SƠ BỘ VỀ BÊ TÔNG NHỰA A TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Khái niệm bản: - Nguyên lý sử dụng vật liệu: cấp phối chặt liên tục - Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa (BTN): + Cốt liệu: đá dăm tiêu chuẩn loại, cát + Chất chèn: bột khoáng + Chất liên kết: bitum dầu mỏ + Chất phụ gia (nếu có): phụ gia hoạt tính bề mặt - Hỗn hợp vật liệu thường phối hợp trộn trạm trộn Ưu, nhược điểm: 2.1 Ưu điểm: - Kết cấu chặt, kín - Có khả chịu nén, cắt, uốn tác dụng tải trọng ngang - Chịu tải trọng động tốt, hao mòn, sinh bụi - Mặt đường phẳng, có độ cứng vừa phải nên xe chạy tốc độ cao êm thuận, gây tiếng ồn - Công nghệ thi công quen thuộc, thi công giới hóa hoàn toàn 2.2 Nhược điểm: - Cường độ giảm chịu tác dụng nhiệt độ cao tác dụng lâu dài nước mặt - Độ nhám giảm nhiều mặt đường bị ẩm ướt - Mặt đường bị hóa già theo thời gian tác dụng tải trọng trùng phục, thời tiết - Công tác tu sửa chữa khó khăn, khó trả lại trạng ban đầu màu sắc, độ phẳng Phân loại: 3.1 Theo phương pháp thi công: a Bê tông nhựa không lu lèn, dày 1÷4 cm: - Dùng nhựa đặc 10/70 hàm lượng cao 9÷12% - Hàm lượng bột khoáng cao 20÷35% - Nhiệt độ trộn 230oC, nhiệt độ rải 210÷230oC, không cần lu lèn b Bê tông nhựa phải lu lèn: gồm loại b.1 BTN rải nóng: - Dùng nhựa đặc 40/60, 60/70, 70/100, 100/150, hàm lượng nhựa từ 4÷6% - Nhiệt độ trộn 140÷170oC, nhiệt độ rải >120oC - Bê tông nhựa sau rải lu xong nhiệt độ giảm nhiệt độ không khí cường độ hình thành gần 100% b.2 BTN rải ấm: - Dùng nhựa đặc 150/200, 200/300, nhựa lỏng đông đặc nhanh - Nhiệt độ trộn 110÷130oC, nhiệt độ rải lu lèn >60oC - Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 15÷20 ngày b.3 BTN rải nguội: - Dùng nhựa lỏng đông đặc chậm - Nhiệt độ trộn lu lèn nhiệt độ không khí - Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 20÷40 ngày Hiện nay, loại bê tông nhựa rải nóng sử dụng phổ biến Việt Nam có thời gian hình thành cường độ nhanh, cường độ, độ ổn định nước nhiệt cao 3.2 Theo độ rỗng dư: - BTN chặt, độ rỗng dư từ 3,0÷6,0% thể tích - BTN rỗng, độ rỗng dư từ 6,0÷10,0% thể tích - BTN thoát nước, độ rỗng dư từ 20,0÷25,0% thể tích 3.3 Theo hàm lượng đá dăm sàng 5mm: - BTN nhiều đá dăm: 50÷60% - BTN vừa đá dăm: 35÷50% - BTN đá dăm: 20÷35% - BTN đá dăm: BTN cát Bê tông nhựa nhiều đá dăm thường sử dụng Việt Nam có cường độ, ổn định nhiệt, độ nhám cao 3.4 Theo cỡ hạt lớn danh định: - BTN Dmax 40 mm: BTN rỗng - BTN Dmax = 31,5 mm: BTN rỗng - BTN Dmax = 25 mm: BTN chặt rỗng - BTN Dmax = 20÷10 mm: BTN chặt - BTN Dmax = 5÷6 mm: BTN cát BTN Dmax = 25, 20, 15 dùng phổ biển Việt Nam Chức loại cốt liệu thành phần hỗn hợp BTN: - Đá dăm: cốt liệu chịu lực tạo độ nhám cho BTN - Cát: lấp đầy lỗ rỗng đá dăm - Bột khoáng nhựa: tương tác với tạo thành chất liên kết asphalt để liên kết hạt khoáng lấp đầy lỗ rỗng lại - Chất phụ gia: cải thiện tính liên kết, dính bám nhựa cốt liệu Cấu trúc BTN: 5.1 Về mặt vật liệu: Các thành phần hỗn hợp BTN phối hợp, tương tác với tạo thành cấu trúc BTN BTN hệ thống gồm cấu trúc: - Cấu trúc tế vi: kết hợp bột khoáng nhựa tạo thành liên kết asphalt - Cấu trúc trung gian: kết hợp chất liên kết asphalt