B. CÁC THÍ NGHIỆM ĐƯỢC THAM GIA TRONG QUÁ TRÌNH THỰC TẬP
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ THÍ NGHIỆM VỀ BÊ TÔNG NHỰA NÓNG
I.1. Định nghĩa hỗn hợp bê tông nhựa nóng:
- Là hỗn hợp bao gồm các cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) có tỷ lệ phối trộn xác định, được sấy nóng và trộn đều với nhau, sau đó được trộn với nhựa đường theo tỷ lệ xác định qua thiết kế. Hỗn hợp bê tông nhựa nóng được chế tạo tại trạm trộn.
- Theo độ rỗng dư:
• Bê tông nhựa chặt độ rỗng dư từ 3-6%
• Bêtông nhựa rỗng độ rỗng dư từ 7-12%
- Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt:
• Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm)
• Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 19 mm)
• Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm)
• Bê tông nhựa cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 9,5 mm)
- Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với bê tông nhựa rỗng:
• Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm)
• Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5 mm)
• Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50 mm)
II.MỘT SỐ THÍ NGHIỆM VỀ BÊ TÔNG NHỰA:
II.1. Thí nghiệm xác định thành phần hạt: II.1.1. Mục đích thí nghiệm
- Xác định đường cấp phối hạt,dự đoán được độ sít chặt của bê tông nhựa,kiểm tra xem hàm lượng dùng nhựa có đúng theo chỉ tiêu cho phép hay không
- So sánh đường cấp phối hạt đã vẽ được từ thực nghiệm với vùng cấp phối hạt tiêu chuẩn,để kết luận cấp phối hạt trên có tốt để chế tạo bê tông hay không
II.1.2.Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
- Tủ sấy có nhiệt độ điều chỉnh 110oC±
5oC - Cân kỹ thuật độ chính xác 0.1%
II.1.3. Trình tự thí nghiệm
• Mẫu bê tông sau khi trích nhựa được sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 110 oC ±
5 oC và để nguội đến nhiệt độ trong phòng thí nghiệm.
• Xếp chồng bộ sàng có thứ tự kích thước mắt sàng từ nhỏ đến lớn trên đáy sàng. Kích thước mắt sàng trên cùng lớn hơn cỡ hạt lớn nhất danh định D max của loại BTN thử nghiệm.
• Đổ dần cốt liệu vào sàng trên cùng và tiến hành sàng. Có thể dùng máy sàng hoặc lắc bằng tay. Khi dùng máy sàng thì thời gian sàng theo quy định của từng loại máy. Khi sàng bằng tay thì thời điểm dừng sàng là khi sàng trong 1 min mà lượng lọt qua mỗi sàng không vượt quá 1 % khối lượng vật liệu trên sàng đó.
• Cân lượng sót trên từng sàng và lượng lọt sàng 0,075 mm nằm trên khay đáy. Tổng khối lượng mẫu sau khi sàng không được sai khác quá 0,3 % so với khối lượng mẫu ban đầu.
II.1.4. Kết quả thí nghiệm
Bảng 1 Kích thước mắt sàng, mm Phần còn lại trên từng sàng, % Lượng lọt sàng, % 16,0 0,0 100,0 12,5 3,1 96,9 8,0 12,1 84,8 4,0 27,4 57,4 2,0 19,0 38,4 1,0 11,9 26,5 0,5 7,6 18,9 0,3 5,0 13,9 0,15 5,0 8,8 0,075 2,8 6,0
II.2. Thí nghiệm xác định hàm lượng nhựa II.2.1. Mục đích thí nghiệm:
- Lượng nhựa trong hỗn hợp bê tông nhựa,được tính theo phần trăm khối lượng hỗn hợp bê tông nhựa,việc xác định hàm lượng nhựa để xem bê tông nhựa có đáp ứng yêu cầu cho phép hay không
- Hỗn hợp cốt liệu sau khi phân tách nhựa có thể sử dụng để phân tích thành phần hạt
II.2.2. Dụng cụ thí nghiệm
• Giấy lọc có chiều dày 1.3mm,kích thước 965x635mm,khối lượng là 150±
13kg/500 tờ
• Tủ sấy có khả năng duy trỳ nhiệt độ 110±
5oC
• Lò nung nhiệt độ từ 500 đến 600oC
• Khay đựng mẫu
• Cân điện tử có độ chính xác 0.1g và 0.01g
• Ống đong ,cốc nung
• Các dụng cụ phụ trợ khác như bao tay chổi quét….
