[Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 7

Chia sẻ: Danh Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhựa đường đôi khi bị nhầm lẫn với hắc ín do nó cũng là sản phẩm chứa bitum, nhưng hắc ín là loại vật liệu nhân tạo được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phá hủy các chất hữu cơ. Tuy cùng là sản phẩm chứa bitum nhưng thông thường hàm lượng bitum trong hắc ín thấp hơn của nhựa đường. Hắc ín và nhựa đường có các thuộc tính cơ lý rất khác nhau.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: [Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 7

ñ r ng dư tương ng v i t ng hàm lư ng bitum ñó. T tr ng l n nh t ng v i m i hàm lư ng bitum khác nhau ñó ñư c xác ñ nh theo ASTM D2041. Sau khi tính toán t tr ng có hi u c a c t li u t t tr ng l n nh t và tr s trung bình c a Gse, t tr ng l n nh t ng v i m i hàm lư ng bitum có th tính toán ñư c theo công th c sau: Pmn G mn = ( 6.15 ) Ps P +b G se G b Trong ñó: Gmn– t tr ng l n nh t c a h n h p r i m t ñư ng (không có ñ r ng còn dư) Pmn– ph n trăm theo kh i lư ng c a h n h p v t li u khoáng Ps– hàm lư ng c t li u, % theo tr ng lư ng h n h p . Pb– hàm lư ng bitum, % theo tr ng lư ng h n h p Gse– t tr ng có hi u c a c t li u Gb– t tr ng c a bitum 6.4.4.4. Lư ng bitum h p ph Lư ng bitum h p ph thư ng ñư c xác ñ nh theo % tr ng lư ng c a c t li u hơn là theo t ng tr ng lư ng c a h n h p. Lư ng bitum h p ph Pba ñư c xác ñ nh theo công th c sau: G se − G sb Pba = 100 .G sb (6.16) G sb .G se Trong ñó: Pba– lư ng bitum h p ph Gse– t tr ng có hi u c a c t li u Gsb–t tr ng kh i lư ng c a c t li u Gb– t tr ng c a bitum 6.4.4.5. Hàm lư ng bitum có hi u trong h n h p bê tông asphalt Hàm lư ng bitum có hi u c a h n h p bê tông asphalt là t ng hàm lư ng bitum tr ñi lư ng bitum m t ñi do ñã h p ph vào c t li u. Nó là m t ph n c a hàm lư ng bitum t o nên l p ph bên ngoài c a các h t c t li u và nó là lư ng bitum chi ph i các ñ c tính cơ lý c a h n h p bê tông asphalt và theo công th c sau: Pba Pbe = Pb − × Ps (6.17) 100 Trong ñó: Pbe– hàm lư ng bitum có hi u xác ñ nh theo % tr ng lư ng h n h p
Pb– hàm lư ng bitum xác ñ nh theo % tr ng lư ng h n h p Pba– lư ng bitum h p ph xác ñ nh theo % tr ng lư ng c t li u Ps– hàm lư ng c t li u xác ñ nh theo % tr ng lư ng h n h p 6.4.4.6. ð r ng c t li u trong h n h p, % ð r ng c t li u VMA ñư c xác ñ nh là ñ r ng gi a các h t c t li u trong h n h p bao g m ñ r ng dư và hàm lư ng bitum có hi u, ñư c xác ñ nh theo % c a t ng th tích VMA và ñư c tính toán trên cơ s t tr ng kh i c a c t li u và ñư c xác ñ nh theo % th tích c a kh i h n h p. Do ñó VMA có th ñư c tính toán b ng cách l y th tích kh i c a h n h p tr ñi th tích kh i c a c t li u. Phương pháp tính toán như sau: a. N u xác ñ nh theo % kh i lư ng c a h n h p. G mb × Ps VMA = 100 − (6.18) G sb Trong ñó: VMA– ñ r ng c t li u khoáng % c a th tích kh i Gsb– t tr ng bi u ki n c a c t li u h n h p Gmb– t tr ng kh i c a h n h p bê tông asphalt Ps– hàm lư ng c t li u % c a t ng tr ng lư ng h n h p b. N u xác ñ nh là theo % kh i lư ng c a c t li u. G mb 100 VMA = 100 − × × 100 (6.19) G sb 100 − Pb Trong ñó: Pb– hàm lư ng bitum tính theo % tr ng lư ng c a c t li u 6.4.4.7. ð r ng dư trong h n h p, % ð r ng dư trong h n h p bê tông asphalt ñư c tính theo công th c sau: G mb Va = 1 − × 100 (6.20) G mn Trong ñó: Gmm– t tr ng l n nh t c a h n h p Gmb– t tr ng kh i c a h n h p 6.4.4.8. ð r ng l p ñ y bitum, % ð r ng l p ñ y bitum VFA là % c a ñ r ng c t li u ñã b bitum chi m ch , không bao g m lư ng bitum ñã b h p ph , ñư c xác ñ nh theo công th c sau: VMA − Va VFA = 100 × (6.21) VMA