với cát tạo thành vữa asphalt - Cấu trúc vĩ mô: kết hợp vữa asphalt với loại đá dăm tạo thành bê tông nhựa 5.2 Về mặt chịu lực: Cấu trúc bê tông nhựa có dạng động: - Ở nhiệt độ dương: BTN có cấu trúc đông tụ - Ở nhiệt độ âm: BTN có cấu trúc ngưng tụ (giòn, dễ gẫy vỡ) Sự tương tác vật liệu khoáng với nhựa: Có thể bao gồm trình sau đây: 6.1 Bề mặt vật liệu khoáng hấp phụ lớp bitum: - Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với nhựa xảy trình hấp phụ bitum bề mặt cốt liệu Trong BTN, bột khoáng có tỉ diện lớn nên trình xảy mạnh mẽ nhựa tiếp xúc với bột khoáng - Khi cốt liệu loại đá cácbônát đá bazơ tiếp xúc với bitum xảy hấp phụ hóa học: có trao đổi i-on bề mặt cốt liệu với nhựa, lực dính bitum bề mặt cốt liệu khoáng lớn, làm cho màng bitum bề mặt cốt liệu khoáng bền vững, ổn định nhiệt, ổn định nước - Khi cốt liệu khoáng loại đá axit tiếp xúc với bitum xảy hấp phụ lý học: phân tử bitum liên kết với bề mặt cốt liệu khoáng lực hút phân tử (Vanđéc-van) Liên kết lý học không làm tăng cường độ, tính chịu nước, tính bền nhiệt cho bitum dễ bị phá hoại có xâm thực nước 6.2 Bi tum khuếch tán có chọn lọc vào vật liệu khoáng: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với bitum xảy tượng bitum khuếch tán vào lỗ rỗng cốt liệu: - Nhóm chất dầu theo mao quản thấm sâu vào hạt khoáng - Nhóm chất nhựa hấp phụ lỗ rỗng nhỏ - Nhóm axit asphalt nhóm asphalt hấp phụ bề mặt cốt liệu khoáng Như vậy, dùng vật liệu khoáng rỗng bề mặt hạt khoáng có nồng độ chất asphalt tăng lên, độ quánh lớp bitum bề mặt hạt khoáng tăng lên làm cho liên kết hạt khoáng tăng theo, tính đàn hồi dẻo giảm xuống, cường độ bêtông nhựa tăng đáng kể 6.3 Sự thay đổi tính chất vật liệu khoáng tương tác với bitum Quá trình tương tác bitum vật liệu khoáng làm cho màng bitum hấp phụ thay đổi tính chất mà làm cho vật liệu khoáng có thay đổi đáng kể Do khuếch tán bitum (BT) hay thành phần vào mao quản vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành lỗ rỗng mao quản nhờ có trình hấp phụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để nâng cao tính ổn định nước vật liệu khoáng Do vậy: - Nếu tỉ lệ BT/ BK nhỏ (ít nhựa) , bitum không đủ để tạo màng bao bọc hạt khoáng chất, hạt khoáng tiếp xúc trực tiếp với không thông qua màng nhựa, lực dính BTN giảm đi, cường độ BTN giảm nhanh chịu tác dụng nước Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc - Tỉ lệ BT/ BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc hạt khoáng tạo thành màng nhựa có cấu trúc, nhựa tự Lúc hạt khoáng tiếp xúc với thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định nước ổn định nhiệt - Nếu tỉ lệ BT/ BK lớn (thừa nhựa), nhựa BTN dạng tự nhiều, hạt khoáng tiếp xúc với thông qua màng nhựa tự - cường độ thấp, BTN giảm cường độ, tính ổn định nhiệt Nguyên lý hình thành cường độ mặt đường BTN: Theo N.N Ivanov: cuờng độ BTN phụ thuộc vào thành phần lực dính & góc ma sát - Lực ma sát: ma sát hạt có kích thước lớn Các hạt cốt liệu sần sùi, sắc cạnh đồng lực ma sát lớn Lực ma sát thay đổi theo nhiệt độ & thời gian tác dụng tải trọng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa - Lực dính: + Lực dính tương