University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Chương BÊ TƠNG NHỰA KHÁI NIỆM Bê tông nhựa (bê tông asphalt) loại đá nhân tạo, nhận sau rải làm đặc hỗn hợp bê tông nhựa, sử dụng chủ yếu xây dựng đường giao thông sân bay Hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm cốt liệu (đá dăm, cát, bột khống) có tỷ lệ phối trộn xác định, trộn với sau trộn với nhựa đường theo tỷ lệ xác định qua thiết kế University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải - Ưu điểm: + Độ đặc, cường độ, độ ổn định độ bền cao, môđun đàn hồi lớn + Mặt đường bê tông nhựa tạo êm thuận, sau thi cơng khai thác cơng trình ngay; + Ít bụi bào mòn thấp, thơng thường khơng q mm/năm; + Dùng phổ biến kết cấu mặt đường mềm Trừ nhựa đường vật liệu đắt tiền, chiếm khoảng 5%, vật liệu khác sẵn có để khai thác - Hạn chế: + Các tính chất khơng ổn định theo nhiệt độ thời gian, dễ để lại vệt hư hỏng mặt đường có xe trọng tải lớn qua; + Độ nhám thấp, dễ bị trơn trượt ẩm ướt; + Kém ổn định với nước, bê tơng nhựa nhanh chóng bị phá hỏng nơi ẩm ướt hay ngập nước; + Công nghệ chế tạo, thi cơng phức tạp, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng; hạn chế nhiệt độ thi công dẫn đến hạn chế cự ly vận chuyển; + Tuổi thọ ngắn, trung bình từ khoảng 10 đến 15 năm, làm ảnh hưởng đến quy hoạch đô thị University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải PHÂN LOẠI Phân loại theo độ rỗng dư - Bê tông nhựa đúc Guss asphalt (Mastic asphalt - MA) - Bê tông nhựa chặt (BTNC) - Bê tông nhựa rỗng (BTNR) - Bê tơng nhựa nước (Porous asphalt - PA) Phân loại theo kích cỡ hạt lớn danh định (Dmax) - Bê tông nhựa chặt phân thành loại: + BTNC 19: cỡ hạt lớn danh định 19 mm (và cỡ hạt lớn 25 mm); + BTNC 12,5: cỡ hạt lớn danh định 12,5 mm (và cỡ hạt lớn 19 mm); + BTNC 9,5: cỡ hạt lớn danh định 9,5 mm (và cỡ hạt lớn 12,5 mm); + BTNC 4,75: cỡ hạt lớn danh định 4,75 mm (và cỡ hạt lớn 9,5 mm), gọi bê tơng nhựa cát University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải - Bê tông nhựa rỗng phân thành loại: + BTNR 37,5: cỡ hạt lớn danh định 37,5 mm (và cỡ hạt lớn 50 mm); + BTNR 25: cỡ hạt lớn danh định 25 mm (và cỡ hạt lớn 31,5 mm); + BTNR 19: cỡ hạt lớn danh định 19 mm (và cỡ hạt lớn 25 mm) Phân loại theo đặc tính cấp phối hỗn hợp cốt liệu + BTN có cấp phối chặt: lượng hạt thô, hạt trung gian hạt mịn gần tương đương Loại thường gọi BTN chặt; + BTN có cấp phối gián đoạn: lượng hạt thô hạt mịn lớn, hạt trung gian nhỏ Cấp phối tạo khả cốt liệu thô chèn móc tốt với dễ bị phân tầng; + BTN có cấp phối hở: lượng hạt mịn chiếm tỷ lệ nhỏ Loại có độ rỗng lớn nên gọi BTN rỗng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Phân loại theo vị trí cơng kết cấu mặt đường - BTN có độ nhám cao, tăng khả kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, đoạn đường nguy hiểm Lớp BTN phủ mặt BTN, sau thi cơng lớp BTN phía phủ sau này, nâng cấp mặt đường - BTN dùng làm lớp mặt (gồm lớp mặt dưới): thường sử dụng BTN chặt - BTN dùng làm lớp móng: loại BTN chặt BTN rỗng sử dụng làm lớp móng BTN rỗng có giá thành thấp khơng cần sử dụng bột khống hàm lượng nhựa thấp so với BTN chặt - BTN cát: sử dụng làm lớp mặt khu vực có tải trọng xe không lớn, vỉa hè, dành cho xe đạp, xe thơ sơ Có thể sử dụng để làm lớp bù vênh mỏng trước rải lớp BTN lên Cốt liệu sử dụng cát nghiền, cát tự nhiên cát hỗn hợp University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải CẤU TRÚC CỦA BÊ TƠNG NHỰA Tính chất vật lý, học BTN phụ thuộc vào chất