GS.TS. PHM DUY HU (Ch biên)
PGS.TS. VŨ ðC CHÍNH – TS. ðÀO VĂN ðÔNG
THS. NGUY"N THANH SANG
BÊ TÔNG ASPHALT
NHÀ XU%T B'N GIAO THÔNG V)N T'I
Vin khoa hc và công ngh xây dng giao thông
Trưng ñi hc GTVT
Huuphamduy@gmail.com
L+I NÓI ð-U
Bê tông asphalt và các v#t liu h%n h&p khoáng–bitum khác là v#t liu chính ñ+
xây dng m,t ñưng ô tô và sân bay, ñưng s.t và các công trình thu0 l&i.
N3i dung c4a giáo trình trình bày v5 các nguyên lý, v#t liu ch7 to, các tính ch8t
v#t lý và cơ hc, phương pháp thi7t k7 thành ph:n, công ngh ch7 to bê tông asphalt.
Giáo trình bao g;m 12 chương ñư&c phân công biên son như sau:
Ch4 biên: Chương 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9–GS. TS. Phm Duy HIu
Chương 7, 8–PGS.TS. Vũ ðNc Chính
Chương 7, 11, 12–TS. ðào Văn ðông
Chương 9, 10–ThS. NguyQn Thanh Sang
Giáo trình là tài liu hc t#p cho sinh viên chuyên ngành v#t liu và công ngh
xây dng, sinh viên ngành xây dng công trình giao thông c4a Trưng ði hc Giao
thông V#n tRi. Giáo trình còn là tài liu tham khRo cho các kT sư xây dng giao thông
và xây dng dân dUng, các hc viên cao hc, nghiên cNu sinh và các ñ3c giR c:n quan
tâm.
Trong quá trình biên son chúng tôi ñã nh#n ñư&c ý ki7n ñóng góp c4a các ñ;ng
nghip, các nhà khoa hc kT thu#t thu3c B3 GTVT, B3 Xây dng và các trưng ði hc
trong và ngoài nư[c. Chúng tôi ñã nh#n ñư&c các tài liu quý báu c4a trưng Xây dng
ñưng và ôtô c4a Nga và các tài liu c4a công ty Shell Anh Qu_c.
Chúng tôi r8t cám ơn và mong nh#n ñư&c ý ki7n ñóng góp c4a bn ñc cho cu_n
sách ñư&c hoàn thin hơn.
Các tác gi2
CÁC T4 KHÓA
Ph6m Duy H:u, Bê tông asphalt, bitum, vBt liCu khoáng, bê tông r2i nguGi,
ñG bIn Marshall, cJu trúc ca bê tông asphalt, hLn hMp vBt liCu khoáng N
bitum, SMA.
Chương 1
KHÁI NIRM VÀ PHÂN LOI BÊ TÔNG ASPHALT
1.1. KHÁI NIRM
Bê tông asphalt là v#t liu khoáng–bitum xây dng ñưng, nh#n ñư&c khi làm ñ,c
h%n h&p bê tông asphalt. H%n h&p bê tông asphalt bao g;m ñá dăm (ho,c sai), cát, b3t
khoáng, bitum d:u ma, phU gia. H%n h&p ñư&c thi7t k7 h&p lý và gia nhit tc 120–
160
0
C. Thành ph:n c4a bê tông asphalt theo kh_i lư&ng thông thưng như sau: ñá dăm:
20–65%; cát: 30–66%; b3t khoáng: 4–14%; bitum: 5–7%; và phU gia tuỳ theo k7t quR
thí nghim.
Trên cơ sg ch8t k7t dính hIu cơ (bitum, guñrông, nhũ tương) trong xây dng
ñưng thưng dùng các v#t liu h%n h&p khoáng và ch8t kêt dính hIu cơ. Phi bi7n nh8t
và có ch8t lư&ng cao nh8t tc v#t liu khoáng–bi tum là bê tông asphalt. Bê tông asphalt
là sRn phjm nh#n ñư&c khi làm ñ,c và r.n ch.c h%n h&p asphalt–bê tông.
