7 Cấu trúc của luận án
3.1. Lựa chọn vật liệu, cấp phối và thiết kế bê tông nhựa
3.1.2.3. Lựa chọn cấp phối thiết kế hỗn hợp
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng hay mục đích thiết kế mà sẽ có các loại BTN hay hỗn hợp đá nhựa khác nhau và ứng với mỗi loại này sẽ có các yêu cầu về thành phần hạt hay cấp phối khác nhau. Các loại BTN chặt đều có các cấp phối tốt gọi là “Well-graded” hoặc cấp phối chặt “Densed graded”. Các quốc gia khác nhau sẽ có các tiêu chuẩn cho các loại cấp phối chặt khác nhau, tuy nhiên, về ngun lý chung thì khơng khác nhau là mấy, đó là:
Cấp phối có phạm vi phân bố các cỡ hạt rộng từ nhỏ tới lớn. Trong đó, các hạt nhỏ sẽ lấp vào khoảng trống giữa các hạt lớn.
Lượng các hạt cốt liệu nhiều, khả năng chèn các hạt cốt nhỏ vào khoảng trống của các hạt cốt liệu lớn hơn cao, độ rỗng của kết cấu thấp và do đó khả năng thấm
của kết cấu thấp nên độ bền kết cấu cao.
Yêu cầu về cấp phối thiết kế cho BTN chặt là đường cong trơn, không bị gãy khúc
Như vậy, nếu so sánh với các loại cấp phối khác thì cấp phối chặt có ưu điểm cường độ, độ ổn định cao, khả năng thấm nước nhỏ và kinh tế vì hàm lượng bitum thấp hơn so với BTN/hỗn hợp đá nhựa sử dụng các loại cấp phối khác. Ngoài ra, cũng do cấp phối chặt là cấp phối tốt, phân bố cỡ hạt liên tục, các hạt nhỏ chèn vào khoảng trống của các hạt lớn, nên việc thi công cũng dễ hơn (lu lèn nhanh chặt hơn). Tùy theo cỡ hạt lớn nhất danh định (Norminal maxiumum aggregate size, NMAS) mà có các loại BTN chặt khác nhau. Theo tiêu chuẩn AASHTO M 323-13 [71], các loại các cấp phối chặt với NMAS =4.75mm -19mm sẽ được sử dụng cho các lớp mặt, và các cấp phối có đường kính danh định lớn nhất lớn hơn 19mm sẽ được sử dụng cho các lớp móng, tuy nhiên, với đường kính danh định lớn nhất tối đa là 37.5mm. Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 8819-2011) [2] có quy định cụ thể hơn trong đó:
Cấp phối với NMAS =9.5mm được sử dụng cho lớp mặt trên
Cấp phối với NMAS =12.5mm có thể sử dụng cho cả lớp mặt trên và lớp dưới, tùy theo từng trường hợp cụ thể.
Cấp phối với NMAS =19mm chỉ sử dụng cho BTNC lớp dưới.
Cấp phối với NMAS =4.75mm (BTN cát) chỉ sử dụng cho vỉa hè, làn xe thô sơ. Trong số các loại BTNC phân loại theo NMAS ở trên, thì:
BTNC có NMAS=4.75mm ít được sử dụng ở Việt Nam nhất, vì phần lớn các vỉa hè được thiết kế lát gạch, với các cơng trình khác, làn xe thơ sơ cũng được thiết kế cùng loại BTN với làn cơ giới để thuận tiện cho việc thi công và nâng cấp cơng trình trong tương lai.
BTNC với NMAS =9.5mm, thường sử dụng ở các cơng trình có lượng giao thơng khơng cao, ít xe tải nặng và thời tiết khơng q nóng do cấp phối nhỏ, khả năng chịu kháng lún vệt bánh kém hơn các loại BTN chặt khác
BTNC với NMAS=12.5mm và 19mm được sử dụng nhiều nhất và phổ biến nhất ở Việt Nam hiện nay, và được áp dụng cho hầu hết các quốc lộ và các đường cao tốc. Lý do cho việc này là do đặc thù ở Việt Nam hiện nay, lượng giao thông trên
các quốc lộ rất lớn, nhiều xe tải nặng, thời tiết ở phần lớn các khu vực vào mùa hè rất nóng. Do vậy nếu sử dụng các loại cấp phối với NMAS nhỏ sẽ có độ cứng thấp dẫn tới hư hỏng dạng hằn lún vệt bánh xe lớn.
Các loại BTNC với NMAS >19mm chưa được đề cập tới trong quy trình hiện hành mà mới chỉ đề cập trong [7], mang tính hướng dẫn sử dụng cho các cơng trình có lượng giao thơng lớn, chưa phải là tiêu chuẩn Việt Nam.
Trên cơ sở các phân tích trên kiến nghị cấp phối sử dụng trong nghiên cứu là các loại cấp phối có NMAS=12.5mm (BTNC lớp mặt) và NMAS=19mm (BTNC lớp dưới). Dưới đây là các biểu đồ cấp phối của các loại BTNC với NMAS =12.5mm và NMAS=19mm theo tiêu chuẩn (TCVN 8819-2011, quyết định số 858/QĐ –BGTVT (2014), và các tiêu chuẩn ASTM D 3515, AASHTO M323-13) [2], [7], [69], [71].