hỗ C1: móc vướng vào hạt phụ thuộc vào độ lớn độ sắc cạnh hạt; thay đổi nhiệt độ - độ ẩm - tốc độ biến dạng thay đổi giảm BTN chịu tải trọng trùng phục xe cộ hỗn hợp + Lực dính phân tử C2: lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu lực dính bên thân nhựa Lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu : phụ thuộc vào tỉ diện cốt liệu, tính chất hấp phụ cốt liệu nhựa Lực dính kết bên thân nhựa phụ thuộc vào cấu trúc, độ nhớt nhựa; nhiệt độ & tốc độ biến dạng B ĐÁNH GIÁ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BTN Các dạng hư hỏng thường gặp mặt đường BTN: Dựa tiêu chí đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 xác định sau: Vết nứt: Theo hướng phát triển đường nứt, vết nứt xuất mặt đường thường bao gồm loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt mạng lưới vết nứt phản ảnh Theo chiều rộng vết nứt bao gồm vết nứt hẹp, vết nứt trung bình vết nứt rộng - Vết nứt ngang, dọc: vệt nứt xuất theo chiều ngang chiều dọc đường - Nứt mạng lưới: mặt đường xuất vệt nứt dạng lưới, đường nứt phát triển theo thời gian tác dụng khí hậu, tải trọng xe Các lưới chưa liên kết liên kết với thành mạng, nứt thành miếng có dạng da cá sấu - Nứt phản ảnh: vệt nứt phản ảnh xuất lớp kết cấu bên mặt đường BTN bị nứt (lớp móng bị nứt, thảm chồng lên lớp BTN cũ bị nứt không xử lý), trường hợp thảm mặt đường BTN vị trí cống, mặt cầu mặt đường nhựa thảm BTXM Khi chịu tác dụng trùng phục bánh xe, lớp mặt đường BTN bên chịu ứng suất kéo có xu hướng chép vệt nứt lớp kết cấu phía Biến dạng bề mặt Gồm dạng hư hỏng như: mặt đường bị vệt hằn bánh, lún sụt; sóng, xô dồn; đẩy trượt trồi - Vệt hằn bánh, lún sụt: vết lún dài mặt đường dọc theo vệt bánh xe, mặt đường mặt đường bị lún lõm cục không giữ độ phẳng Trong số trường hợp mặt đường bị tượng “cao su”: mặt đường bị biến dạng lớn rạn nứt tác dụng bánh xe Khi có tải trọng xe lún võng xuống, xe qua hẳn đàn hồi trở lại phần toàn bộ, kết cấu mặt đường bị phá vỡ phần hay hoàn toàn - Làn sóng, xô dồn, trồi, trượt: Hiện tượng dồn, trượt đẩy trồi đoạn đoạn đẩy trồi lún võng xuất thành dải với chiều dài nhỏ 1.5m doc theo chiều ngang mặt đường Hư hỏng bề mặt Gồm dạng hư hỏng như: mặt đường bị chảy nhựa, mặt đường bị bong tróc, rời rạc, lộ đá, mặt đường bị ổ gà - Mặt đường bị chảy nhựa: mặt đường BTN thiết kế cấp phối với hàm lượng thừa nhựa (nhựa dạng tự nhiều), chịu tác dụng nhiệt độ xạ mặt trời gây nên cộng thêm tác dụng tải trọng xe xuất hiện tượng chảy nhựa (nhựa đường trồi lên mặt) làm giảm cường độ lớp BTN dễ bị trơn trượt - Mặt đường bị bong tróc (bong bật), rời rạc, lộ đá: lớp mặt BTN bị bong khỏi mặt đường tác dụng lâu dài nước làm cho nhựa bị tách khỏi cốt liệu dẫn đến mặt đường bị rời rạc mặt dần bị bong tróc cuối tạo ổ gà - Ổ gà: vết lõm xuất mặt đường bong bật mạnh mẽ lớp mặt đường tạo thành Các dạng hư hỏng mặt đường theo thời gian Mặt đường bê tông nhựa sau thời gian dài sử dụng (trên năm) tác dụng yếu tố khí có tượng lớp mặt bê tông nhựa bị hóa già, không tính đàn hồi dễ bị bong bật lớp mặt, thường gọi mặt đường BTN bị bạc đầu Các nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường BTN Các