lượng, tỷ lệ thành phần vật liệu chế tạo cấu trúc Cấu trúc BTN thể mối tương tác yếu tố cấu tạo phối hợp chúng Cấu trúc BTN : + cấu trúc hỗn hợp vật liệu khoáng + cấu trúc nhựa đường BTN Cấu trúc VLK BTN : + có khung: tăng độ ổn định động + bán khung + khơng có khung University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG NHỰA  TỶ TRỌNG LỚN NHẤT, KHỐI LƯỢNG RIÊNG Ở TRẠNG THÁI RỜI Tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời tỷ số khối lượng BTN trạng thái rời so với khối lượng nước có thể tích nhiệt độ 25 ºC Khối lượng riêng BTN khối lượng đơn vị thể tích BTN khơng chứa lỗ rỗng nhiệt độ 25 ºC Tỷ trọng lớn BTN ∆BTN max = mk mm − mn Trong đó: mk - khối lượng mẫu BTN khơ; mm - khối lượng mẫu BTN khơ (với mẫu có cốt liệu không hút nước) khối lượng mẫu BTN trạng thái khơ gió (với mẫu có cốt liệu hút nước); mn - khối lượng nước bị mẫu BTN chiếm chỗ University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Khối lượng lượng riêng BTN BTN ρ BTN = ρ n ∆BTN = , 997 ∆ max max  (g/cm ) TỶ TRỌNG KHỐI, KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH Tỷ trọng khối BTN tỷ số khối lượng BTN đầm nén so với khối lượng nước có thể tích nhiệt độ Khối lượng thể tích BTN đầm nén khối lượng đơn vị thể tích BTN đầm nén Sấy khơ mẫu BTN (mẫu đúc Marshall mẫu khoan khơng dính vật liệu lớp mặt đường) nhiệt độ 52 ºC ± ºC đến khối lượng không đổi Đo kích thước tính thể tích mẫu Từ tính tỷ trọng khối khối lượng thể tích BTN đầm nén Khối lượng thể tích BTN đầm nén, tính xác đến 0,001 g/cm : ρ oBTN = mk V0 (g/cm ) University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Tỷ trọng khối BTN đầm nén, tính xác đến chữ số thập phân: ∆ BTN o  ρ oBTN = 0,997 ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ DẺO MARSHALL Độ ổn định Marshall: giá trị lực nén lớn đạt thử nghiệm mẫu BTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6 mm chiều cao 63,5 mm) đặt nằm ngang máy nén Marshall, tính theo kN Độ dẻo Marshall: biến dạng mẫu BTN máy nén thời điểm xác định độ ổn định Marshall, tính theo mm Độ ổn định Marshall cải tiến, độ dẻo Marshall cải tiến: mẫu đường kính 152,4mm, cao 95,2mm University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải + Độ ổn định Marshall độ lớn lực phá hoại mẫu có kích thước tiêu chuẩn, tính theo kN (chính xác đến 0,01 kN) S = K.P (kN) Trong đó: P - lực nén lớn nhất, kN; K - hệ số điều chỉnh kết theo chiều cao mẫu + Độ dẻo Marshall giá trị biến dạng viên mẫu, ký hiệu F, tính mm Chiều cao mẫu (mm) Hệ số hiệu chỉnh K Chiều cao mẫu (mm) Hệ số hiệu chỉnh K Chiều cao mẫu (mm) Hệ số hiệu chỉnh K 25,4 5,56 42,9 2,08 60,3 1,09 27,0 5,00 44,4 1,92 61,9 1,04 28,6 4,55 46,0 1,79 63,5 1,00 30,2 4,17 47,6 1,67 65,1 0,96 31,8 3,85 49,2 1,56 66,7 0,93 33,3 3,57 50,8 1,47 68,3 0,89 34,9 3,33 52,4 1,39 69,9 0,86 36,5 3,03 54,0 1,32 71,4 0,83 38,1 2,78 55,6 1,25 73,0 0,81 39,7 2,50 57,2 1,19 74,6 0,78 University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải d Giai đoạn 4: Kiểm sốt chất lượng hàng ngày Cơng tác kiểm soát chất lượng hàng ngày bao gồm bước: - Bước 1: Kiểm sốt chất lượng q trình sản xuất, việc kiểm soát chất lượng bước tương tự Bước giai đoạn phê duyệt công thức chế tạo BTN - Bước 2: Kiểm soát chất lượng sau thi công - tương tự Bước giai đoạn phê duyệt công thức chế tạo BTN University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thơng vận tải Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall Bước 1: Thí nghiệm xác định tiêu lý cốt liệu nhựa đường Bước 