3) Bê tông đá vữa nhựa SMA (Stone Mastic Asphalt):
3.1.3.Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Superpave
Năm 1987, chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô (SHRP) được tiến hành nhằm mục đích xây dựng một tiêu chuẩn thí nghiệm và phân loại mới cho nhựa đường, đề xuất một phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa mới có xét tới quan hệ chặt chẽ giữa các thí nghiệm trong phòng và điều kiện làm việc của kết cấu bê tông nhựa ở hiện trường được gọi tên là Superpave (Superior Performing Asphalt Pavement-Mặt đường bê tông nhựa làm việc hoàn hảo). Superpave là 1 trong những sản phẩm nổi bật của SHRP. Hệ thống Superpave được triển khai sẽ giúp cho các kỹ sư, nhà thầu đường bộ công cụ để thiết kế bê tông nhựa mặt đường sao cho làm việc tốt hơn dưới tác động của nhiệt độ và lưu lượng xe có tải trọng nặng. Superpave là phương pháp đã được cải thiện hơn so với các phương pháp hiện hành trong việc chỉ rõ tính chất của
nhựa đường và cốt liệu trong thiết kế và phân tích hỗn hợp bê tông nhựa, dự báo đuợc khả năng làm việc của mặt đường.
Về cơ bản, Phương pháp thiết kế Superpave tuân thủ theo nguyên tắc sau: sử dụng các vật liệu hợp lý để chế tạo ra một hỗn hợp bê tông nhựa đạt được một mức độ nào đó về các khả năng làm việc của mặt đường bê tông nhựa phù hợp với các yêu cầu về mức độ giao thông, môi trường, kết cấu mặt đường, và độ tin cậỵ Hỗn hợp bê tông nhựa được thiết kế (và đưa ra hàm lượng nhựa đường tốt nhất) phải thoả mãn 2 yếu tố cơ bản sau:
- Yếu tố về đặc tính thể tích: bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng dư (Va), độ rỗng cốt liệu (VMA), độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) của hỗn hợp bê tông nhựạ Các giá trị này phải nằm trong giới hạn quy định.
- Yếu tố về đặc tính cơ học: bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng cốt liệu, các chỉ tiêu cường độ (khả năng làm việc) của hỗn hợp bê tông nhựa và dự báo khả năng làm việc thực tế của mặt đường bê tông nhựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm cắt (SST) và thí nghiệm kéo gián tiếp (IDT). Việc lựa chọn loại nhựa đường: dựa trên Tiêu chuẩn phân loại nhựa đường theo cấp đặc tính theo Superpave (cấp PG).
Phương pháp thiết kế này phân ra thành các bước riêng biệt cho công tác lựa chọn nhựa, lựa chọn cốt liệu và các quá trình thiết kế hỗn hợp. Quá trình lựa chọn vật liệu và thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa dựa trên các số liệu về giao thông, thời tiết của vùng lập dự án.
Các thí nghiệm về khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông nhựa và các dự báo khả năng làm việc của mặt đường bê tông nhựa trong quá trình khai thác là một trong những tính ưu việt nổi bật trong phương pháp thiết kế theo Superpavẹ Các kết quả dữ liệu từ các thí nghiệm này được sử dụng để lập ra các dự đoán chi tiết các điều kiện làm việc thực tế của mặt đường và ước tính được tuổi thọ làm việc của hỗn hợp bê tông nhựa trong tương lai tương ứng với các tải trọng trục đơn tương đương (ESAl). Phương pháp thí nghiệm mẫu bê
tông nhựa trên thiết bị cắt (SST) và kéo gián tiếp (IDT) là hai thí nghiệm cơ bản để ước tính và dự báo các khả năng làm việc thực tế của mặt đường.
Hệ thống thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave bao gồm ba mức độ thiết kế riêng biệt tương ứng với lượng giao thông thiết kế (tổng tải trọng trục đơn tương đương 80kN-ESALs trong toàn bộ tuổi thọ phục vụ của mặt đường) như được quy định tại Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Lượng giao thông thiết kế ứng với các mức thiết kế Mức thiết kế Lượng giao thông thiết kế (ESAL)
Mức 1 (thấp) ≤ 106
Mức 2 (trung gian) ≤ 107
Mức 3 (cao) >107
Sự phức tạp trong quá trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa sẽ tăng dần theo mức thiết kế từ 1 đến 3. Mức thiết kế 3 đòi hỏi một số lượng thí nghiệm lớn nhất, mẫu thí nghiệm nhiều nhất và thời gian để hoàn thiện thiết kế dài nhất.