Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong bảo trì đường bộ tại Việt Nam

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:120

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong bảo trì đường bộ tại Việt Nam" nhằm tìm hiểu, làm rõ các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Carboncor Asphalt, từ đó chỉ ra phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này trong điều kiện Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong bảo trì đường bộ tại Việt Nam

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Tùng đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo và các cán bộ của trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Tác giả cũng muốn bày tỏ sự biết ơn của mình tới tập thể cán bộ Công ty cổ phần Quốc tế Bước Tiến Mới (IIC), Công ty cổ phần Carbon Việt Nam - cơ quan tác giả đã, đang công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho tác giả hoàn thành khóa học và Luận văn này. Và hơn hết, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng sâu sắc tới những người thân yêu trong gia đình và bạn bè, những người đã luôn động viên, hỗ trợ tác giả trong suốt những tháng ngày học tập và thực hiện Luận văn. Sau một thời gian tập trung nghiên cứu và tìm hiểu, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sỹ với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong bảo trì đường bộ tại Việt Nam”. Qua việc nghiên cứ và hoàn thành Luận văn, tác giả đã có thêm nhiều kiến thức bổ ích trong chuyên môn cũng như trong phương pháp luận nghiên cứu khoa học. Điều đó sẽ giúp tác giả nhiều hữu ích trong việc triển khai áp dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào các công trình giao thông của đất nước. Tuy nhiên, do trình độ có hạn nên chắc chắn Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy, cô, đồng nghiệp và bạn bè để kiến thức bản thân được hoàn thiện hơn. Một lần nữa , Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Hoàng Anh Thư
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 – NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .................................................. 2 1.1 Tổng quan về kết cấu áo đường mềm.....................................................2 1.1.1 Cấu tạo chung .........................................................................................2 1.1.2 Yêu cầu vật liệu .......................................................................................4 1.2 Tổng quan về bê tông nhựa .....................................................................6 1.2.1 Khái niệm và phân loại ...........................................................................6 1.2.2 Yêu cầu về vật liệu đối với hỗn hợp bê tông nhựa ..................................8 1.2.3 Yêu cầu về thi công .................................................................................9 1.3 Tổng quan về vật liệu và công nghệ thi công mặt đường bằng hỗn hợp đá trộn nhựa .....................................................................................................13 1.3.1 Đặc điểm chung và phân loại ...............................................................13 1.3.2 Mặt đường làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa tại đường ........................15 1.3.3 Mặt đường làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa trong máy trộn ...............17 1.3.4 Mặt đường làm bằng bê tông nhựa pha dầu ........................................19 1.3.5 Mặt đường làm bằng vữa nhựa Colas ..................................................22 1.3.6 Giới thiệu sơ bộ về vật liệu Carbncor Asphalt ....................................24 1.4 Tổng quan về công tác đánh giá chất lượng mặt đường phục vụ bảo trì………. ..................................................................................................................25 1.5 Tổng quan về công tác bảo trì đường bộ..............................................29 1.5.1 Một số khái niệm về bảo trì đường bộ ..................................................29 1.5.2 Quy trình và thời điểm áp dụng ............................................................31
1.5.3 Quy trình áp dụng .................................................................................31 1.5.4 Thời gian bảo trì ...................................................................................31 1.5.5 Vật liệu sử dụng trong công tác bảo trì ................................................32 1.6 Các nghiên cứu có liên quan tới đề tài .................................................33 1.7 Kết luận chương 1 ..................................................................................34 CHƯƠNG 2 – GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT ..... 