II.2.3. Trình tự thí nghiệm
• Làm rời nhựa ở nhiệt độ 110±
• Cân khối lượng mẫu bê tông nhựa khô và giấy lọc bằng cân khối lượng chính xác 0.1g
• Cho mẫu thử vào bát đựng mẫu. Đổ Tricloroethylene vào bát đựng mẫu cho đến khi ngập bằng mặt mẫu, ngâm mẫu trong khoảng thời gian đủ để dung môi hoà tan nhựa có trong mẫu ( không quá 1 h).
• Đặt bát chứa mẫu nghiệm vào máy quay. Đặt giấy lọc đã được sấy khô khít với miệng bát, đậy nắp bát và kẹp chặt đồng tâm bát với trục quay của máy, đậy kín nắp máy và khoá chặt. Đặt bình hứng dung dịch chiết xuất ở vòi ra của máy.
• Khởi động máy quay, bắt đầu cho máy chạy ở tốc độ chậm, sau tăng dần lên đến tốc độ 3600 r/min cho đến khi không còn dung dịch chiết xuất chảy ra ở vòi thì dừng máy.
• Rót thêm 200 mL dung môi qua lỗ ở trên nắp máy vào trong bát đựng mẫu và lặp lại quá trình quay chiết xuất quy định tại. Quá trình này được lặp lại thêm ít nhất là 02 lần cho đến khi dung dịch chiết xuất chảy ra có màu trong
• Mở nắp máy quay, cẩn thận chuyển giấy lọc và phần cốt liệu có trong bát đựng mẫu vào một cái khay kim loại đã xác định trước khối lượng. cân xác định khối của cốt liệu và giấy lọc sau khi dung môi bay hơi hết
• Xác định khối lượng bột khoáng có trong dung dịch thu được sau khi tách nhựa
• Xác định khối lượng của toàn bộ dung dịch thu được sau thử nghiệm, chính xác tới 0,1 g, ký hiệu là G1 ; khuấy đều toàn bộ dung dịch và lấy khoảng 100g dung dịch cho vào cốc nung, ký hiệu là G2 ;
• Đặt cốc nung đựng dung dịch lên bếp điện và đun dưới phễu hút khí thông hơi hoặc trong buồng hút khí độc để làm bay hơi dung dịch, sau đó đặt cốc vào lò nung nhiệt độ 500oC - 600oC đến khối lượng không đổi. Để tro nguội và cân xác định khối lượng tro sơ bộ trong cốc nung;
• Rót dung dịch amononium cacbonate (NH4)2CO3 vào cốc nung với mức 5 mL/1 g tro. Để cốc trong không khí 1 giờ trước đặt vào tủ sấy ở nhiệt độ 110oC ±
5oC cho đến khi khối lượng không đổi, lấy cốc đựng mẫu ra khỏi tủ sấy, để nguội trong bình hút ẩm và cân xác định khối lượng tro thu được trong cốc nung chính xác đến 0,01 g, ký hiệu là G
II.2.4. Kết quả thí nghiệm:
Hàm lượng nhựa % theo cốt
liệu 5,3
% theo hỗn
hợp 5,0
m1 (khối lượng giấy lọc ban đầu), g 15,50 m3 (k/lượng giấy lọc sau
khi thử), g 17,68 m2 (khối lượng mẫu ban đầu), g 1639,39 m4 (khối lượng mẫu sau
khi thử), g 1528,07 khối lượng bột khoáng trong dung
dịch, g 27,0
m5 (k/lượng dung moi sau
khi thử), g 1624,56 m6(k/lượng dung dịch đem nung ở
600oC), g 110,26
m7 (k/lượng sau khi nung
nung), g 1,83
II.3. Khối lượng thể tích
- (Unit Weight) của BTN đã đầm nén, được xác định theo phương pháp thử này, là khối lượng của một đơn vị thể tích BTN đã đầm nén.Có 2 phương pháp:
- Phương pháp A: phương pháp cân trong nước, áp dụng với BTN có độ rỗng dư < 8,0 % và có độ hút nước không vượt quá hơn 2,0 %.
- Phương pháp B: phương pháp đo thể tích mẫu, áp dụng với BTN rỗng độ rỗng dư ≥ 8,0 %, hoặc BTN có độ hút nước lớn vượt quá 2,0 %.