yếu tố khách quan a Những nhân tố khí hậu - Mưa: nhân tố ảnh hưởng tới sức chịu đựng vật liệu làm đường Nước mưa đọng phần mặt xe chạy thấm xuống làm cho cường độ mặt đường giảm - Bức xạ mặt trời, nhiệt độ, nước… làm cho BTN bị “hoá già”, khả biến dạng giảm, dễ nứt nẻ Dưới tác dụng xạ mặt trời, nhiệt độ mặt đường thay đổi, phát sinh ứng suất nhiệt nguyên nhân làm cho mặt đường nứt, gãy b Chất lượng đất loại vật liệu xây dựng đường Chất lượng loại vật liệu cấu thành mặt đường BTN đóng vai trò quan trọng kết cấu áo đường Các loại vật liệu có: cường độ không đạt tiêu chuẩn thiết kế; cấp phối hạt không đủ quy cách; vật liệu không đủ làm cho chất lượng mặt đường kém, nhanh bị hư hỏng c Chất lượng thiết kế cấp phối BTN Việc thiết kế cấp phối BTN gây ảnh hưởng xấu, làm cho kết cấu BTN chóng hư hỏng Ví dụ: - Thiết kế cấp phối bê tông nhựa có hàm lượng nhựa nhiều dẫn đến lượng nhựa tự nhiều nên kết cấu có tính ổn định nhiệt kém, mặt đường bị chảy nhựa, trơn trượt, nguy hiểm; - Thiết kế cấp phối BTN có hàm lượng nhựa dẫn đến bitum không đủ để tạo màng bao bọc hạt khoáng chất, hạt khoáng tiếp xúc trực tiếp với không thông qua màng nhựa, lực dính BTN giảm đi, cường độ BTN giảm nhanh chịu tác dụng nước (tính ổn định nước kém), cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc, mặt đường dễ bị bong bật - Thiết kế cấp phối BTN chặt, hạt nhỏ (D max =10, 15) áp dụng cho mặt đường có nhiều xe nặng dẫn đến mặt đường không đủ cường độ kết cấu dày gây tượng dồn nhựa d Về phương diện thi công chế tạo hỗn hợp BTN, sai sót quy trình công nghệ thi công làm cho mặt BTN nhanh bị hư hỏng e Ảnh hưởng cường độ vận chuyển tải trọng xe - Hiện tượng mài mòn mặt đường: mài mòn tuỳ thuộc vào cường độ vận chuyển thành phần dòng xe vào tốc độ xe - Hiện tượng mỏi: tượng mỏi xuất phổ biến đường nhựa, không liên tục cấp phối vật liệu diển biến khác bên móng đường đường với bên lớp mặt đường Sự mỏi lực thẳng đứng lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt đưòng - Dưới tác dụng tải trọng bánh xe, mặt đường BTN chịu nén kéo uốn, phát sinh biến dạng vượt trị số cho phép làm mặt đường bị nứt, gãy f Nhân tố người: người vừa chủ thể xây dựng, sử dụng, bảo quản tuyến đường Song người lại tác nhân gây nên hư hỏng đường thiếu ý thức, thiếu hiểu biết Chẳng hạn chủ phương tiện lái xe chở hàng tải trọng cho phép, người dân đào rãnh ngang đường để tát nước, phơi đốt rơm rạ mặt đường, v.v… làm cho mặt đường nhanh chóng bị hư hỏng Các nguyên nhân cụ thể ứng với dạng hư hỏng mặt đường a Nứt mặt đường (nứt dọc, ngang, nứt mai rùa, nứt khối, nứt vỡ cạnh): nguyên nhân chủ yếu thường gặp mỏi lớp bề mặt bê tông nhựa (BTN) tác dụng lâu dài, thường xuyên tải trọng trùng phục bánh xe, nguyên nhân co ngót kết cấu BTN nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ ngày chất lượng lớp móng lớp kết cấu áo đường bên gần lề đường khoảng từ 0,3÷0,6 m từ mép đường vào dễ nứt vỡ cạnh chịu tải trọng xe Mức độ nứt khối Mức độ vỡ cạnh Mức độ nứt khối trung bình Mức độ vỡ cạnh trung bình Mức độ nứt khối nhiều Mức độ vỡ cạnh nhiều b Biến dạng bề mặt (Vệt hằn bánh, lún sụt; sóng, xô dồn; đẩy trượt trồi) Loại hư hỏng