36 2.1 Giới thiệu về vật liệu Carboncor Asphalt ............................................36 2.1.1 Định nghĩa ............................................................................................36 2.1.2 Tình hình áp dụng trên thế giới ............................................................38 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất ...............................................................41 2.2.1 Yêu cầu vật liệu .....................................................................................41 2.2.2 Quy trình sản xuất.................................................................................42 2.3 Quy trình thi công ..................................................................................43 2.3.1 Thi công sử dụng phương pháp thủ công .............................................43 2.3.2 Thi công bằng phương pháp rải máy....................................................44 2.3.3 Thi công sửa chữa vá ổ gà ....................................................................45 2.4 Kết luận chương 2 ..................................................................................47 CHƯƠNG 3 – TÌM HIỂU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM ......... 49 3.1 Xây dựng thí nghiệm ..............................................................................49 3.1.1 Các chỉ tiêu cần xác định trong phòng thí nghiệm ...............................50 3.1.2 Các chỉ tiêu cần xác định ngoài hiện trường........................................51 3.2 Kế hoạch thí nghiệm ..............................................................................51 3.2.1 Trong phòng thí nghiệm........................................................................51
3.2.2 Thí nghiệm ngoài hiện trường ..............................................................53 3.3 Kết quả khảo sát đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt trong phòng thí nghiệm ..........................................................................................56 3.3.1 Theo các chỉ tiêu của nhà sản xuất .......................................................56 3.3.2 Theo các chỉ tiêu của Viện Asphalt.......................................................66 3.4 Kết quả khảo sát, đánh giá chất lượng mặt đường trên các đoạn thử nghiệm….. ................................................................................................................70 3.4.1 Kết quả thí nghiệm đoạn rải thử nghiệm trên tỉnh lộ 414 ....................70 3.4.2 Kết quả thí nghiệm đoạn rải thử nghiệm trên tỉnh lộ 418 ....................79 3.4.3 Kết quả đánh giá chất lượng của miếng vá ổ gà sau khi thi công .......83 3.5 Đánh giá ưu điểm của vật liệu Carboncor Asphalt về mặt thi công .85 3.6 Đề xuất định mức thi công cho vật liệu Carboncor Asphalt ..............87 3.6.1 Các căn cứ xây dựng định mức ............................................................87 3.6.2 Chi tiết định mức thi công vật liệu Carboncor Asphalt ........................88 3.7 So sánh về kinh tế giữa vật liệu Carboncor Asphalt và Bê tông Asphalt truyền thống ..............................................................................................89 3.7.1 Nguyên tắc so sánh và căn cứ ...............................................................89 3.7.2 Kết quả so sánh .....................................................................................90 3.8 Kết luận chương 3 ..................................................................................92 CHƯƠNG 4 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 98 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 100
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Lựa chọn loại tầng mặt và vật liệu làm tầng mặt ................................ 5 Bảng 1.2: Nhiệt độ hỗn hợp bê tông nhựa khi tháo từ máy trộn vào thùng xe ô tô tự đổ - 0C ........................................................................................................... 9 Bảng 1.3: Nhiệt độ tối thiểu của hỗn hợp bê tông nhựa nóng và ấm lúc rải ..... 10 Bảng 1.4: Nhiệt độ lu lèn hiệu quả đối với hỗn hợp bê tông nhựa ................... 11 Bảng 1.5: Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý đối với hỗn hợp đá trộn nhựa tại đường .......................................................................................................... 16 Bảng 1.6: Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý đối với hỗn hợp đá trộn nhựa trong thiết bị thi công ....................................................................................................... 18 Bảng 1.7: Các loại cấp phối đá dăm dùng cho hỗn hợp bê tông nhựa pha dầu chế tạo tại trạm trộn ............................................................................................... 20 Bảng 1.8: Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa pha dầu tại trạm trộn ........ 20 Bảng 1.9 Thời hạn sửa chữa vừa và sửa chữa lớn đường bộ ............................ 32 Bảng 2.1: Các loại cấp phối dùng cho chế tạo hỗn hợp Carboncor Asphalt ...... 41 Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu đá chế tạo vật liệu Carboncor Asphalt .... 42 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu thí nghiệm đánh giá chất lượng mặt đường Carboncor Asphalt ............................................................................................................. 51 Bảng 3.2: Số lượng mẫu và các phương pháp thí nghiệm đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt trong phòng thí nghiệm ............................................... 52 Bảng 3.3: Số liệu về giao thông trên đoạn rải thử nghiệm ................................ 55 Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm tỷ trọng lớn nhất, hàm lượng chất kết dính, tỷ số giữa hàm lượng bột khoáng/hàm lượng chất kết dính ....................................... 57 Bảng 3.5: Kết quả phân tích thành phần cỡ hạt lọt qua sàng ............................ 58 Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm Marshall ............................................................ 60 Bảng 3.7: Bảng tổng hợp kết quả ..................................................................... 63