II3.1 Phương pháp A
- Nguyên tắc
Xác định khối lượng phần thể tích nước mà mẫu chiếm chỗ thông qua chênh lệch khối lượng mẫu cân trong nước và mẫu cân trong không khí, xác định khối lượng mẫu khô và tính khối lượng thể tích của mẫu BTN từ các số liệu thu được.
a. Thiết bị, dụng cụ
- Cân có độ chính xác 0,1 %;
- Bể nước: dùng để cân mẫu trong nước, bể có vòi chảy tràn để duy trì mực nước cố định trong quá trình thử nghiệm;
- Dây treo và giỏ đựng mẫu cân trong nước: giỏ làm bằng lưới thép chứa mẫu BTN và được nhúng ngập hoàn toàn trong bể nước. Dây treo là loại dây có đủ độ bền, không thấm nước với đường kính nhỏ nhất có thể để không ảnh hưởng tới kết quả thử nghiệm;
- Tủ sấy: có thể duy trì nhiệt độ sấy mẫu ở nhiệt độ 110oC±5oC; - Nhiệt kế: độ chính xác 1oC.
- Mẫu thử nghiệm có thể là mẫu đúc Marshall trong phòng thử nghiệm hoặc mẫu khoan tại hiện trường. Mẫu phải đảm bảo không bị biến dạng, nứt vỡ khi lấy ra khỏi khuôn đúc hoặc khoan từ mặt đường.
- Bề mặt đáy mẫu khoan không được dính với vật liệu lớp dưới mặt đường. Trong trường hợp đất đá, BTN lớp dưới mặt đường gắn kết với đáy mẫu thì sử dụng cưa hoặc dụng cụ phù hợp để loại bỏ chúng.
c. Trình tự thí nghiệm
- Sấy mẫu ở nhiệt độ 52oC đến khối lượng không đổi.
- Để mẫu nguội đến nhiệt độ trong phòng và cân xác định khối lượng mẫu khô, chính xác đến 0,1 g, ký hiệu là A.
- Đo nhiệt độ của nước trong bể, ký hiệu là T.
- Ngâm mẫu ngập trong bể nước trong thời gian 10 min 1 min.
- Cân khối lượng mẫu trong nước, chính xác tới 0,1 g, ký hiệu khối lượng mẫu cân được là C.
- Vớt mẫu ra khỏi bể nước, nhanh chóng dùng khăn bông ẩm lau bề mặt mẫu, cân xác định khối lượng mẫu khô bề mặt, chính xác tới 0,1 g, ký hiệu là B.
CHÚ THÍCH :
1) Đối với Mẫu Marshall chế bị trong phòng ở trạng thái khô hoàn toàn thì không cần phải sấy mẫu khi xác định khối lượng mẫu khô (A);
2) Có thể gia tăng tốc độ sấy mẫu bằng cách sấy ở nhiệt độ 110oC±5oC đến khối lượng không đổi. Khi đó trình tự thử nghiệm sẽ thay đổi, việc xác định khối lượng mẫu khô (A) được thực hiện cuối cùng sau khi xác định khối lượng mẫu khô bề mặt (B) và khối lượng mẫu cân trong nước (C). Tuy nhiên, việc sấy mẫu như vậy sẽ làm thay đổi tính chất, hình dạng của mẫu và mẫu có thể không phù hợp cho việc tái sử dụng đối với các thử nghiệm khác.
d. Biểu thị kết quả
Tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén (Gmb), không thứ nguyên, tính chính xác đến 3 chữ số thập phân, theo công thức sau:
C B A x TxK K G s mb − ∆ + = 1 trong đó:
A là khối lượng mẫu khô hoàn toàn, tính bằng gam (g); B là khối lượng mẫu khô bề mặt, tính bằng gam (g); C là khối lượng mẫu cân trong nước, tính bằng gam (g); K là hệ số điều chỉnh khối lượng riêng của nước;
Ks là hệ số giãn nở nhiệt trung bình của BTN, Ks = 6x10-5 ml / ml / oC; ΔT = 25 – T, với T là nhiệt độ của nước trong bể, oC;
- Trong trường hợp nhiệt độ của nước trong bể ngâm mẫu nằm trong khoảng 25oC±1oC, tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén (Gmb), không thứ nguyên, tính chính xác đến 03 chữ số thập phân, theo công thức rút gọn sau:
C B A Gmb − = trong đó:
A là khối lượng mẫu khô hoàn toàn, tính bằng gam (g); B là khối lượng mẫu khô bề mặt, tính bằng gam (g); C là khối lượng mẫu cân trong nước, tính bằng gam (g);
- Khối lượng thể tích của mẫu BTN đã đầm nén ( mb), tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3), chính xác đến 0,001 g/cm3, theo công thức sau:
ρmb= 0,997xGmb
trong đó:
Gmb là tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén, không thứ nguyên;
0,997 là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 25 oC, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3).