H%n h&p bê tông asphalt bao g;m: ñá dăm, cát, b3t khoáng và bi tum ñư&c la
chn thành ph:n h&p lý, nhào tr3n và gia công thành m3t h%n h&p ñ;ng nh8t. C_t liu
l[n làm tăng kh_i lư&ng h%n h&p, làm giRm giá thành c4a bê tông asphalt và tăng cưng
ñ3 và ñ3 in ñknh. C_t liu nha khi tr3n v[i bitum to thành vIa asphalt làm tăng tính
dlo c4a h%n h&p, Rnh hưgng ñ7n khR năng làm vic và phm vi Nng dUng c4a bê tông
asphalt. B3t khoáng làm thay ñii t0 l c_t liu nha làm h%n h&p ñ,c hơn và tăng t0 l b5
m,t c4a các c_t liu, nó k7t h&p v[i bitum to nên ch8t k7t dính m[i bao bc và bôi trơn
b5 m,t c_t liu. Ch8t lư&ng c4a bê tông asphalt phU thu3c vào ngu;n g_c c4a c_t liu,
b3t khoáng và ñ3 quánh/ nh[t c4a bitum.
Bê tông asphalt là t_t nh8t so v[i các h%n h&p v#t liu khoáng–bitum khác g ch%
nó có ñ3 ñ,c, cưng ñ3, ñ3 in ñknh và ñ3 b5n cao do s tham gia c4a b3t khoáng trong
thành ph:n.
Bê tông asphalt ñư&c sn dUng làm l[p ph4 m,t ñưng có lư&ng giao thông cao
như ñưng cao t_c, ñưng thành ph_ và sân bay.
Bê tông asphalt ñòi hai k7t c8u phía dư[i có ñ3 cNng cao ñ+ ñRm bRo không bk nNt
goy trong quá trình khai thác. ð;ng thi vic cRi ti7n ñ3 nhám ñ+ ñRm bRo cho xe chy
v[i t_c ñ3 cao là v8n ñ5 còn ñang ti7p tUc nghiên cNu.
Cưng ñ3 và ñ3 in ñknh c4a bê tông asphalt ñư&c hình thành nh s liên k7t giIa
c_t liu v[i b3t khoáng và bitum. Thành ph:n c4a bê tông asphalt có th+ ñư&c thi7t k7
theo tiêu chujn Vit Nam và tiêu chujn c4a Vin Asphalt Hoa Kỳ. Thành ph:n h%n h&p
v#t liu khoáng theo các tiêu chujn này v5 căn bRn là gi_ng nhau. Tuy nhiên, v8n ñ5
lư&ng bitum t_i ưu còn có nhIng ñi+m chưa th_ng nh8t.
Các tính ch8t c4a bê tông asphalt phU thu3c vào nhit ñ3 thi công và nhit ñ3 khai
thác. Theo các tài liu qu_c t7 thì bê tông asphalt có th+ khai thác g nhit ñ3 tc –50
0
C
ñ7n +60
0
C. Các giRi pháp ñ+ tăng cưng ñ3 in ñknh nhit c4a bê tông asphalt c:n ñ,c
bit lưu ý khi sn dUng bê tông asphalt trong ñi5u kin khí h#u nhit ñ[i. Trong quá trình
khai thác bê tông asphalt chku Rnh hưgng c4a các y7u t_ nhit ñ3 và thi ti7t nên nó bk
già ñi, nNt nl, bk mài mòn và bi7n dng làm giRm tuii th khai thác c4a bê tông asphalt.
Tuii th trung bình c4a các l[p ph4 m,t ñưng brng bê tông asphalt khoRng 10 ñ7n 15
năm. Trong ñi5u kin thi7t k7, thi công, bRo dưsng và khai thác h&p lý thì tuii th t_i ña
có th+ ñt ñ7n 20 năm.