Trong ñó: VMA– ñ r ng c a c t li u Va – ñ r ng dư CÂU H I ÔN T P 1. Trình bày khái quát chung v các tính ch t c a bê tông asphalt. 2. Các tính ch t cơ h c ch y u c a bê tông asphalt. 3. Trình bày các tính ch t liên quan ñ n ñ c tính th tích c a bê tông asphalt. Chương 7 THI T K H N H P BÊ TÔNG ASPHALT THEO MARSHALL 7.1. M C ðÍCH CHUNG C A CÔNG TÁC THI T K H N H P BÊ TÔNG ASPHALT Thi t k h n h p bê tông asphalt là l a ch n ñư c c p ph i c t li u h p lý và hàm lư ng bitum t i ưu v m t kinh t mà v n tho mãn các yêu c u k thu t. H n h p bê tông asphalt l a ch n nh m tho mãn các tính năng sau: – ð hàm lư ng bitum nh m ñ m b o cho m t ñư ng bê tông asphalt làm vi c lâu dài. – ð cư ng ñ nh m tho mãn các yêu c u giao thông mà không b bi n d ng. – ð ñ r ng dư c a h n h p sau khi lu lèn và cho phép m t ñư ng ñư c ñ m nén thêm nh t i tr ng c a các phương ti n giao thông ch y trên ñư ng, nh s giãn n c a bitum do nhi t ñ gia tăng nhưng m t ñư ng không b ch y bitum hay m t mát ñ b n. ð r ng dư l n nh t ñư c gi i h n nh m h n ch kh năng th m c a không khí có h i và ñ m vào trong h n h p. – ð ñ công tác ñ vi c r i h n h p có hi u qu mà không làm phân t ng v t li u cũng như không làm gi m ñ b n và kh năng làm vi c c a k t c u. – ð i v i h n h p asphalt làm l p ph trên cùng thì c t li u ph i có ñ ñ nhám và ñ c ng ñ t o ra kh năng kháng trư t h p lý trong nh ng ñi u ki n th i ti t b t l i. Có th tóm l i là thi t k bê tông asphalt là quá trình thí nghi m ñ l a ch n ra hàm lư ng bitum t i ưu trong h n h p bê tông asphalt nh m tho mãn 2 y u t : tính ch t liên quan ñ n ñ c tính th tích và tính ch t cơ h c theo quy ñ nh c a phương pháp thi t k . Các phương pháp thi t k bê tông asphalt ñư c s d ng khá ph bi n trên th
gi i như: phương pháp c a Nga, Marshall, Hveem, Superpave nhìn chung ñ u tuân th nguyên t c thi t k trên. Nhìn chung các nguyên lý xác ñ nh ñ c tính th tích c a các phương pháp là gi ng nhau, khác nhau ch y u là tiêu chí v các ch tiêu cơ h c ñư c th hi n qua các phương pháp thí nghi m (tham kh o chương 6). 7.2. PH M VI ÁP D NG C A PHƯƠNG PHÁP MARSHALL Các khái ni m v phương pháp thi t k h n h p bê tông asphalt theo phương pháp Marshall ñư c Bruce Marshall ñưa ra. Qua quá trình nghiên c u và phát tri n, phương pháp này ngày càng hoàn thi n và nó ñã ñư c chu n hoá b i ASTM và ñư c hư ng d n b i Vi n asphalt Hoa Kỳ. Phương pháp Marshall nguyên b n ch ñư c áp d ng ñ i v i h n h p bê tông asphalt nóng v i c p ph i c t li u có ñư ng kính l n nh t (theo sàng vuông) ≤ 25mm (ñư ng kính l n nh t danh ñ nh ≤ 19mm). Phương pháp Marshall sau khi c i ti n ñư c áp d ng cho c h n h p v i c p ph i c t li u có ñư ng kính l n nh t ñ n 38mm. Phương pháp Marshall c i ti n s d ng khuôn c i và chày ñ m l n hơn so v i Marshall nguyên b n. Phương pháp Marshall ñư c dùng cho thi t k trong phòng cũng như ki m soát t i hi n trư ng c a h n h p bê tông asphalt ñ c (ch t) tr n nóng c p ph i liên t c. Hàm lư ng bitum ñư c l a ch n thư ng tương ng v i ñ r ng dư n m trong kho ng t 3– 5%. ð r ng dư 4% là tr s thư ng ñư c s d ng trong ñánh giá ban ñ u. Tuy nhiên cũng có th thay ñ i chút ít khi phân tích các k t qu thí nghi m. Phương pháp Marshall ñ u tiên ñư c áp d ng khá ph bi n M , và các nư c ñang phát tri n cũng như Vi t Nam hi n nay do có nh ng ưu ñi m n i b t như : giá thành trang thi t b thí nghi m không l n, trình ñ c a các nhân viên tái nghi m không ñòi h i cao, kinh nghi m v thi t k h n h p ñư c tích lu , các tài li u hư ng d n v thi t k h n h p (c a Vi n Asphalt M , AASHTO, ASTM) chi ti t và ñư c c p nh t. 7.3. CÁC CH TIÊU K THU T QUY ð NH THEO MARSHALL Theo hư ng d n thi t k h n h p bê tông asphalt theo phương pháp Marshall c a Vi n Asphalt, m u thi t k (và ch n ñư c hàm lư ng bitum t i ưu) ph i tho mãn các yêu c u v ñ c tính th tích và ch tiêu cơ h c (ñ n ñ nh, ñ d o) tương ng v i lư ng giao thông theo quy ñ nh B ng 7.1. B ng 7.1. Yêu c u k thu t v i bê tông nh a thi t k theo Marshall (Vi n Asphalt) Các ch tiêu k Giao thông nh Giao thông v a Giao thông n ng thu t yêu c u c a L p m t & Móng L p m t & Móng L p m t & Móng h n h p bê tông trên trên trên asphalt theo Min Max Min Max Min Max Marshall S l n ñ m nén 35 x 2 50 x 2 75 x 2 ð n ñ nh 3,4 5,5 8,0 (Stability), KN