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu khuyến cáo của Viện Asphalt ........................................................................... 67 Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm độ bền Marshall của các mẫu khoan ngoài hiện trường ............................................................................................................... 71 Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm độ bằng phẳng bằng thước 3m trên tỉnh lộ 414 72 Bảng 3.11: Bảng tiêu chuẩn quy định về chất lượng độ bằng phẳng của mặt đường theo 22TCN 16-79 ................................................................................. 72 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm độ nhám bằng phương pháp rắc cát trên tỉnh lộ 414 ................................................................................................................... 73 Bảng 3.13: Tiêu chuẩn quy định về chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của mặt đường bằng phương pháp rắc cát ...................................................................... 74 Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi bằng cần đo Benkenman ........ 75 Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm độ bằng phẳng bằng thước 3m trên tỉnh lộ 418 80 Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm độ nhám bằng phương pháp rắc cát trên tỉnh lộ 418 ................................................................................................................... 81 Bảng 3.17: So sánh một số chỉ tiêu trong thi công giữa BTN nóng và Carboncor Asphalt ............................................................................................................. 85 Bảng 3.18: Định mức rải vật liệu Carboncor Asphalt theo phương pháp thủ công ......................................................................................................................... 88 Bảng 3.19: Định mức rải vật liệu Carboncor Asphalt theo phương pháp thi công cơ giới .............................................................................................................. 89 Bảng 3.20: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa mặt đường BTN và Carboncor Asphalt ............................................................................................................. 90 Bảng 3.21: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa mặt đường láng nhựa 2 lớp và Carboncor Asphalt ........................................................................................... 91 Bảng 3.22: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa bê tông nhựa pha dầu và Carboncor Asphalt ........................................................................................... 92 Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của Carboncor Asphalt . 93
Bảng 4.2: Kết quả đánh giá chất lượng mặt đường rải với chiều dày 1.5cm ..... 94 Bảng 4.3: Kết quả đánh giá chất lượng mặt đường rải với chiều dày 3.75cm ... 95 Bảng 4.3: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa mặt đường láng nhựa 2 lớp và Carboncor Asphalt (trường hợp CarboncorAsphalt sử dụng như lớp hao mòn) 95 Bảng 4.4: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa mặt đường BTN và Carboncor Asphalt (trường hợp Carboncor Asphalt sử dụng như lớp tăng cường) ............ 96 Bảng 4.5: Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế giữa bê tông nhựa pha dầu và Carboncor Asphalt ........................................................................................... 96
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền - áo đường ................................................................................................................. 4 Hình 1.2: Hiện tượng nứt do mỏi ..................................................................... 26 Hình 1.3: Hư hỏng kết cấu áo đường dạng nứt theo ô ...................................... 27 Hình 1.4: Hư hỏng kết cấu áo đường dạng nứt theo kiểu “cóc gặm” ................ 28 Hình 1.5: Nứt dọc theo tim đường trên phần xe chạy ....................................... 28 Hình 2.1: Một số hình ảnh sử dụng Carboncor Asphalt ở nước ngoài .............. 39 Hình 2.2: Sử dụng hiệu quả cao cho đường nông thôn ..................................... 40 Hình 2.3: Thi công sử dụng các loại máy móc hiện dùng ................................. 