Hình 3.2: Cấp phối BTNC 19 theo [2], [7], [69], [71] 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 0.075 0.75 7.5 75 P h ần tr ăm lọt sàn g (% ) Cỡ sàng (mm)
Fuller n=0.45 TCVN8819_Lower Limit
TCVN8819_Upper Limit ASTM D3515_Lower
ASTM D3315 Upper AASHTO M323-13
Hình 3.3: Cấp phối BTNC 12.5 theo [2], [7], [69], [71]
Nhận xét:
Từ các Hình 3.2 và Hình 3.3 ở trên có một số nhận xét như sau:
Về cơ bản, đường bao/giới hạn về cấp phối theo tiêu chuấn Hoa Kỳ (ASTM D 3515, AASHTO M323-13) và tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 8818-201) không khác nhau nhiều, và đường cấp phối tốt nhất gần như nằm sát đường cấp phối trung bình của các tiêu chuẩn này ngoại trừ tại hai cỡ sàng nhỏ nhất (0.075mm) và cỡ sàng sát cỡ hạt danh định lớn nhất (12.5mm với BTNC 19 và 9.5mm với BTNC 12.5). Như vậy có thể thấy, các cấp phối theo tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ sẽ có độ đặc chắc cao, dễ thi công trong khi vẫn đảm bảo các tiêu chí về độ rỗng dư (Va) và độ rỗng cốt liệu (VMA) nếu cấp phối thiết kế được lựa chọn phù hợp [2], [69], [71].
Đường bao cấp phối theo quyết định 858/QĐ-BGTVT [7] khá rộng và nếu cấp phối đi gần cận dưới sẽ có BTNC rất thô, độ rỗng cốt liệu VMA sẽ rất lớn, và do đó sẽ dẫn tới độ rỗng dư Va cao. Hơn nữa [7] không phải là tiêu chuẩn Việt Nam mà chỉ là hướng dẫn thêm về việc lựa chọn các cấp phối thiết kế BTNC trên cơ sở các tiêu chuẩn hiện hành nên [7] sẽ là tài liệu tốt để tham khảo thêm trong quá trình lựa chọn cấp phối thiết kế.
0 20 40 60 80 100 120 0.075 0.75 7.5 75 P h ần tr ăm lọ t sàn g (% ) Cỡ sàng (mm)
AASHTO M323-13_Lower Limit AASHTO M323-13_Upper Limit
Fuller n=0.45 TCVN8819_Lower
TCVN8819_Upper PCS
ASTM D3515_Lower Limit ASTM D3515_Upper Limit
Trên cơ sở các nhận xét trên, kiến nghị chọn tiêu chuẩn về cấp phối sử dụng trong nghiên cứu theo TCVN 8818-2011 [2] cho hai loại BTNC19 và BTNC 12.5. Ứng với mỗi loại BTNC sẽ chọn ba mức cấp phối khác nhau về độ thô cấp phối để thiết kế. Trong đó: BTNC 12.5 mức độ thô của cấp phối được đánh giá bằng lượng lọt sàng số 8
(2.36mm). Nếu lượng lọt sàng của cấp phối hỗn hợp nhỏ hơn 39% thì được xem là BTNC 12.5 cấp phối thô và ngược lại là BTNC 12.5 cấp phối mịn [71].
BTNC 19 mức độ thô của cấp phối được đánh giá bằng lượng lọt sàng số 4 (4.75mm). Nếu lượng lọt sàng của cấp phối hỗn hợp nhỏ hơn 47% thì được xem là BTNC 19 cấp phối thô và ngược lại là BTNC 19 cấp phối mịn [71].
Kết quả sử dụng các cấp phối trong nghiên cứu như bảng 3.5
Bảng 3.5: Các cấp phối đề xuất trong nghiên cứu
Cỡ sàng Dmax =19mm(%Passing) Dmax=12.5mm(% Passing) (Inch)/ (In-sơ) (mm) JMF1 JMF2 JMF3 JMF1 JMF2 JMF3 1 25 100 100 100 3/4 19 94.5 91 98 100.00 100.00 100.00 1/2 12.5 77 72 82 94.00 91.00 97.00 3/8 9.5 65 59 71 80.00 75.00 85.00 No.4 4.75 44 37 51 55.00 50.00 60.00 No.8 2.36 32 25 39 37.00 32.00 42.00 No.16 1.18 22 17 30 25.00 22.00 32.00 No.30 0.6 16 12 23 19.00 15.00 25.00 No.50 0.3 12 8 16 15.00 12.00 18.00 No.100 0.15 9 6 11 11.00 8.00 14.00 No.200 0.075 6 4.5 7.5 7.50 6.50 8.50
Hình 3.4: Các cấp phối BTNC19 Hình 3.5: Các cấp phối BTNC12.5