khi cải tiến ựược áp dụng cho cả hỗn hợp với cấp phối cốt liệu có ựường kắnh lớn nhất ựến 38mm. Phương pháp Marshall cải tiến sử dụng khn cối và chày đầm lớn hơn so với Marshall nguyên bản.
Phương pháp Marshall ựược dùng cho thiết kế trong phịng cũng như kiểm sốt tại hiện trường của hỗn hợp bê tông asphalt đặc (chặt) trộn nóng cấp phối liên tục. Hàm lượng bitum ựược lựa chọn thường tương ứng với ựộ rỗng dư nằm trong khoảng từ 3Ờ 5%. độ rỗng dư 4% là trị số thường ựược sử dụng trong ựánh giá ban ựầụ Tuy nhiên cũng có thể thay đổi chút ắt khi phân tắch các kết quả thắ nghiệm.
Phương pháp Marshall ựầu tiên ựược áp dụng khá phổ biến ở Mỹ, và ở các nước ựang phát triển cũng như ở Việt Nam hiện nay do có những ưu điểm nổi bật như : giá thành trang thiết bị thắ nghiệm khơng lớn, trình độ của các nhân viên tái nghiệm khơng địi hỏi cao, kinh nghiệm về thiết kế hỗn hợp được tắch luỹ, các tài liệu hướng dẫn về thiết kế hỗn hợp (của Viện Asphalt Mỹ, AASHTO, ASTM) chi tiết và ựược cập nhật.
7.3. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT QUY đỊNH THEO MARSHALL
Theo hướng dẫn thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo phương pháp Marshall của Viện Asphalt, mẫu thiết kế (và chọn ựược hàm lượng bitum tối ưu) phải thoả mãn các u cầu về đặc tắnh thể tắch và chỉ tiêu cơ học (ựộ ổn ựịnh, ựộ dẻo) tương ứng với lượng giao thông theo quy ựịnh ở Bảng 7.1.
Bảng 7.1. Yêu cầu kỹ thuật với bê tông nhựa thiết kế theo Marshall
(Viện Asphalt)
Giao thông nhẹ Giao thông vừa Giao thông nặng Lớp mặt & Móng trên Lớp mặt & Móng trên Lớp mặt & Móng trên Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của
hỗn hợp bê tông asphalt theo
Marshall Min Max Min Max Min Max
Số lần ựầm nén 35 x 2 50 x 2 75 x 2
độ ổn ựịnh
Giao thông nhẹ Giao thông vừa Giao thơng nặng Lớp mặt & Móng trên Lớp mặt & Móng trên Lớp mặt & Móng trên Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của
hỗn hợp bê tông asphalt theo
Marshall Min Max Min Max Min Max
độ dẻo, mm 3,2 7,2 3,2 6,4 2 4 độ rỗng dư, % 3 5 3 5 3 5 độ rỗng lấp ựầy nhựa,% 80 80 65 78 65 75 độ rỗng cốt liệu nhỏ nhất, % Theo Bảng 8.2. Bảng 7.2. độ rỗng cốt liệu nhỏ nhất Cỡ hạt danh ựịnh lớn nhất độ rỗng cốt liệu nhỏ nhất, % độ rỗng dư thiết kế, % mm in. 3.0 4.0 5.0 (1) (2) (3) (4) (5) 1.18 Nọ16 21.5 22.5 23.5 (1) (2) (3) (4) (5) 2.36 Nọ8 19.0 20.0 21.0 4.75 Nọ4 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 50 2.0 9.5 10.5 11.5 63 2.5 9.0 10.0 11.0
Phương pháp Marshall nguyên bản sử dụng các mẫu thắ nghiệm hình trụ trịn tiêu chuẩn có chiều cao 64mm, và đường kắnh 102mm. Các mẫu này ựược chuẩn bị theo ựúng các thủ tục tiêu chuẩn về làm móng, nhào trộn, và ựầm nén hỗn hợp cốt liệuỜ bitum. Hai nét đặc trưng chắnh của phương pháp thiết kế hỗn hợp theo Marshall các phân tắch về độ chặtỜđộ rỗng và thắ nghiệm độ ổn địnhỜđộ dẻo trên các mẫu thắ nghiệm sau khi ựã ựược ựầm chặt.
Một số Tiêu chuẩn thiết kế theo Marshall của các nước, và của Việt Nam có sửa ựổi quy ựịnh của Bảng 7.1. theo hướng lược bỏ bớt (vắ dụ bỏ độ rỗng lấp ựầy nhựa)
hoặc thêm (vắ dụ chỉ tiêu độ ổn định cịn lại) chỉ tiêu, hoặc thay đổi thơng số quy ựịnh tương ứng với chỉ tiêu đó (vắ dụ tăng giá trị ựộ ổn ựịnh, thu nhỏ hoặc giảm giá trị ựộ dẻo).
Việc ựầm mẫu với số chày 75x2 tương ứng với mặt đường có lượng giao thơng nặng ựược áp dụng phổ biến hiện naỵ
7.4. TĨM TẮT TRÌNH TỰ THIẾT KẾ HỖN HỢP THEO MARSHALL
Việc thiết kế theo phương pháp Marshall ựược tiến hành theo các bước sau: 1. Kiểm tra chất lượng các vật liệu thành phần: tất cả các vật liệu (cốt liệu lớn,
cốt liệu nhỏ, bột đá, bitum) sử dụng để chế tạo bê tơng asphalt ựều phải thoả mãn các chỉ tiêu cơ lý theo quy ựịnh của các Tiêu chuẩn áp dụng hoặc của chỉ dẫn kỹ thuật của dự án (Chương 2).
2. Phối trộn các cốt liệu thành phần để đưa ra ắt nhất một hỗn hợp cốt liệu (cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, bột đá) có cấp phối nằm trong giới hạn của ựường bao cấp phối hỗn hợp cốt liệu quy ựịnh theo quy ựịnh của các Tiêu chuẩn áp dụng hoặc của chỉ dẫn kỹ thuật của dự án (Chương 4).
3. Xác định đặc tắnh thể tắch (độ rỗng dư, ựộ rỗng lấp ựầy bitum, ựộ rỗng cốt liệu) trên cơ sở thắ nghiệm và tắnh tốn trên vật liệu thành phần, trên hỗn hợp bê tông asphalt chưa ựầm nén, ựã ựầm nén với các hàm lượng bitum khác nhau (Chương 6).