40 Hình 2.4: Thi công sử dụng nhân công lao động thông thường ........................ 40 Hình 2.5: Một số hình ảnh thi công tại hiện trường ở Việt Nam nhằm đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt theo điều kiện thực tế (trên tỉnh lộ 414 và tỉnh lộ 418) ....................................................................................................... 46 Hình 2.6: Sử dụng Carboncor Asphalt để vá ổ gà (trên tỉnh lộ 414) ................. 47 Hình 3.1: Kết cấu hiện trạng tỉnh lộ 414 .......................................................... 54 Hình 3.2: Kết cấu hiện trạng của tỉnh lộ 418 .................................................... 55 Hình 3.3: Biểu đồ phân tích thành phần hạt của vật liệu Carboncor Asphalt 9.5mm .............................................................................................................. 59 Hình 3.4: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ bền Marshall của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu khuyến cáo của nhà sản xuất .................................... 64 Hình 3.5: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ dẻo Marshall của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu khuyến cáo của nhà sản xuất .................................... 64 Hình 3.6: Biểu đồ kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ ở 25 0C của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu khuyến cáo của nhà sản xuất ................... 65 Hình 3.7: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ bền Marshall của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu của Viện Asphalt ...................................................... 69
Hình 3.8: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ dẻo Marshall của vật liệu Carboncor Asphalt theo các chỉ tiêu của Viện Asphalt ...................................................... 69 Hình 3.9: Biểu đồ kết quả đánh giá độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát .................................................................................................................... 74 Hình 3.10: Biểu đồ kết quả đo mô đun đàn hồi mặt đường Carboncor Asphalt 76 Hình 3. 11: Hình ảnh vết nứt sau khoảng thời gian 9 tháng kể từ lúc thi công . 78 Hình 3.12: Hình ảnh vết nứt tự liền sau khi xuất hiện khoảng 1 tháng ............. 78 Hình 3.13: Tình trạng bề mặt đường sau 2 năm thi công .................................. 79 Hình 3.14:Chất lượng mặt đường Carboncor Asphalt sau khi thi công 2 năm (Bề mặt ổn định, độ nhám toàn bề mặt tương đối đồng đều) ................................... 82 Hình 3.15:Chất lượng mặt đường láng nhựa sau khi thi công 1 năm (Thi công sau mặt đường Carboncor Asphalt 1 năm - Độ nhám toàn bề mặt không đồng đều) .................................................................................................................. 83 Hình 3.16: Bề mặt ổ gà sau khi thi công 1 tuần ................................................ 84 Hình 3.17: Bề mặt ổ gà sau khi thi công 2 năm ................................................ 84
1 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều loại vật liệu sử dụng chất liên kết hữu cơ (bitumen) được sử dụng trong xây dựng đường ô tô. Các loại vật liệu này có cường độ đạt tiêu chuẩn cho phép, áp dụng tốt trong xây dựng mới. Tuy vậy, chúng lại có những yêu cầu cao trong công nghệ thi công, như yêu cầu về chế tạo, yêu cầu về kho bãi, máy móc và điều kiện về thời tiết, khí hậu cũng như thời gian thi công. Do vậy, khi sử dụng các vật liệu này vào bảo trì mặt đường, sẽ gặp nhiều khó khăn. Nếu diện thi công lớn, sẽ gây ảnh hưởng tới chất lượng khai thác đường hiện có. Nếu diện thi công nhỏ, sẽ rất khó để huy động được một lượng vừa đủ vật liệu, khi mà giá thành vật liệu cũng như chi phí sản xuất cao, yêu cầu về máy móc phức tạp. Hậu quả của việc này là mặt đường chỉ được quan tâm bảo trì sau khi đã xuất hiện các hư hỏng trên diện rộng, sau một thời gian dài khai thác. Điều này đi ngược hoàn toàn với mục đích đảm bảo chất lượng phục vụ thường xuyên liên tục cho người sử dụng đường. Chính vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng một loại vật liệu mới có cường độ đạt tiêu chuẩn nhưng công tác sản xuất và thi công đơn giản, gọn nhẹ là một nhu cầu thiết yếu trong công tác bảo trì đường bộ ở Việt Nam. Đó chính là lý do lựa chọn của đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt trong bảo trì đường bộ tại Việt Nam”. Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu, làm rõ các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Carboncor Asphalt, từ đó chỉ ra phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này trong điều kiện Việt Nam. Trong giới hạn của một luận văn thạc sĩ, các nội dung sau đã được đề cập: - Tổng quan về một số loại kết cấu áo đường mềm, từ chỉ tiêu cơ lý tới yêu cầu thi công, nghiệm thu - Tổng quan về công tác bảo trì đường bộ - Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Carboncor Asphalt (theo tiêu chuẩn hiện hành) và tình hình áp dụng trên thế giới - Phân tích khả năng áp dụng vật liệu Carboncor Asphalt tại Việt Nam.