Các ch tiêu k Giao thông nh Giao thông v a Giao thông n ng thu t yêu c u c a L p m t & Móng L p m t & Móng L p m t & Móng h n h p bê tông trên trên trên asphalt theo Min Max Min Max Min Max Marshall ð d o, mm 3,2 7,2 3,2 6,4 2 4 ð r ng dư, % 3 5 3 5 3 5 ð r ng l p ñ y 80 80 65 78 65 75 nh a,% ð r ng c t li u nh Theo B ng 8.2. nh t, % B ng 7.2. ð r ng c t li u nh nh t ð r ng c t li u nh nh t, % C h t danh ñ nh l n nh t ð r ng dư thi t k , % mm in. 3.0 4.0 5.0 (1) (2) (3) (4) (5) 1.18 No.16 21.5 22.5 23.5 (1) (2) (3) (4) (5) 2.36 No.8 19.0 20.0 21.0 4.75 No.4 16.0 17.0 18.0 9.5 3/8 14.0 15.0 16.0 12.5 1/ 2 13.0 14.0 15.0 19.0 3/ 4 12.0 13.0 14.0 25.0 1.0 11.0 12.0 13.0 37.5 1.5 10.0 11.0 12.0 50 2.0 9.5 10.5 11.5 63 2.5 9.0 10.0 11.0 Phương pháp Marshall nguyên b n s d ng các m u thí nghi m hình tr tròn tiêu chu n có chi u cao 64mm, và ñư ng kính 102mm. Các m u này ñư c chu n b theo ñúng các th t c tiêu chu n v làm móng, nhào tr n, và ñ m nén h n h p c t li u– bitum. Hai nét ñ c trưng chính c a phương pháp thi t k h n h p theo Marshall các phân tích v ñ ch t–ñ r ng và thí nghi m ñ n ñ nh–ñ d o trên các m u thí nghi m sau khi ñã ñư c ñ m ch t. M t s Tiêu chu n thi t k theo Marshall c a các nư c, và c a Vi t Nam có s a ñ i quy ñ nh c a B ng 7.1. theo hư ng lư c b b t (ví d b ñ r ng l p ñ y nh a)
ho c thêm (ví d ch tiêu ñ n ñ nh còn l i) ch tiêu, ho c thay ñ i thông s quy ñ nh tương ng v i ch tiêu ñó (ví d tăng giá tr ñ n ñ nh, thu nh ho c gi m giá tr ñ d o). Vi c ñ m m u v i s chày 75x2 tương ng v i m t ñư ng có lư ng giao thông n ng ñư c áp d ng ph bi n hi n nay. 7.4. TÓM T T TRÌNH T THI T K H N H P THEO MARSHALL Vi c thi t k theo phương pháp Marshall ñư c ti n hành theo các bư c sau: 1. Ki m tra ch t lư ng các v t li u thành ph n: t t c các v t li u (c t li u l n, c t li u nh , b t ñá, bitum) s d ng ñ ch t o bê tông asphalt ñ u ph i tho mãn các ch tiêu cơ lý theo quy ñ nh c a các Tiêu chu n áp d ng ho c c a ch d n k thu t c a d án (Chương 2). 2. Ph i tr n các c t li u thành ph n ñ ñưa ra ít nh t m t h n h p c t li u (c t li u l n, c t li u nh , b t ñá) có c p ph i n m trong gi i h n c a ñư ng bao c p ph i h n h p c t li u quy ñ nh theo quy ñ nh c a các Tiêu chu n áp d ng ho c c a ch d n k thu t c a d án (Chương 4). 3. Xác ñ nh ñ c tính th tích (ñ r ng dư, ñ r ng l p ñ y bitum, ñ r ng c t li u) trên cơ s thí nghi m và tính toán trên v t li u thành ph n, trên h n h p bê tông asphalt chưa ñ m nén, ñã ñ m nén v i các hàm lư ng bitum khác nhau (Chương 6). 4. Xác ñ nh ñ n ñ nh, ñ d o c a m u bê tông asphalt ñã ñ m nén v i các hàm lư ng bitum khác nhau (Chương 6). 5. Phân tích các k t qu thí nghi m ñ quy t ñ nh l a ch n hàm lư ng bitum t i ưu tho mãn t t c các quy ñ nh (B ng 7.1). 7.4.1. TRÌNH T THÍ NGHI M, TÍNH TOÁN CÁC TÍNH CH T V ð C TÍNH TH TÍCH 1. Xác ñ nh t tr ng kh i c a c t li u thô (AASHTO T85 ho c ASTM C127) và c a c t li u m n (AASHTO T84 ho c ASTM C128). 2. Xác ñ nh t tr ng c a bitum (AASHTO T228 ho c ASTM D70) và c a b t khoáng (AASHTO T100 ho c ASTM D854). 3. Tính toán t tr ng kh i c a c t li u. 4. Xác ñ nh t tr ng l n nh t c a h n h p bê tông asphalt tr ng thái r i. 5. Xác ñ nh t tr ng kh i c a h n h p bê tông asphalt ñã ñ m nén (theo ASTM D1188 ho c ASTM D2726). 6. Tính toán t tr ng có hi u c a c a c t li u. 7. Tính toán t tr ng l n nh t c a h n h p bê tông asphalt các hàm lư ng bitum khác nhau. 8. Tính toán kh năng h p ph bitum c a c t li u. 9. Tính toán hàm lư ng bitum có hi u trong h n h p. 10. Tính toán ñ r ng c t li u khoáng. 11. Tính toán % ñ r ng dư trong h n h p sau khi ñ m nén.
