4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tà
2.5.2. Phối hợp cốt liệu theo thể tích
Cốt liệu thơ trong hỗn hợp tạo ra các lỗ rỗng. Thể tích lỗ rỗng của các cốt liệu thơ phải được tính tốn nhằm xác định lượng cốt liệu mịn cần thiết để lấp vào các lỗ rỗng này. Để có cơ sở phối hợp cốt liệu theo thể tích thì cần phải xác định thêm các thơng số sau: khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời và trạng thái đã đầm nén; khối lượng thể tích của cốt liệu mịn ở trạng thái đã đầm nén.
Khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái rời (Loose Unit Weight of Coarse Aggregate – CA LUW)
Khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái rời là khối lượng của cốt liệu thơ chứa trong một đơn vị thể tích trong điều kiện không chịu bất kỳ tác dụng đầm nén nào và được xác định cho từng loại cốt liệu thơ theo tiêu chuẩn AASHTO T-19. Trong thí nghiệm này, cốt liệu thơ chứa trong thùng chứa có đáy dạng phễu. Khi chốt giữ được mở, cốt liệu được rơi từ đáy phễu ở độ cao nhất định vào trong khuôn đong đến khi đầy. Dùng thanh gạt bằng thép gạt phẳng khn đong và cân tồn bộ khn đong. Xác định khối lượng cốt liệu chứa trong khn từ đó xác định được khối lượng thể tích và độ rỗng của cốt liệu thô nếu biết khối lượng riêng của hỗn hợp cốt liệu đó. Hình 2.8a và 2.8b mô tả cốt liệu thô ở trạng thái rời và thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời.
Hình 2.8a. Cốt liệu thơ ở trạng thái rời
Hình 2.8b. Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái rời của cốt liệu thơ
Khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái đã đầm nén (Rodded Unit Weight of Coarse Aggregate– CA RUW)
Khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái đã đầm nén là khối lượng cốt liệu thô đã đầm nén chứa trong một đơn vị thể tích và được xác định cho từng loại cốt liệu
thô theo tiêu chuẩn AASHTO T-19. Theo tiêu chuẩn này cốt liệu được đầm nén bằng cách sử dụng đầm xọc là thanh thép tròn đường kính 16mm, dài 600mm có một đầu trịn tạo hình cầu với trình tự thực hiện đầm xọc như sau:
- Đổ cốt liệu đầy đến 1/3 khuôn đong, làm phẳng cốt liệu bằng tay;
- Xọc lớp cốt liệu 25 lần đều trên bề mặt của cốt liệu, không để thanh xọc chạm đáy của khuôn;
- Đổ cốt liệu đầy đến 2/3 khuôn đong, thực hiện đầm tương tự như đối với lớp 1;
- Đổ cốt liệu đầy tràn và đầm xọc tương tự như lớp 1 và lớp 2. Ở cả hai lượt này, thanh xọc không sâu đến phạm vi các lớp dưới.
Sau khi đầm, cân tồn bộ cả khn đong và cốt liệu để xác định khối lượng cốt liệu và từ đó, tính được khối lượng thể tích của hỗn hợp cốt liệu. Nếu biết khối lượng riêng của hỗn hợp cốt liệu ta các thể xác định được độ rỗng của hỗn hợp cốt liệu. Hình 2.9a và 2.9b mơ tả trạng thái đã đầm nén và thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái đầm nén của cốt liệu thơ.
Hình 2.9a. Cốt liệu thơ ở trạng thái đã đầm nén
Hình 2.9b. Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái đã đầm nén của cốt
liệu thơ
Khối lượng thể tích của cốt liệu mịn ở trạng thái đã đầm nén (Rodded Unit Weight of Fine Aggregate – FA RUW)
Khối lượng thể tích của cốt liệu mịn ở trạng thái đã đầm nén là khối lượng cốt liệu mịn đã đầm nén chứa trong một đơn vị thể tích và được xác định với từng loại cốt
liệu mịn với cách làm tương tự như khi xác định khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái đã đầm nén theo tiêu chuẩn AASHTO T-19.