2 CHƯƠNG 1 – NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng vật liệu Carboncor Asphalt vào công tác bảo trì đường bộ tại Việt Nam hiện nay, trong đó chú trọng đối với loại kết cấu áo đường mềm. Vì vậy nội dung của nghiên cứu tổng quan sẽ bao gồm các nội dung chính như sau: - Tổng quan về một số loại vật liệu thường dùng cho tầng mặt của kết cấu áo đường mềm. - Một số phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường phục vụ cho công tác bảo trì. - Tổng quan về công tác bảo trì ở Việt Nam hiện nay. - Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài Các nội dung sẽ được trình bày chi tiết dưới đây. 1.1 Tổng quan về kết cấu áo đường mềm. 1.1.1 Cấu tạo chung Kết cấu áo đường mềm (hay gọi là áo đường mềm) (hình 1.1)gồm có tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy móng.[2] Tầng mặt là bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của bánh xe và ảnh hưởng của các nhân tố thiên nhiên (đặc biệt ngoài lực thẳng đứng còn chịu lực ngang lớn). Để chịu được các tác dụng đó, tầng mặt đòi hỏi phải được làm bằng các vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt (các khoáng chất có cường độ cao được chèn móc tốt hoặc các hỗn hợp vật liệu có dùng thêm chất dính kết vô cơ hoặc hữu cơ). Ngoài ra lớp mặt trên thường dùng vật liệu kích cỡ nhỏ vừa để giảm phá hoại bong bật do lực ngang, nếu lớp mặt trên có bề dày dưới 3cm thì lớp mặt trên đó gọi là lớp hao mòn. Khi sức liên kết của vật liệu không đủ so với lực tác dụng của xe chạy (khi cường độ vận tải
3 lớn…) thì trên lớp mặt trên còn được làm thêm lớp hao mòn và lớp bảo vệ để hạn chế bớt được tác dụng xung kích, xô trượt, mài mòn trực tiếp của bánh xe và ảnh hưởng xấu khác của thiên nhiên xuống lớp phía dưới [8]. Lớp hao mòn là một lớp mỏng 1-3cm làm bằng vật liệu có dính kết (nhiều hoặc ít) đặt trên lớp mặt chủ yếu. Trong tính toán kết cấu áo đường, lớp hao mòn và lớp bảo vệ không được tính vào bề dày của tầng mặt. Lớp mặt dưới (lớp liên kết) thường dùng làm bằng bê tông nhựa rỗng, nhiều hoặc vừa đá dăm và bắt buộc phải bố trí trong trường hợp sau: - Lưu lượng xe lớn và nhiều xe nặng khi bề dày lớp mặt trên dưới 5cm - Mặt đường có yêu cầu cao về độ bằng phẳng - Tầng móng là vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ (có thể lan truyền nứt lên phía trên). Khác với tầng mặt, tầng móng chỉ chịu lực thẳng đứng. Về mặt cơ học nhiệm vụ của tầng móng là truyền và phân bố lực thẳng đứng xuống nền đất để khi truyền đến nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đảm bảo cho nền đường có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến dạng trượt quá lớn. Vì lực thẳng đứng truyền xuống ngày càng bé đi nên để tiết kiệm, tầng móng có thể gồm nhiều lớp bằng các loại vật liệu khác nhau có cường độ giảm dần từ trên xuống.
4 Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền - áo đường TÇng mÆt Lí p t¹ o nh¸ m (nÕu c ã) (ha y kÕt c Êu ¸ o ®- êng ) Lí p mÆ (Surfa c ing ) t (Pa vement struc ture) ¸ o ®- êng (KÕt c Êu tæ thÓ nÒn mÆ ®- êng ) Lí p mãng trª n (Ba se) TÇng mãng KÕt c Êu nÒn ¸ o ®- êng t Lí p mãng d - í i (Sub -b a se) Khu vùc t¸ c d ông 80-100 c m Lí p ®¸ y mãng (Ca p p ing la yer) ng (Sub g ra d e) 1.1.2 Yêu cầu vật liệu Hỗn hợp vật liệu để tạo nên các lớp kết cấu mặt đường thường gồm hai loại: vật liệu chính (hay gọi là cốt liệu) và vật liệu liên kết. Cốt liệu thường là đất, đá, cuội sỏi… mà bất cứ tầng, lớp nào trong kết cấu mặt đường cũng đều phải dùng một trong các loại đó. Còn vật liệu liên kết được trộn vào cốt liệu với một tỉ lệ nhất định để tăng cường liên kết giữa các hạt cốt liệu, do đó tăng cường độ của cả hỗn hợp vật liệu. Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu cũng như điều kiện làm việc của mỗi tầng, lớp có thể có những tầng lớp không cần vật liệu liên kết. Vật liệu liên kết gồm 3 loại: vật liệu liên kết thiên nhiên (như đất sét dính), vật liệu liên kết vô cơ (xi măng, vôi…), vật liệu liên kết hữu cơ (nhựa, các chất hóa học…)[8].
5 Ngoài cốt liệu và vật liệu liên kết ra, nhiều khi người ta còn dùng thêm các chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ. Mục đích chính của việc dùng các phụ gia thường là để cải thiện điều kiện tiếp xúc và bao bọc nhằm giúp cho tác dụng của vật liệu liên kết đối với cốt liệu được tốt hơn, nhờ đó tăng được cường độ của hỗn hợp vật liệu, hoặc tạo điều kiện cho việc thi công dễ dàng hay nhằm tăng cường một số tính chất đặc biệt nào đó của hỗn hợp vật liệu (tăng tính dẻo, tính ổn định nhiệt…). Từ nguyên lý cấu tạo của kết cấu áo đường như đã trình bày ở trên và nhiệm vụ của từng lớp vật liệu thì vật liệu sử dụng để làm kết cấu áo đường hiện nay thường có cường độ giảm dần từ trên xuống dưới. Việc phối hợp thành phần vật liệu, tỷ lệ phối hợp giữa các thành phần dựa vào một trong các nguyên lý sau[9]: + Nguyên lý đá chèn đá: + Nguyên lý lát, xếp + Nguyên lý cấp phối: + Nguyên lý gia cố đất: Xuất phát từ yêu cầu về cường độ và điều kiện khai thác, lựa chọn loại tầng mặt và vật liệu làm tầng mặt cho phù hợp: Bảng 1.1: Lựa chọn loại tầng mặt và vật liệu làm tầng mặt[2] Số trục xe tiêu Cấp thiết kế Thời chuẩn tích lũy đường hạn Loại tầng trong thời hạn (theo Vật liệu và cấu tạo tầng mặt thiết mặt thiết kế (trục TCVN kế xe tiêu 4054) (năm) chuẩn/làn) Bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ, hạt trung làm lớp mặt Cấp I, II, III Cấp cao A1 trên; hạt trung, hạt thô (chặt 10 > 4.106 và cấp IV hoặc hở loại I hoặc loại II) làm lớp mặt dưới
6 Số trục xe tiêu Cấp thiết kế Thời chuẩn tích lũy đường hạn Loại tầng trong thời hạn (theo Vật liệu và cấu tạo tầng mặt thiết mặt thiết kế (trục TCVN kế xe tiêu 4054) (năm) chuẩn/làn) - Bê tông nhựa chặt loại II, đá 8-10 > 2.106 dăm đen và hỗn hợp nhựa nguội trên có láng nhựa Cấp III, IV Cấp cao A2 - Thấm nhập nhựa và cấp V - Láng nhựa (cấp phối đá dăm, 5-8 > 1.106 đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trên có láng nhựa) 4-7 > 0.1.106 Cấp phối đá dăm, đá dăm nước, hoặc cấp phối thiên Cấp IV, V Cấp thấp B1 nhiên trên có lớp bảo vệ rời rạc 3-4  0,1.106 và VI (cát) hoặc có lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ - Đất cải thiện hạt - Đất, đá tại chỗ, phế liệu công Cấp V và Cấp thấp B2 nghiệp gia cố (trên có lớp hao 2-3 < 0,1.106 cấp VI mòn, bảo vệ) 1.2 Tổng quan về bê tông nhựa 1.2.1 Khái niệm và phân loại 1.2.1.1 Khái niệm Hỗn hợp bê tông nhựa được chế tạo bằng các vật liệu đá, cát, bột khoáng (có hoặc không) và nhựa bitum ở trạng thái nóng trong bộ thiết bị của trạm bê tông trộn nhựa có thể được khống chế chặt chẽ theo quy định các tỷ lệ của các thành phần hỗn hợp bê tông nhựa [3].