12. Tính toán ñ r ng l p ñ y bitum. 7.4.2. TRÌNH T THÍ NGHI M XÁC ð NH ð N ðINH, ð D O MARSHALL C n ph i chu n b 6 (hoăc ít nh t là 5) t m u thí nghi m (m i t m u g m 3 m u) ng v i các hàm lư ng bitum trênh l ch nhau 0.5%, v i ít nh t hai t m u có hàm lư ng bitum l n hơn và hai t m u có hàm lư ng bitum nh hơn giá tr hàm lư ng bitum thi t k mong ñ i. Vì th , m i m t h n h p thi t k theo Marshall c n ph i chu n b 18 m u (ít nh t 15 m u) thí nghi m. Ti n hành tr n, gia nhi t, ñ m nén h n h p trong khuôn Marshall. Gia nhi t cho m u ñ n nhi t ñ thí nghi m 60±1oC b ng cách ngâm trong b n nư c n nhi t trong th i gian 40±1 phút. Lau s ch m t trong c a khuôn nén. V t m u ra kh i b n nư c n nhi t và nhanh chóng ñ t vào khuôn nén, ñưa khuôn nén vào v trí thí nghi m trên máy nén, gá ñ ng h ño ñ d o và ñi u ch nh kim ñ ng h v 0. Gia t i cho m u và quan sát ñ ng h ño l c, ño bi n d ng c a m u. Khi ñ ng h ño l c ñ t giá tr l n nh t (và b t ñ u có xu th gi m) thì ghi l i giá tr l c ñó ñ ng th i ghi l i s ñ c trên ñ ng h ño bi n d ng. Xác ñ nh giá tr ñ n ñ nh, ñ d o Marshall c a m u (Chương 6). Th i gian thí nghi m t khi l y m u bê tông asphalt ra kh i b n n nhi t ñ n khi ñ c giá tr l c l n nh t không ñư c vư t quá 45 giây. 7.4.3. XÁC ð NH HÀM LƯ NG BITUM T I ƯU Thông qua các bi u ñ thi t l p bi u th quan h gi a hàm lư ng bitum v i: ñ r ng dư, ñ r ng l p ñ y bitum, ñ n ñ nh, ñ d o (tính trung bình cho 3 m u). ð i chi u v i quy ñ nh (B ng 7.1) ñ tìm ra kho ng hàm lư ng bitum tho mãn t ng ch tiêu. Sau ñó xác ñ nh mi n (kho ng) hàm lư ng bitum tho mãn t t c các ch tiêu và l a ch n 1 giá tr hàm lư ng bitum trong kho ng ñó, ñó là hàm lư ng bitum t i ưu. Giá tr hàm lư ng bitum t i ưu có th ñư c l y là trung bình c ng c a các giá tr hàm lư ng bitum tho mãn t ng ch tiêu. Minh ho v cách xác ñ nh hàm lư ng bi tum t i ưu qua Thí d 1. Thí d 1 K t qu trung bình c a các t m u (3 m u) bê tông asphalt ñ m v i 75x2 chày, v i 5 hàm lư ng bitum ph c v thi t k bê tông asphalt ñư c th ng kê B ng 7.3. B ng 7.3. K t qu thí nghi m Hàm lư ng Kh i ð r ng ð r ng ð n ñ nh ð do nh a (% lư ng th STT c t li u – dư – VA Marshall Marshall theo kh i tích VMA (%) (%) (kN) (mm) (g/cm3) lư ng h n h p) C t1 C t2 C t3 C t4 C t5 C t6 C t7 1 4.0 2.380 15.2 6.5 8.1 2.8
2 4.5 2.395 14.9 5.0 8.7 3.0 3 5.0 2.410 14.8 4.0 9.0 3.5 4 5.5 2.406 15.6 3.2 8.5 3.8 5 6.0 2.400 16.1 2.8 7.5 4.4 Căn c các giá tr trong B ng 7.3, ti n hành v các bi u ñ quan h (Hình 7.1) như sau: – Hàm lư ng bi tum – ð n ñ nh Marshall (C t 2 và C t 6). – Hàm lư ng bi tum –ð d o ( C t 2 và C t 7). – Hàm lư ng bi tum –ð r ng dư (C t 2 và C t 5). – Hàm lư ng bi tum –ð r ng c t li u (C t 2 và C t 2). – Hàm lư ng bi tum –ð r ng l p ñ y bitum nh nh t (C t 1 và C t 4). – Hàm lư ng bi tum –T tr ng kh i c a bê tông asphalt ho c kh i lu ng th tích (C t 1 và C t 3). (Quan h n y không ph c v cho thi t k h n h p bê tông asphalt, mà nh m xác ñ nh giá tr T tr ng kh i c a bê tông asphalt tương ng v i hàm lư ng bitum thi t k ñ tính ra ñ ch t ñ m nén hi n trư ng). Căn c ñ th Hình 7.1, d a trên các bi u ñ quan h gi a hàm lư ng bitum và các ch tiêu k thu t tương ng (B ng 7.1) xác ñ nh hàm lư ng bitum tho mãn t ng ch tiêu (Hình 7.1), sau ñó xác ñ nh hàm lư ng bitum t i ưu tho mãn t t c các ch tiêu (B ng 7.4) (là kho ng hàm lư ng bitum). Căn c ñi u kiên th c t d án, ch n 1 giá tr n m trong kho ng ñó. ðó là hàm lư ng bitum t i ưu. V i hàm lư ng bi tum t i ưu xác ñ nh, căn c bi u ñ quan h hàm lư ng nh a–t tr ng kh i h n h p (ho c kh i lư ng th tích), xác ñ nh t tr ng kh i tương ng ñ làm cơ s xác ñ nh ñ ch t lu lèn hi n trư ng.