2: Phối trộn cốt liệu Mục đích: để hỗn hợp cốt liệu sau phối trộn có thành phần hạt nằm giới hạn đường bao cấp phối hỗn hợp cốt liệu theo quy định - Ngun lý tính tốn phối trộn: + Phối trộn cốt liệu (đá dăm, cát, bột đá) để chọn hỗn hợp cốt liệu có thành phần hạt đạt yêu cầu kỹ thuật + Đối với hỗn hợp cốt liệu lượng lọt sàng (%) hỗn hợp cốt liệu qua cỡ sàng tuân theo công thức: P = Aa + Bb + Cc + Dd + Trong đó: P- lượng lọt qua sàng (%) cỡ sàng hỗn hợp cốt liệu; A, B, C, D, - lượng lọt qua sàng (%) cỡ sàng loại cốt liệu sử dụng để phối trộn; a, b, c, d, - tỷ lệ phối trộn loại cốt liệu sử dụng để phối trộn University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải a + b + c + d + = (100%) + Dựa vào công thức, sở biết cấp phối loại cốt liệu (lượng lọt sàng qua cỡ sàng A, B, C, D, ), tiến hành lựa chọn tỷ lệ phối trộn loại cốt liệu (a, b, c, d, ) cách hợp lý để cho hỗn hợp cốt liệu chọn có thành phần hạt nằm miền giới hạn đường bao cấp phối hỗn hợp cốt liệu quy định Bước 3: Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall Tùy thuộc tiêu cần kiểm tra, chuẩn bị hỗn hợp cốt liệu phù hợp Bước 4: Trộn cốt liệu với nhựa đường, đầm mẫu Marshall - Dự đoán hàm lượng nhựa tối ưu - Trộn cốt liệu với nhựa đường: + Xác định số lượng mẫu BTN cần thiết; + Cân xác định khối lượng vật liệu; + Sấy nhựa đường đến nhiệt độ quy định, sấy cốt liệu đến nhiệt độ cao 15 °C; + Trộn cốt liệu với nhựa - Đầm mẫu Marshall theo nhiệt độ quy định tùy thuộc vào loại nhựa đường sử dụng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Bước 5: Thí nghiệm tính tốn tiêu liên quan đến đặc tính thể tích hỗn hợp BTN - Thí nghiệm xác định tỷ trọng nhựa đường - Thí nghiệm xác định tỷ trọng cốt liệu thơ, bột khống - Tính tỷ trọng khối, tỷ trọng biểu kiến hỗn hợp cốt liệu - Tính tỷ trọng có hiệu hỗn hợp cốt liệu - Thí nghiệm xác định tỷ trọng lớn hỗn hợp BTN trạng thái rời - Thí nghiệm xác định tỷ trọng khối, khối lượng thể tích mẫu BTN đầm - Tính hàm lượng nhựa hấp phụ - Tính hàm lượng nhựa có hiệu - Tính độ rỗng cốt liệu hỗn hợp BTN đầm - Tính độ rỗng dư hỗn hợp BTN đầm - Tính độ rỗng lấp đầy nhựa hỗn hợp BTN đầm Bước 6: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo mẫu Marshall Bước 7: Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải Ví dụ thiết kế phối trộn cốt liệu từ loại cốt liệu Số liệu tính tốn Lượng lọt sàng (%) ứng với cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng 19 12,5 9,5 4,75 2,36 0,6 0,3 0,15 0,075 Yêu cầu 100 80÷100 70÷90 50÷70 35÷50 18÷29 13÷23 8÷16 4÷10 Trung bình 100 90 80 60 42,5 23,5 18 12 Cốt liệu I 100 90 59 16 3,2 1,1 0 Cốt liệu II 100 100 100 96 82 51 36 21 9,2 University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu Kết trung bình tổ mẫu (3 mẫu) bê tông asphalt đầm với 75x2 chày, với hàm lượng nhựa bitum phục vụ thiết kế bê tông asphalt thống kê sau: Độ rỗng cốt liệu- Độ rỗng dư- Độ ổn định Độ dẻo Marshall % khối lượng hỗn hợp Khối lượng thể tích(g/cm ) VMA(%) VA(%) Marshall (kN) (mm) 4.0 2.380 15.2 6.5 8.1 2.8 4.5 2.395 14.9 5.0 8.7 3.0 5.0 2.410 14.8 4.0 9.0 3.5 5.5 2.406 15.6 3.2 8.5 3.8 6.0 2.400 16.1 2.8 7.5 4.4 STT Hàm lượng nhựa(tính theo University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Tên tiêu Khối lượng thể tích Các giá trị quy định Không quy định Phạm vi hàm lượng nhựa(theo % khối lượng hh) thỏa mãn tiêu Phạm vi hàm lượng nhựa(theo % khối lượng hh) thỏa mãn tất tiêu XĐ khối lượng thể tích ứng với hàm lượng nhựa tối ưu Độ rỗng cốt liệuVMA(%) Độ rỗng dư-VA(%) Độ ổn định Độ dẻo Marshall Marshall (kN) (mm) 15-17 3.0 đến 6.0 Min.8 đến ? ? ? ? University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải BÊ TƠNG NHỰA ĐỘ NHÁM CAO Yêu cầu chung mặt đường cao tốc: - Đủ cường độ Đủ độ phẳng Có độ nhám cao Để tăng độ nhám cho mặt đường, nhiều nước dùng lớp phủ tạo nhám mỏng, mỏng cực mỏng bê tông nhựa có hỗn hợp cốt liệu gián đoạn, với chiều dày nhỏ (20 mm ÷ 30 mm), độ rỗng lớn (12% ÷ 15%), độ chịu bào mòn cao dùng chất dính kết nhựa đường polime Chiều dày nhỏ, độ rỗng lớn => phải dùng nhựa đường polime (hoặc nhựa đường cải tiến có đặc tính tốt nhựa đường thông thường) để tránh tượng bong bật màng nhựa University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Lớp phủ BTN độ nhám cao (BTNNC) có dùng cho đoạn đường qua địa hình khó khăn nguy hiểm (đường vòng quanh co, đoạn có dốc dọc > 5% với chiều dài dốc > 100 m ) nhằm cải thiện độ nhám sức kháng trượt mặt đường BTNNC có giá thành khoảng 1,5 ÷ lần BTN thông thường Vật liệu chế tạo - Đá dăm: nghiền xay từ đá tảng, đá núi mác ≥ 120 MPa, cỡ hạt 4,75 mm ÷ 12,5 mm, độ hao mòn Los Angeles ≤ 20%, hàm lượng thoi dẹt ≤ 12%, hàm lượng bụi bùn sét ≤ 2% - Cát xay: nghiền xay từ đá gốc có mác ≥ 120 MPa, cỡ hạt ≤ 4,75 mm, Mdl ≥ 2, hàm lượng bụi bùn sét ≤ 3% Không sử dụng cát thiên nhiên để chế tạo BTNNC - Bột khoáng sản phẩm nghiền từ đá bô nát (đá vôi canxit, đôlômit) sạch, có giới hạn bền nén ≥ 20 MPa xi măng - Nhựa đường polime sử dụng cho BTNNC loại PMB-I PMB-II thoả mãn yêu cầu kỹ thuật theo “Tiêu chuẩn nhựa đường polime” University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải Thiết kế thi công lớp phủ BTNNC - Việc thiết kế hỗn hợp BTNNC tiến hành theo phương pháp Marshall Trình tự thiết kế hỗn hợp BTNNC tiến hành theo giai đoạn: thiết kế sơ bộ, thiết kế hồn chỉnh lập cơng thức chế tạo hỗn hợp BTNNC tương tự bê tông nhựa polime - Các bước thi công lớp phủ BTNNC giống lớp BTN thông thường BTNNC rải lớp mặt bê tông nhựa xây dựng lớp mặt bê tông nhựa cũ qua thời gian khai thác University of Transport Technology Trường Đại học Cơng nghệ giao thơng vận tải Có thành phần hỗn hợp vật liệu khống bê tơng asphalt bảng sau: • Hãy tính tốn tỷ lệ thành phần vật liệu hỗn hợp vật liệu khoáng trên? • Kiểm tra thành phần hỗn hợp vật liệu khoáng theo TCVN 8819:2011 (vẽ biểu đồ cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng vừa lựa chọn) ? Lượng lọt qua sàng, % Loại vật liệu 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 100.0 100.0 96.47 18.57 7.61 5.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0 100.0 100.0 88.52 60.34 44.71 24.82 18.00 7.57 4.22 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 98.53 91.28 83.65 Đá 5-10 Cát xay 0-5 Bột khoáng University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải University of Transport Technology Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải ... Phân loại theo độ rỗng dư - Bê tông nhựa đúc Guss asphalt (Mastic asphalt - MA) - Bê tông nhựa chặt (BTNC) - Bê tông nhựa rỗng (BTNR) - Bê tơng nhựa nước (Porous asphalt - PA) Phân loại theo kích... hàm lượng nhựa tối ưu Kết trung bình tổ mẫu (3 mẫu) bê tông asphalt đầm với 75x2 chày, với hàm lượng nhựa bitum phục vụ thiết kế bê tông asphalt thống kê sau: Độ rỗng cốt liệu- Độ rỗng dư- Độ... chế tạo hỗn hợp BTNNC tương tự bê tông nhựa polime - Các bước thi công lớp phủ BTNNC giống lớp BTN thông thường BTNNC rải lớp mặt bê tông nhựa xây dựng lớp mặt bê tông nhựa cũ qua thời gian khai