7 1.2.1.2 Phân loại [9] Theo phương pháp thi công - Bê tông nhựa không cần lu lèn - Bê tông nhựa cần lu lèn Theo nhiệt độ lúc rải - Bê tông nhựa rải nóng: chế tạo ở t0: 140-1700C; rải ở t0>1000C - Bê tông nhựa rải ấm: chế tạo ở t0: 110-1300C; rải ở t0>600C - Bê tông nhựa rải nguội: chế tạo ở t0: 110-1200C; rải ở t0 không khí Theo độ rỗng còn dư - Bê tông nhựa chặt: độ rỗng còn dư từ 3-6% - Bê tông nhựa rỗng: độ rỗng còn dư từ 6-10% Theo kích thước của hạt lớn nhất - Bê tông nhựa hạt thô: dmax = 40mm - Bê tông nhựa hạt trung: dmax = 25mm - Bê tông nhựa hạt mịn: dmax = 15mm - Bê tông nhựa cát: dmax = 5mm Theo hàm lượng đá dăm (cỡ hạt từ 5mm trở lên) - Bê tông nhựa nhiều đá dăm (A): đá dăm chiếm từ 50-65% - Bê tông nhựa vừa đá dăm (B): đá dăm chiếm từ 35-50% - Bê tông nhựa ít đá dăm (C): đá dăm chiếm 20-35% - Bê tông nhựa cát xay (D) - Bê tông nhựa cát thiên nhiên (E) Theo chất lượng: Bê tông nhựa loại I, loại II, loại III và loại IV
8 1.2.2 Yêu cầu về vật liệu đối với hỗn hợp bê tông nhựa  Đá dăm: Đá dăm dùng làm bê tông nhựa phải là loại đá được đập vỡ, xay ra từ các khối đá núi, từ các tảng đá, từ cuội và xỉ lò cao không bị phân hủy. Theo [3] thành phần hạt yêu cẩu của cấp phối đá dăm dùng để chế tạo hỗn hợp được quy định ở Bảng 1.1 - Phụ lục Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm dùng cho từng loại bê tông nhựa phải thoả mãn các quy định ở Bảng 1.2 - Phụ lục  Cát: Là một thành phần của cốt liệu bê tông nhựa, vai trò của nó là để lấp các lỗ rỗng giữa các hạt vật liệu to. Riêng trong bê tông nhựa cát nó là cốt liệu chủ yếu Để chế tạo bê tông nhựa phải dùng cát thiên nhiên hoặc cát xay. Đá để xay ra cát phải có cường độ nén không nhỏ hơn của đá dùng để sản xuất ra đá dăm. Cát thiên nhiên phải có môđun độ lớn (MK) > 2. Trường hợp MK < 2 thì phải trộn thêm cát hạt lớn hoặc cát xay từ đá ra. Xác định theo TCVN 342-86. Đối với bê tông nhựa cát phải dùng cát hạt lớn hoặc cát hạt trung có M K > 2 và hàm lượng cỡ hạt 5mm - 1,25mm không dưới 14%.  Bột khoáng Bột khoáng được nghiền từ đá cácbônát (đá vôi canxit, đô lô mit, đá dầu...) có cường độ nén không nhỏ hơn 200 daN/cm2 và từ xỉ bazơ của lò luyện kim hoặc xi măng. Đá cácbônát dùng sản xuất bột khoáng phải sạch, chứa bụi, bùn, sét không quá 5%. Các chỉ tiêu quy định cho bột khoáng ở Bảng 1.3 - Phụ lục  Nhựa đường: Nhựa dùng làm chất liên kết các cốt liệu trong bê tông nhựa cần có tính dính bám tốt với đá, ổn định đối với nhiệt độ, không thấm nước, ít chóng hóa già. Nhựa
9 càng có hoạt tính và cực tính cao càng dính bám tốt với đá và tính kết dính bên trong giữa các phân tử nhựa càng vững chắc. Loại rải nóng: dùng nhựa đặc có độ kím lún 70/60,60/100, và 40/60 Loại rải ấm: dùng nhựa đặc có độ kim lún 200/300, 120/150 hay nhựa lỏng đông đặc vừa Loại rải nguội: dùng nhựa lỏng hoặc nhũ tương 1.2.3 Yêu cầu về thi công 1.2.3.1 Thi công bê tông nhựa rải nóng, rải ấm  Yêu cầu về nhiệt độ: Tùy theo giai đoạn áp dụng khác nhau mà yêu cầu về nhiệt độ lúc thi công của bê tông nhựa cũng khác nhau. Ví dụ như đối với vật liệu bê tông nhựa: - Yêu cầu về nhiệt độ trước khi rải [9]: Nhiệt độ ra khỏi máy trộn của hỗn hợp bê tông nhựa tùy theo loại nhựa sử dụng phải đạt trị số quy định. Khi dùng nhựa đặc có độ kim lún từ 40-130 thì nhiệt độ phải từ 140-1600C; khi dùng nhựa lỏng thì nhiệt độ vào khoảng từ 90-1200C. Nếu trong hỗn hợp nhựa có dùng chất phụ gia hoạt tính bề mặt thì nhiệt độ giảm bớt 200C. Ngược lại khi dùng nhựa cải thiện bằng polyme thì nhiệt độ tăng lên khoảng 100C. Bảng 1.2: Nhiệt độ hỗn hợp bê tông nhựa khi tháo từ máy trộn vào thùng xe ô tô tự đổ - 0C [9] Loại bê tông nhựa rải Nhiệt độ ngoài trời Nóng; với nhựa cải thiện Nóng Ấm polyme > +100C 140-170 90-100 >145 +100C – 00C 160-180 100-120