Hình 8.1. Bi u ñ quan h gi a hàm lư ng bitum và các ch tiêu k thu t B ng 7.4. ð ð ðn T tr ng kh i– r ng r ng ð do ñ nh Tên ch tiêu Kh i lư ng th c t li u dư – Marshall Marshall tích – VMA VA (mm) (kN) (%) (%) 3.0– Giá tr quy ñ nh Không quy ñ nh 15–17 Min. 8 2–4 6.0 Ph m vi hàm lư ng bitum th a mãn t ng 5.05– 4.13– – 4.0–5.76 4.0–5.6 ch tiêu (% kh i lư ng 6.0 5.2 h n h p)
Ph m vi hàm lư ng Xác ñ nh t tr ng bitum th a mãn t t c kh i thi t k các ch tiêu (% kh i tương ng v i 5.05–5.2 lư ng h n h p) hàm lư ng bitum t i ưu 7.5. KHUYNH HƯ NG VÀ QUAN H C A CÁC S LI U THÍ NGHI M ð nh y c a các tính năng k thu t h n h p bê tông bitum theo hàm lư ng bitum trên các bi u ñ có th theo các khuynh hư ng sau: – ðư ng cong ñ n ñ nh Marshall và ñư ng cong T tr ng kh i tăng d n theo hàm lư ng bitum ñ n giá tr l n nh t và sau ñó gi m d n. – ðư ng cong ð d o Marshall tăng theo hàm lư ng bitum. – ðư ng cong ð r ng dư gi m khi hàm lư ng bitum tăng. – ðư ng cong ð r ng c t li u g m ñ n giá tr nh nh t sau ñó tăng theo hàm lư ng bitum – ðư ng cong ð r ng l p ñ y b ng bitum tăng khi hàm lư ng bitum tăng. 7.6. L A CH N THI T K CU I CÙNG H n h p asphalt cu i cùng ñư c l a ch n (v i hàm lư ng bitum t i ưu) thư ng là h n h p kinh t nh t tho mãn t t c các yêu c u k thu t. Tuy nhiên, h n h p asphalt không ph i thi t k ñ tho mãn t i ưu m t ñ c tính ñ c bi t nào ñó. Nh ng h n h p có ñ n ñ nh Marshall cao m t cách không bình thư ng thì c n ñư c xem xét b i vì m t ñư ng s d ng lo i h n h p này thư ng kém b n và n t s m dư i tác d ng c a lưu lư ng xe l n. Tình hu ng này ñ c bi t nghiêm tr ng nh ng nơi mà v t li u l p móng trên (base) và ñ t n n (sugrade) bên dư i m t ñư ng y u gây ra ñ võng m t ñư ng cao dư i tác d ng c a các phương ti n giao thông. Hàm lư ng bitum thi t k ñư c ch n sao cho tho mãn t t c các ñ c tính c a h n h p. Vi c l a ch n hàm lư ng bitum thi t k có th ñư c hi u ch nh trong ph m vi h p này ñ ñ m b o sao cho h n h p có các ñ c tính phù h p v i các yêu c u k thu t c a d án. Các ñ c tính khác có yêu c u k thu t khác ñ i v i t ng trư ng h p khác nhau, ph thu c vào giao thông, k t c u, khí h u, thi t b thi công và các nhân t khác. Do ñó, quá trình hi u ch nh là không gi ng nhau ñ i v i các m t ñư ng và các h n h p. Sau ñây là m t s v n ñ c n ph i xem xét trư c khi chính th c hoá hàm lư ng nh a thi t k cu i cùng: – nh hư ng c a c a ñ r ng c t li u. Nên tránh các hàm lư ng bitum n m phía tăng bên ph i c a ñư ng cong VMA mà nên ch n ñi m lân c n phía trái ñi m th p nh t c a ñư ng cong ñ tránh xu hư ng ch y bitum do th a làm gi m các ti p xúc gi a các c t li u và th m trí gây v t bánh xe b d n ñ ng. Tuy nhiên n u l a ch n quá lùi v phía trái h n h p s quá khô có th s y ra hi n tư ng phân t ng và ñ r ng dư quá cao. – nh hư ng c a ñ r ng dư. ð r ng dư t 3–6% là ph m vi thích h p ñã ñư c l a ch n theo kinh nghi m nhi u năm. Ph m vi ñ r ng dư thư ng ñ t ñư c trong thi t k là kho ng 4% và ñ r ng dư ngoài công trư ng sau khi thi
công xong kho ng 8%. N u ñ r ng dư cu i cùng nh hơn 3% thì m t ñư ng có th b lún ho c b d n ñ ng. N u ñ r ng dư cu i cùng l n hơn 5% trong phòng thí nghi m và l n hơn 8% ngoài công trư ng thì có th xu t hi n giòn, n t s m, bong b t, trư t. Nên l a ch n hàm lư ng bitum phù h p v i ph m vi x p x v phía trái c a ph m vi trung bình cho phép. – nh hư ng c a ñ r ng l p ñ y bitum (VMA). Yêu c u k thu t VMA giúp ngư i thi t ké tránh ñư c h n h p có giá tr VMA n m ph m vi biên cho phép. VMA cũng h n ch ñ r ng dư cho phép c a h n h p. – nh hư ng c a ð r ng l p ñ y bitum (VFA). Tác d ng chính c a ch tiêu VFA là nó gi i h n tr s l n nh t c a VFA và hàm lư ng bitum, tránh ñư c nh ng h n h p d b lún dư i tác d ng c a giao thông n ng. – nh hư ng c a m c ñ ñ m nén: cùng m t hàm lư ng bitum , c ñ r ng dư và ñ r ng c t li u ñ u gi m khi m c ñ ñ m nén tăng lên. Trong phương pháp thi t k Marshall có ba m c ñ ñ m nén ñư c dùng ñ mô ph ng tình tr ng làm vi c th c t c a h n h p bê tông asphalt m t ñư ng. Vi c l a ch n m c ñ ñ m nén s d ng ch n trong phòng thí nghi m khi thi t k h n h p là r t quan tr ng. Và do ñó, h n h p bê tông asphalt ph i ñư c thi công ñ m nén ngoài hi n trư ng v i các thi t b ñ m nén tương ng ñ ñ t ñư c ñ ch t ban ñ u tương ñương v i m c ñ m nén trong phòng. – nh hư ng c a mùa thi công: Thi công m t ñư ng bê tông asphalt vào mùa hè thư ng c n hàm lư ng bitum nh hơn, trong khi thi công m t ñư ng bê tông nh a vào mùa xuân ho c các mùa khác thì c n hàm lư ng bitum l n hơn ñ ñ m b o quá trình lu lèn ñư c t t do vi c lu lèn có liên quan ñ n nhi t ñ . B t kỳ m t s thay ñ i nào v hàm lư ng bitum trong h n h p cho dù là r t nh ñ u ph i ñ m b o tho