nguyên nhân chủ yếu tác động tải trọng giao thông (tải trọng đứng, trượt ngang) kết cấu áo đường có cường độ kém, không ổn định (liên kết tầng mặt móng kém, chiều dày lớp bê tông nhựa lớn, hàm lượng đá dăm hỗn hợp BTN thấp dẫn đến cường độ giảm ) tầng móng không đảm bảo cường độ, bị lún lệch kết cấu mặt BTN phía bị lún lệch c Hư hỏng bề mặt - Chảy nhựa: tượng chảy nhựa có nhiều chất kết dính nhựa đường thành phần BTN (nhựa dạng tự nhiều), xuất chất kết dính (nhựa đường) lỗ rỗng trình thời tiết nóng bị chảy đẩy trồi lên bề mặt đường - Bong tróc, rời rạc, lộ đá: hư hỏng tải trọng trùng phục tác dụng xuống lớp cấp phối bề mặt tiếp xúc làm giảm ma sát mặt đường bánh xe mặt đường có tính ổn định nước kém, nước thấm xuống mặt đường tách nhựa khỏi BTN Nguyên nhân cốt lõi hư hỏng thiết kế cấp phối BTN với hàm lượng nhựa BTN lâu ngày bị già hóa, tính đàn hồi tính kết dính với đá dăm Mức độ Mức độ trung bình Mức độ nhiều - Ổ gà, ổ trâu: mặt đường sau bị bong bật, rời rạc không sửa chữa kịp thời, nước thấm xuống đường bị hư hỏng nặng thêm tạo thành ổ gà, ổ trâu Các biện pháp giảm thiểu phòng ngừa hư hỏng mặt đường BTN Trên sở tính chất BTN, điều kiện làm việc mặt đường, tiến hành phân tích, đánh giá nguyên nhân dạng hư hỏng đề xuất số biện pháp giảm thiểu mức độ hư hỏng Biện pháp hạn chế mặt đường BTN bị trượt: - Thiết kế chiều dày lớp BTN phù hợp - Dùng nhựa có độ kim lún nhỏ dùng phụ gia tăng dính - Dùng bột khoáng có độ mịn cao, tương tác tốt với nhựa - Thiết kế hỗn hợp BTN có hàm lượng đá dăm cao, hàm lượng nhựa hợp lý - Xử lý liên kết lớp BTN tầng móng tốt Biện pháp nâng cao tính ổn định nước BTN: - Thiết kế mặt đường đủ độ dốc để thoát nước mặt nhanh - Thiết kế hỗn hợp có độ chặt cao, độ rỗng nhỏ - Thiết kế hỗn hợp BTN có hàm lượng nhựa hợp lý, phù hợp với điều kiện thực tế (điều kiện vật liệu địa phương, điều kiện khí hậu, móng ) - Lựa chọn cốt liệu đá , nhựa; gia công hỗn hợp hợp lý để đảm bảo hấp phụ nhựa & cốt liệu hấp phụ hoá học - Sử dụng phụ gia tăng dính 3 Biện pháp hạn chế mặt đường BTN biến dạng, nứt nẻ: - Thiết kế hỗn hợp có hàm lượng nhựa hợp lý, khả biến dạng, khả chịu kéo uốn cao; dùng nhựa đặc biệt - Xây dựng tầng móng, đất có chất lượng tốt, đồng đều, độ lún nhỏ, khả chống biến dạng lớn - Không sử dụng loại vật liệu chứa bụi sét - Tìm biện pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt - mặt đường (xử lý thoát nước tốt cho mặt đường, làm tầng móng cách nước, hạ mực nước ngầm ) C NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ Học viên tự rút  ... tương hỗ nhựa với cốt liệu lực dính bên thân nhựa Lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu : phụ thuộc vào tỉ diện cốt liệu, tính chất hấp phụ cốt liệu nhựa Lực dính kết bên thân nhựa phụ... phối bê tông nhựa có hàm lượng nhựa nhiều dẫn đến lượng nhựa tự nhiều nên kết cấu có tính ổn định nhiệt kém, mặt đường bị chảy nhựa, trơn trượt, nguy hiểm; - Thiết kế cấp phối BTN có hàm lượng nhựa. .. dạng hư hỏng mặt đường theo thời gian Mặt đường bê tông nhựa sau thời gian dài sử dụng (trên năm) tác dụng yếu tố khí có tượng lớp mặt bê tông nhựa bị hóa già, không tính đàn hồi dễ bị bong bật