Khối lượng thể tích của cốt liệu thơ lựa chọn khi thiết kế (Chosen Unit Weight of Coarse Aggregate – CA CUW).
Việc lựa chọn khối lượng thể tích của cốt liệu thơ khi thiết kế là việc hết sức quan trọng vì nó quyết định đến thể tích lỗ rỗng của cốt liệu thơ và mức độ chèn móc, tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu thô trong hỗn hợp.
Về mặt lý thuyết khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời là giới hạn dưới để tạo ra sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu thơ. Tuy nhiên, trên thực tế khối lượng thể tích của cốt liệu thô trong hỗn hợp bê tông nhựa thường cao hơn so với khối lượng thể tích của cốt liệu thơ lựa chọn khi thiết kế (CA CUW) do tác dụng làm trơn của bitum. Thêm vào đó, mỗi loại cốt liệu thô thường chứa một lượng nhất định hạt mịn do đó giá trị khối lượng thể tích ở trạng thái rời và trạng thái đã đầm nén xác định được thường lớn hơn so với khi loại bỏ hồn tồn cốt liệu mịn. Vì vậy, khối lượng thể tích thiết kế ở mức 95% so với khối lượng thể tích ở trạng thái rời cũng vẫn tạo ra sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu lớn trong hỗn hợp.
Khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái đã đầm nén được xem như giới hạn trên của sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu thô đối với hỗn hợp bê tông nhựa cấp phối chặt. Giá trị này xấp xỉ bằng 110% khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời. Khi khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô được lựa chọn xấp xỉ bằng khối lượng thể của cốt ở trạng thái đã đầm nén thì hỗn hợp bê tơng nhựa trở nên khó đầm nén và dễ bị phân tầng khi thi công.
Do vậy, để đạt sự chèn móc, tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu thơ ở một mức độ nào đó thì khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô nên bằng từ 95 – 105 % khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời (Hình 2.10) . Khi khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô lớn hơn 105% khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời thì hỗn hợp khó đầm nén và rễ bị phân tầng khi thi công.
CA CUW = (95 – 105)% * CA LUW
Hình 2.10. Lựa chọn khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô
Lượng (hay tỉ lệ) cốt liệu thô cần thiết để tạo khung của cốt liệu thô phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
- Hình dạng hạt cốt liệu
- Đặc tính thơ ráp bề mặt của hạt cốt liệu - Thành phần cỡ hạt của hỗn hợp cốt liệu - Phương pháp và năng lượng đầm nén
Đặc tính của các hạt cốt liệu ảnh hưởng đến độ chặt đầm nén, chính là ảnh hưởng đến khung cốt liệu thơ. Các hạt cốt liệu có dạng trịn dễ sắp xếp tạo khung cốt liệu hơn hạt có hình dạng bất kỳ hạt dài, nhưng khung cốt liệu kiến tạo được kém bền vững do thiếu lực ma sát, chèn móc giữa các hạt tạo khung. Đặc tính bề mặt cốt liệu ảnh hưởng đến việc tạo khung cốt liệu và khung cốt liệu được tạo thành. Cốt liệu thơ ráp khó đầm nén để tạo khung hơn, nhưng khung cốt liệu một khi kiến tạo được rất vững chắc. Thay đổi thành phần cỡ hạt sẽ làm thay đổi khả năng tạo khung cốt liệu và khung cốt liệu tạo được. Các hạt đồng cỡ khơng thể có khả năng nêm chèn tốt với nhau bằng hỗn hợp có hai hay nhiều hơn hai cỡ.
Phương pháp đầm nén có ảnh hưởng đến độ chặt cuối cùng, đến đặc điểm bố trí cốt liệu trong hỗn hợp như phân tầng, góc sắp xếp cốt liệu, do đó ảnh hưởng đến khả năng tạo khung cốt liệu.