Yêu c:u v5 thành ph:n h%n h&p, tính ch8t c4a bê tông asphalt và phương pháp
thi7t k7 thành ph:n ñã ñư&c ghi rõ trong tiêu chujn TCVN và TCN GTVT. Có th+ tham
khRo tiêu chujn 9128–84 ho,c 2.05.02–85 ho,c 12801–84 c4a Nga; tiêu chujn c4a Vin
Asphalt Hoa Kỳ.
Bê tông asphalt ñã ñư&c sn dUng ñ+ xây dng khoRng 50% các con ñưng trên
toàn th7 gi[i và khoRng 15% các con ñưng g Vit Nam.
Bê tông asphalt còn có th+ sn dUng làm vva hè, khu vui chơi giRi trí, công trình th+
thao và các công trình thu0 l&i. Bê tông asphalt ch4 y7u có màu ñen nhưng trong ñi5u
kin yêu c:u cũng có th+ ch7 to bê tông asphalt có màu khác.
1. 2. PHÂN LOI BÊ TÔNG ASPHALT
Bê tông asphalt là v#t liu khoáng–bitum có ch8t lư&ng cao. Ngoài ra còn có các
loi h%n h&p khác như: v#t liu ñá nha macadam, ñá nha c8p ph_i ñ,c, ñá nha cưng
ñ3 cao, ñá nha ht mkn (vIa asphalt), h%n h&p to nhám, ñá nha th8m nư[c. S khác
nhau cơ bRn giIa h%n h&p asphalt và ñá nha là c8p ph_i c4a h%n h&p. C8p ph_i c_t liu
trong asphalt thưng bao g;m c_t liu l[n, c_t liu mkn và b3t ñá. Trong các h%n h&p ñá
nha thưng ít sn dUng b3t ñá. Các h%n h&p to nhám và ñá nha th8m nư[c thưng sn
dUng các c8p ph_i gián ñon.
Bê tông nha còn có th+ ñư&c ch7 to tc các loi bitum polyme ho,c các loi nhũ
tương bitum.
Cưng ñ3 c4a bê tông asphalt thay ñii tc 1–15MPa và phU thu3c vào nhit ñ3. Bê
tông asphalt có th+ ñư&c phân loi theo các y7u t_ sau:
Theo các tiêu chujn qu_c t7 và 22TCN 249–98 c4a B3 Giao thông v#n tRi qui
ñknh như sau:
H%n h&p bê tông asphalt và bê tông asphalt ñư&c phân loi theo các ñ,c ñi+m sau:
Theo nhit ñ thi công: H%n h&p bê tông asphalt trong l[p ph4 m,t ñưng ñư&c
chia ra loi nóng, 8m và ngu3i. H%n h&p nóng ñư&c rRi và b.t ñ:u làm ñ,c khi nhit ñ3
không nha hơn 120
o
C. H%n h&p này thưng dùng bi tum có ñ3 quánh 40/60, 60/70 và
70/100. H%n h&p 8m ñư&c rRi và b.t ñ:u làm ñ,c khi nhit ñ3 không nha hơn 90
0
C và
thưng dùng bitum lang s_ 1, 2, 3. H%n h&p ngu3i dùng bi tum lang có ñ3 nh[t 70/130
ñư&c rRi g nhit ñ3 không khí không nha hơn 5
o
C và ñư&c giI g nhit ñ3 thưng.
Theo ñ ñc (hoc ñ rng dư): Theo chv tiêu ñ3 r%ng dư bê tông asphalt ñư&c
chia làm 3 loi: loi ñ,c có ñ3 r%ng 2–5%, loi r%ng có ñ3 r%ng 6–12% và loi r8t r%ng
có ñ3 r%ng 12–25% theo th+ tích.
Theo ñ l n c!a h"t c#t liu: Theo ñưng kính l[n nh8t c4a ht v#t liu khoáng
ñư&c chia ra 3 loi: loi l[n (D
max
≤ 40mm), loi trung bình (D
max
≤ 20mm) và loi nha
(h%n h&p ht nha và h%n h&p cát D
max
≤ 5mm).