- Tỷ trọng khối, khối lượng thể tích của BTN đã đầm nén đối với mẫu Marshall chế bị trong phòng là kết quả trung bình của 3 mẫu nghiệm, sai số giữa các mẫu thí nghiệm không quá 0,02 g/cm3. Trường hợp chỉ có hai trong ba mẫu thí nghiệm thoả mãn điều kiện sai số thì lấy giá trị trung bình của hai mẫu có sai số ít nhất.
- Độ hút nước của mẫu BTN (W), tính bằng phần trăm khối lượng, chính xác tới 0,1 %, theo công thức: 100 x A A B W = − trong đó:
A là khối lượng mẫu khô hoàn toàn, tính bằng gam (g); B là khối lượng mẫu khô bề mặt, tính bằng gam (g);
Độ hút nước của BTN là giá trị trung bình cộng của hai kết quả thử nghiệm.
II.4.2. Phương pháp B
- Nguyên tắc
Đo xác định thể tích mẫu BTN bằng thước kẹp, xác định khối lượng mẫu ở trạng thái khô và tính khối lượng thể tích của mẫu BTN từ các số liệu thu được.
a. Thiết bị, dụng cụ
- Cân có độ chính xác 0,1 g, có khả năng cân được khối lượng mẫu nghiệm quy định.
- Tủ sấy có thể duy trì nhiệt độ sấy mẫu ở nhiệt độ 110oC
b. Cách tiến hành
- Đo kích thước để tính thể tích của mẫu, chính xác tới 0,1 mm: đo chiều cao mẫu tại 4 vị trí cung phần tư đường tròn đáy mẫu, đường kính mẫu được đo trên hai phương vuông góc tại mặt phẳng vuông góc với thân mẫu tại điểm giữa chiều cao mẫu. Tính thể tích mẫu (V) dựa trên giá trị trung bình của chiều cao và đường kính mẫu.
c. Biểu thị kết quả
- Khối lượng thể tích của mẫu BTN đã đầm nén (ρmb), tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3 ), chính xác đến 0,001 g/cm3, theo công thức sau:
V A
mb = ρ
trong đó:
A là khối lượng mẫu khô hoàn toàn, tính bằng gam (g); V là thể tích mẫu, tính bằng centimét khối (cm3).
- Tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén (Gmb), không thứ nguyên, tính chính xác đến 3 chữ số thập phân, theo công thức sau:
997 . 0 mb mb G = ρ trong đó: mb ρ
: Khối lượng thể tích của mẫu BTN đã đầm nén, g/cm3 ;
0,997 là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 250C, tính bằng gam trên centimét khối (g/cm3).
- Khối lượng thể tích và Tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén đối với mẫu Marshall chế bị trong phòng là kết quả trung bình của 3 mẫu nghiệm, sai số giữa các mẫu thí nghiệm không quá 0,02 g/cm3. Trường hợp chỉ có hai trong ba mẫu thí nghiệm thoả mãn điều kiện sai số thì lấy giá trị trung bình của hai mẫu có sai số ít nhất. Riêng với mẫu khoan, khối lượng thể tích của BTN đã đầm nén là kết quả trung bình của tối thiểu 02 mẫu.
II.5. Độ rỗng dư
- Tổng thể tích của các lỗ rỗng chứa không khí giữa các hạt cốt liệu bọc nhựa trong hỗn hợp BTN đã đầm nén. Độ rỗng dư được biểu thị bằng phần trăm (%) của thể tích mẫu hỗn hợp BTN đã đầm nén.
- Độ rỗng dư của BTN, ký hiệu là Va, tính bằng phần trăm (%), chính xác tới 0,1 %, được xác định theo công thức sau:
100 x G G G V mm mb mm a − =
trong đó: Gmmlà tỷ trọng lớn nhất của BTN ở trạng thái rời, không thứ nguyên; Gmblà tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén, không thứ nguyên.
II.5.2. Xác định độ rỗng dư phục vụ công tác thiết kế hỗn hợp BTN
- Khi thiết kế hỗn hợp BTN, để tìm ra hàm lượng nhựa tối ưu, thường phải xác định 5 giá trị độ rỗng dư tương ứng với 5 tổ mẫu BTN (mỗi tổ 3 mẫu) có 5 hàm lượng nhựa khác nhau.
- Tỷ trọng khối của BTN đã đầm nén (Gmb ) được xác định trên các mẫu đúc