mãn các tiêu chu n k thu t như ñã nêu trên. Chính vì v y, vi c xác ñ nh hàm lư ng bitum theo kho ng (không theo giá tr trung bình) có ưu ñi m là d xác ñ nh ñư c giá tr hàm lư ng bi tum thi t k cu i cùng b ng cách d ch v c n dưói hay cân trên c a kho ng ñó. – nh hư ng c a lư ng xe lưu thông: S lư ng và ho t ñ ng c a các phương ti n giao thông có th nh hư ng ñ n quy t ñ nh cu i cùng nh m ñi u ch nh hàm lư ng bitum thi t k . N u như tình hình giao thông th c t vào c n th p ho c c n cao c a b ng phân lo i giao thông dùng ñ l a ch n m c ñ ñ m nén trong phòng thí nghi m và yêu c u k thu t, thì hàm lư ng bitum có th c n ñư c hi u ch nh là tương ng. Nh ng khu v c có giao thông n ng hơn c n m t hàm lư ng nh a n m trong ph m vi cho phép nh hơn. Trong trư ng h p h n h p ñư c dùng làm l p ph tăng cư ng t i v trí ñư ng vòng, nơi mà k t áo ñư ng ch u tác ñ ng t p trung c a các phương ti n giao thông (tính phân dòng cao, t c ñ r t ch m, nhi u c p ñ khác nhau) thì ph i chú ý thêm ñ n t t c các giai ño n trong quá trình s n xu t. Nên l a ch n hàm lư ng nh a thi t k t c n dư i c a ph m vi yêu c u k thu t và các yêu c u ñ m nén ban ñ u ph i tho mãn. Trong th i gian m t ñư ng bê tông asphalt ñang ngu i, h n ch các phương ti n giao thông ñi lên m t ñư ng. 7.7. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHI M MARSHALL C I TI N
ðư c áp d ng v i lo i bê tông asphalt có c h t l n nh t (theo sàng vuông) không vư t quá 38mm. Th t c ti n hành theo các trình t ñã nêu ñ i v i thí nghi m Marshall nguyên b n, ngo i tr m t s ñi u ch nh như sau: – Khuôn ñúc m u có ñư ng kính trong 152,4 ± 0,2mm. – Tr ng lư ng búa ñ m là 10,2 ± 0,02kg, ñư ng kính m t ñ m là 149,4 ± 0,2mm, chi u cao rơi c a búa là 457±2mm. – Chi u cao tiêu chu n c a m u ñ m là 95,2mm. – Thi t b thí nghi m ñư c c i ti n ñ phù h p v i thí nghi m m u kích thư c l n. – S cú ñ m tăng 1,5 l n so v i thí nghi m Marshall nguyên b n (B ng 7.1). – Giá tr tiêu chu n thi t k Marshall v ñ n ñ nh tăng 2,25 l n, v ñ d o tăng 1,5 l n so v i quy ñ nh c a thí nghi m Marshall nguyên b n. CÂU H I ÔN T P 1. M c ñích chung c a công tác thi t k h n h p bê tông asphalt. 2. N i dung thi t k h n h p bê tông asphalt theo phương pháp Marshall. 3. Các ch tiêu k thu t c a bê tông asphalt theo Marshall. 4. Phương pháp thí nghi m ñánh giá các ch tiêu k thu t theo phương pháp Marshall.
Chương 8 THI T K H N H P BÊ TÔNG ASPHALT THEO CƯ NG ð CH U NÉN L N NH T (TIÊU CHU N NGA) 8.1. KHÁI NI M CHUNG Thi t k thành ph n bê tông asphalt nh m ch n ra thành ph n theo kh i lư ng c a h n h p c t li u, bitum và ph gia tho mãn các yêu c u k thu t c a d án. Thành ph n, các tính ch t v t lý– cơ h c, tính ch t khai thác (cư ng ñ và ñ ñ c) tính n ñ nh nư c, tính n ñ nh nhi t, ñ n ñ nh trư t, ñ b n nư c c a bê tông asphalt c n ph i phù h p v i các ñi u ki n khai thác c th ñư c qui ñ nh trong tiêu chu n. ði u ki n khai thác c th là t i tr ng hi n t i, tương lai và ñi u ki n khí h u. M t s khái ni m cơ b n hư ng d n thi t k thành ph n h n h p bê tông asphalt như sau: Lư ng ñá dăm trong h n h p càng l n thì càng tăng ñ b n trư t c a bê tông asphalt. Bi n d ng trư t d o phát tri n các vùng móng vì v y các vùng móng khi ch u t i tr ng n ng mà dùng h n h p có lư ng ñá dăm cao. Bitum có ñ nh t (dính k t) càng th p thì ñ b n nén càng cao vì v y nh ng vùng khí h u ôn ñ i (phía b c) s d ng bitum có ñ dính k t th p, các vùng nóng (phía nam) s d ng bitum có ñ nh t (tính quánh) cao (ñ kim lún th p). ð ñ c và cư ng ñ bê tông asphalt thay ñ i theo s thay ñ i hàm lư ng b t khoáng trong h n h p bê tông asphalt. Thành ph n bê tông asphalt có th l a ch n theo hư ng d n c a các tiêu chu n phù h p v i các ñi u ki n khai thác th c t . Lư ng bitum t i ưu trong h n h p có th xác ñ nh theo hai phương pháp: + Phương pháp th c nghi m: Thí nghi m trên các m u th và thành ph n v i lư ng bitum khác nhau. Xác ñ nh lư ng bitum ñáp ng yêu c u cư ng ñ t i ña và ñ r ng còn l i phù h p v i yêu c u c a tiêu chu n d án. + Phương pháp k t h p tính toán và th c nghi m ñ xác ñ nh lư ng bitum trong h n h p tho mãn ñ r ng còn l i c a bê tông asphalt và tiêu chu n thi t k . 8.2. L A CH N D NG H N H P VÀ THÀNH PH N H N H P Khi l a ch n d ng và mác c a h n h p c n xét ñ n qui lu t v kích thư c h t v t li u khoáng (ch n ñư ng kính h t l n nh t thích h p c a c t li u). Khi t i tr ng l n và phù h p v i ñư ng c p I (s xe ngày ñêm l n hơn 7.000). Yêu c u bê tông asphalt có ñ n ñ nh trư t cao. Khi ñó c n ch n h n h p lo i A (nhi u ñá dăm) mác I. Trên ñư ng (c p IV) có th ch n h n h p lo i B (ít ñá dăm) mác II ho c III. Phù h p v i lu t c a c h t hay lo i và mác c a h n h p có th ch n theo b ng 8.1.