10 - Yêu cầu về nhiệt độ khi rải: Nhiệt độ của hỗn hợp bê tông nhựa khi rải phải đạt trị số ở Bảng 1.3 tùy theo loại nhựa sử dụng để bê tông nhựa còn giữ được độ linh động, dễ rải đều và đủ thời gian để lu lèn, nhất là với bê tông nhựa rải nóng. Bảng 1.3: Nhiệt độ tối thiểu của hỗn hợp bê tông nhựa nóng và ấm lúc rải [9] Nhiệt độ hỗn hợp lúc rải 0C, không nhỏ hơn Loại nhựa sử dụng Không có chất Có chất phụ gia hoạt phụ gia tính bề mặt Nhựa đặc 90/130 120 100 Nhựa đặc 60/90 Rải nóng 120 100 Nhựa đặc 40/60 120 100 Nhựa đặc 200/300 80 80 Nhựa đặc 130/200 Rải ấm 80 80 Nhựa lỏng 130/200 70 70 - Yêu cầu về nhiệt độ lúc lu lèn[9]: Máy rải bê tông nhựa đến đâu thì máy lu phải tiến theo để lu lèn ngay đến đó. Hỗn hợp nóng (1000-1400C) lu lèn mới có hiệu quả. Đối với hỗn hợp ấm nhiệt độ lu lèn có hiệu quả phải trên 60-800C. Khi nhiệt độ rải nóng hạ xuống dưới 800C thì lu lèn hầu như không hiệu quả nữa. Vì thế nguyên tắc đầu tiên là phải tranh thủ lu lèn trong giai đoạn đầu, lúc hỗn hợp còn nóng. Bảng 1.4 cho biết trị số nhiệt độ có hiệu quả nhất của hỗn hợp khi lu lèn theo các loại bê tông nhựa khác nhau. Nhiệt độ lu lèn có hiệu quả được xác định một cách hợp lý theo loại nhựa sử dụng trong hỗn hợp. Khi có dùng chất phụ gia hoạt tính bề mặt thì nhiệt độ lu lèn có hiệu quả tốt nhất của các loại bê tông nhựa này giảm xuống 10-
11 200C so với trị số trong bảng, khi dùng nhựa cải thiện bằng polyme thì tăng nhiệt độ lên khoảng 100C. Bảng 1.4: Nhiệt độ lu lèn hiệu quả đối với hỗn hợp bê tông nhựa [9] Loại hỗn hợp bê tông nhựa Nhiệt độ lu lèn có hiệu quả tốt 0C Bê tông nhựa nhiều đá dăm 140-160 Bê tông nhựa vừa đá dăm 120-140 Bê tông nhựa ít đá dăm 100-130 Bê tông nhựa cát xay 130-140 Bê tông nhựa cát thiên nhiên 90-120 Bê tông nhựa dùng cho lớp dưới 120-140  Yêu cầu về cự ly áp dụng [14]: Cự ly áp dụng phụ thuộc vào hiệu quả kinh tế khi sử dụng các loại vật liệu để làm kết cấu áo đường. Bên cạnh hiệu quả kinh tế thì đối với một số loại vật liệu sử dụng chất liên kết bi tum, cự ly áp dụng phụ thuộc vào yêu cầu về nhiệt độ áp dụng của vật liệu. Ví dụ như với vật liệu bê tông nhựa: Do yêu cầu về nhiệt độ lúc rải mà cự ly vận chuyển hỗn hợp bê tông nhựa nóng và ấm phải hạn chế tùy theo điều kiện thời tiết. Theo kinh nghiệm, phạm vi chuyên chở bê tông nhựa rải nóng không quá 40-50km và bê tông nhựa rải ấm không quá 60-80km khi trời nắng nóng; khi trời rét, cự ly vận chuyển bê tông nhựa nóng giảm xuống còn 20-30km và bê tông nhựa rải ấm còn 40-50km.  Yêu cầu về máy móc thi công : Việc thi công các loại vật liệu làm mặt đường hiện nay đa phần đều phải sử dụng máy móc để thi công, đặc biệt là các loại mặt đường có sử dụng bi tum luôn cần phải có máy móc chuyên dụng. Ví dụ như đối với bê tông nhựa: Bên cạnh việc sử dụng máy móc chuyên dụng trong thi công, để đảm bảo điều kiện về nhiệt độ khi thi công với cự ly các công trình ở xa thì cũng phải yêu cầu các máy móc chuyên dụng để vận chuyển các loại bê tông nhựa.