Theo tiêu chujn MT bê tông asphalt chia làm 21 loi ký hiu là s_ Lamã và có chv
tiêu phU là a, b, c, d...Ví dU Ia,..., IId... V[i D
max
là 2,5 in, 1,5 in, 1 in, 0,5 in và 3/8 in,
D
min
là m.t sàng s_ N
o
200 (0,071 mm).
Theo hàm lư%ng gi&a ñá dăm (hoc s*i) và cát: Bê tông asphalt nóng ho,c 8m,
ñ,c ñư&c chia làm 3 loi: loi A n7u t0 l ñá dăm–h%n h&p c_t liu trong khoRng
50–65%; loi B: 35–50%; loi C: 20–35%; loi D: bê tông asphalt cát thiên nhiên; loi
G: bê tông asphalt cát nghi5n. Bê tông asphalt ngu3i ñư&c chia làm 2 loi
:
B
N
: 35–50%; C
N
: 20–35%. Bê tông asphalt cát rRi ngu3i ñư&c ký hiu: D
N
và G
N
.
Theo ch8t lư&ng c4a v#t liu và tính ch8t cơ l
ý: Bê tông asphalt còn chia ra
loi sau:
I, II, và III: Bê tông asphalt ñ,c và nóng.
I,II: Bê tông asphalt nóng r%ng và r8t r%ng.
I,II: Bê tông asphalt ngu3i.
V5 cơ bRn cách phân loi bê tông theo các tiêu chujn là th_ng nh8t tuy có quy
ñknh khác nhau v5 ñơn vk ño kích thư[c ht c_t liu và kí hiu loi bê tông. Theo tiêu
chujn Vit Nam và Nga ñơn vk ño là mm, tiêu chujn Anh, MT là in.
1.3. CÁC YÊU C-U CHUNG ðWI VXI BÊ TÔNG ASPHALT
Bê tông asphalt là m3t loi v#t liu ñ,c bit v[i các tính ch8t thay ñii nhi5u theo
nhit ñ3 c4a môi trưng và theo mùa. Vào mùa hè nhit ñ3 bê tông trong l[p ph4 m,t
ñưng có th+ ñt 50–60
0
C, cưng ñ3 chv còn 1–1.5MPa, bê tông asphalt trg nên dlo và
có th+ bk chRy. V5 mùa ñông cưng ñ3 ñt tc 10–15MPa, bê tông asphalt trg nên ñàn
h;i th#m trí có th+ dòn.
Trong cR năm mNc ñ3 tRi trng chuy+n ñ3ng trên m,t ñưng là không ñii. Như
v#y vic thi7t k7 thành ph:n bê tông, thi7t k7 k7t c8u m,t ñưng, thi7t k7 công ngh thi
công là m3t bài toán r8t là phNc tp ñ+ ñRm bRo yêu c:u thay ñii trng thái Nng su8t
bi7n dng trong các ñi5u kin thay ñii nhit ñ3 khác nhau. Bài toán ñó ñư&c giRi quy7t
brng cách la chn dng, ki+u, v#t liu, k7t c8u m,t ñưng h&p lý có xét ñ7n s phù h&p
giIa ñi5u kin v#n tRi và khí h#u. Bê tông asphalt c:n ñRm bRo các yêu c:u v5 cưng
ñ3, ñ3 in ñknh, bi7n dng g nhit ñ3 cao và ch_ng li s phá hoi do nNt g nhit ñ3 th8p.
Khi ñRm bRo ñư&c các y7u t_ trên bê tông asphalt có th+ ñt tuii th tc 15 ñ7n 20 năm.
1.4. KZT C%U M[T ðƯ+NG BÊ TÔNG ASPHALT
K7t c8u m,t ñưng ôtô ch4 y7u g;m m3t s_ l[p: l[p m,t, móng và l[p n5n móng.
Hình 1.1 mô tR m3t m,t c.t ngang ñi+n hình c4a m3t con ñưng. Các l[p k7t c8u m,t