B ng 8.1. Lo i và mác c a h n h p bê tông asphalt theo c p ñư ng C p ñư ng Lo i và mác c a h n h p I, II A1, B1 III B2, C2, G IV G, ð, G1 Khi l a ch n lo i và mác c a h n h p c n l a ch n thành ph n lư ng ñá và b t khoáng thích h p. H n h p bê tông asphalt thư ng ñư c chia làm 3 lo i ph thu c vào yêu c u s d ng: h n h p dùng cho l p m t, l p ch u l c, và l p móng. C t li u có kích c l n thư ng ñư c dùng l p móng, và l p m t s d ng các c t li u nh . Cho dù h n h p thi t k là lo i nào thì thi t k , s n xu t và xây d ng v n ph i ñ m b o t o ra m t m t ñư ng có kh năng làm vi c h p lý. Vi c l a ch n lo i h n h p bê tông asphalt còn ph thu c vào c p giao thông n ng, v a và nh . C p giao thông ñư c phân theo lưu lư ng xe/ngày ñêm. Theo tiêu chu n Vi t Nam ñư c chia làm nh ng lo i ñư ng chính như sau: – ðư ng cao t c, t c ñ > 80km/h; lưu lư ng xe bình quân ngày ñêm > 20.000 xe – ðư ng c p I c p II, V > 100km/h; > 6.000 xe ngày ñêm – ðư ng c p III, V > 80km/h; > 3.000 xe ngày ñêm – ðư ng thành ph , V> 80km/h; > 1.200 xe ngày ñêm. Căn c vào m c ñ giao thông và c p ñư ng có th ch n các tiêu chu n v thành ph n h n h p bê tông asphalt khác nhau. H n h p dùng cho l p m t c n ñ m b o tính n ñ nh và lâu b n ñáp ng ñư c lưu lư ng giao thông và ch u ñư c tác ñ ng b t l i c a không khí, nư c và thay ñ i nhi t ñ . ðư ng kính l n nh t c a c t li u thư ng t 10–20mm. H n h p làm cho l p ch u l c có D = 20–40mm. nh ng ñư ng có t i tr ng xe l n và hay b mưa nên s d ng c p ph i h t trung ñ làm l p m t. H n h p dùng cho l p móng thư ng s d ng D l n. H n h p bê tông cát thư ng s d ng cát nghi n ho c cát t nhiên. Lo i h n h p này có ñ n ñ nh không l n, thư ng dùng cho m t ñư ng ch u t i tr ng nh , v a hè, khu gi i trí và không dùng trong trư ng h p ñư ng có lưu lư ng xe l n. ðư ng c p IV có th s d ng lo i bê tông nh a cát ho c bê tông nh a r i ngu i. Thí d : L a ch n thành ph n c a ñá, cát và b t khoáng cho h n h p lo i B, lư ng ñá dăm 35–52% và lư ng b t khoáng t 6–12% (l t qua sàng 0.071mm) v i v t li u ñư c ghi b ng 8.2. Theo phương pháp l a ch n thành ph n v t li u khoáng ñã trình bày Chương 6 Lư ng ñá D =5–20mm là 50/95 = 47.5%, ch n D = 45%.
B t khoáng B = 9/75 = 12% Cát: 100– 45–12 = 43% Ki m tra s phù h p v i thành ph n h t tiêu chu n ghi b ng 8.2. Thành ph n khoáng c a h n h p thi t k phù h p v i thành ph n h t cho phép trong tiêu chu n B ng 8.2. Thành ph n v t li u và k t qu tính toán Lư ng, %, l t qua sàng kích thư c, mm V t li u 20 10 5 2.5 1.25 0.63 0.31 0.14 0.071 ðá dăm 5–20mm 100 57 5 Cát sông 100 76 40 25 12 4 1 B t khoáng 100 98 83 75 Hn hp theo 95 – 75 – 50 – 38 – 28 – 20 – 14 – 9– 6 – 12 tiêu chu n 100 100 65 52 39 29 22 16 ðá dăm 45% 45 25.6 2.3 Cát sông 43% 43 43 43 43 24 10.7 5.1 1.72 0.43 B t khoáng 12% 12 12 12 12 12 12 11.8 9.9 9.0 Thành ph n h n 100 80.6 57.3 55 46 22.7 16.9 11.62 9.43 h p ñã ch n 8.3. L A CH N PHƯƠNG PHÁP THI T K VÀ YÊU C U K THU T Phương pháp thi t k và các yêu c u thi t k là ph n chính trong yêu c u k thu t c a d án ñư ng. Các hãng s n xu t ho c ch ñ u tư là nh ng ngư i có trách nhi m và quy n h n l a ch n phương pháp thi t k và các yêu c u k thu t. Khi các y u t trên ñư c quy t ñ nh thì ngư i k sư thi t k ph i có trách nhi m th c hi n và tuân th theo ñúng các yêu c u và ch d n k thu t. Tuỳ theo lo i d án có th l a ch n phương pháp thi t k và các yêu c u k thu t theo tiêu chu n Vi t Nam ho c tiêu chu n qu c t (thư ng là tiêu chu n ASTM ho c BS). Trên th gi i thư ng s d ng phương pháp Marshall. Các yêu c u k thu t c a bê tông asphalt theo các tiêu chu n có th xem Chương 6 c a giáo trình này. Nga ñ thi t k thành ph n bê tông asphalt thư ng dùng tiêu chu n CH 9128–84. 8.4. XÁC ð NH LƯ NG BITUM T I ƯU Lư ng bitum t i ưu là lư ng bitum trong h n h p ng v i cư ng ñ bê tông asphalt l n nh t và ñ r ng còn l i không vư t quá các gi i h n qui ñ nh (theo tiêu chu n Nga) có xét ñ n vùng khí h u. Ngoài ra c n xem xét ñ n các quy ñ nh v kh i lư ng riêng c a bê tông asphalt, ñ r ng c a h n h p v t li u khoáng phù h p v i các tr s yêu c u. Cư ng ñ c a bê tông asphalt bi n ñ i theo m c ñ tăng kh i lư ng c a bitum trong h n h p cho ñ n khi bitum l p ñ y các l r ng c a v t li u khoáng ñi u ki n nhi t ñ và ch ñ ñ m ch t nh t ñ nh. Lư ng bitum t i ưu gi m khi áp l c ñ m
nén và nhi t ñ khi ñ m nén h n h p tăng lên. Lư ng bitum t i ưu có th tham kh o các s li u ghi b ng 8.3. Lư ng bitum thư ng bi n ñ i tuỳ thu c vào h n h p ñ c hay r ng, c t li u l n hay nh . ð xác ñ nh chính xác lư ng bitum t i ưu ti n hành ch t o m t s h n h p t thành ph n khoáng ñã ñư c l a ch n, lư ng bitum thay ñ i theo m c 0.5%, xác ñ nh các giá tr trung bình trên các m u th theo các ch tiêu qui ñ nh, là cơ s ñ xác ñ nh lư ng bitum t i ưu. B ng 8.3. Lư ng bitum t i ưu cho các lo i h n h p bê tông asphalt. D ng c a h n h p Mác h n h p Lo i bê tông Lư ng bitum, % H t nh , r i nóng A ñc 5–6 B ñc 5.5–6.5 B r ng 4.5–6 B r t r ng 2.5–3.5 Bê tông cát G, D ñc 7–9 – r t r ng 4–6 ð xác ñ nh lư ng bitum t i ưu cho bê tông asphalt ñ c t thành ph n v t li u khoáng ñã ñư c l a ch n ch t o 5 h n h p v i hàm lư ng bitum là 5, 5.5, 6, 6.5 và 7% và m i h n h p ch t o 12 m u và thí nghi m xác ñ nh cư ng ñ ch u nén d c tr c 200C, kh i lư ng th tích, kh i lư ng riêng, ñ r ng c a h n h p v t li u khoáng. Cư ng ñ ñư c xác ñ nh khi nén các m u th trên máy. Các ch tiêu v t lý ñư c xác ñ nh theo phương pháp và công th c Chương 6 Cư ng ñ , ñ r ng c a h n h p v t li u khoáng và ñ r ng còn l i là 3 ch tiêu chính ñ l a ch n hàm lư ng bitum t i ưu. Các ch tiêu trên ng v i các hàm lư ng bitum ñư c v trên các bi u ñ Hình 8.1. Trên bi u ñ này cho th y ng v i m i ch tiêu ñ u có m t lư ng bitum t i ưu. Lư ng bitum t i ưu tho mãn 3 ch tiêu trên là tr s trung bình c a 3 lư ng bitum t i ưu c c b (B1, B2, B3) Ngoài ra, hàm lư ng bitum t i ưu ph i tho mãn các tính ch t khác ho c các yêu c u khác mà d án quy ñ nh. Thí d v l a ch n thành ph n bitum t i ưu phù h p v i yêu c u cư ng ñ ch u nén 500C là l n nh t, ñ r ng c a h n h p v t li u khoáng t 15–16%, kh i lư ng riêng c a bê tông asphalt t 2.60–2.61g/cm3, ñ r ng còn l i là 3% Các k t qu th nghi m ñư c ghi b ng 8.4.
B ng 8.4. K t qu th nghi m và tính toán v các tính ch t cơ h c và v t lý Các tính ch t m u th v i hàm lư ng bitum, % Các tính ch t cơ h c và v t lý 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 – ð r ng c a h n h p v t li u 16.9 15.7 15.2 16.2 17.9 khoáng, % – ð r ng còn l i % 4.20 3.30 2.60 2.00 1.40 – Kh i lư ng riêng, g/cm3 2.59 2.60 2.60 2.601 2.587 500C, MPa – Cư ng ñ 1.20 1.40 1.42 1.50 0.82 200C, MPa – Cư ng ñ 2.51 3.03 3.92 3.00 2.12 – ð n ñ nh nư c 0.85 0.90 0.93 0.95 0.98 – ð hút nư c 1.50 1.20 1.00 0.80 0.50 Hình 8.1. Bi u ñ quan h gi a lư ng bitum và các ch tiêu k thu t
Btoi ưu= (B1+B2+B3)/3 Bt i ưu= (5.56+5.53+5.93)/3=5.67 % V i lư ng bitum t i ưu là 5.67 %, tra trên bi u ñ B4 tho mãn ñ r ng còn l i c a bê tông asphalt là 3%. N u như ñ r ng còn l i không phù h p v i l a ch n thì có th tính g n ñúng lư ng bitum theo công th c sau: VrK − Vrd × ρB B= ρ oK trong ñó: B – kh i lư ng bitum %, tính theo kh i lư ng ñ c c a c t li u (100%); VrK – ñ r ng v t li u khoáng c a m u thí nghi m, %; Vrd – tr s ñ r ng còn l i (dư) c a bê tông asphalt; 20oC, g/cm3; ρB – kh i lư ng riêng c a bitum ρ0K – kh i lư ng th tích c a v t li u khoáng. Kh i lư ng bitum (%) tính theo kh i lư ng toàn b c a bê tông asphalt (100+B) ñư c ký hi u là Pb ñư c tính theo công th c sau: B Pb = × 100 , % B + 100 trong ñó: B – kh i lư ng c a bitum, % theo 100% là v t li u khoáng Ch t o 3 m u th và xác ñ nh ñ r ng còn l i c a bê tông asphalt. N u như ñ r ng còn l i ñó phù h p v i quy ñ nh thì có th s d ng k t qu tính trên. CÂU H I ÔN T P 1. Khái ni m chung c a công tác thi t k h n h p bê tông asphalt theo tiêu chu n c a Nga. 2. N i dung công tác l a ch n thành ph n v t li u khoáng theo tiêu chu n c a Nga. 3. N i dung công tác l a ch n hàm lư ng bitum t i ưu theo tiêu chu n c a Nga.