[Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 5

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

Thêm vào BST

Báo xấu

185
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhựa đường (asphalt) là một chất lỏng hay chất bán rắn có độ nhớt cao và có màu đen, nó có mặt trong phần lớn các loại dầu thô và trong một số trầm tích tự nhiên. Thành phần chủ yếu của nhựa đường là bitum.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: [Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 5

Hình 4.11. Bi u ñ ph i h p 2 c t li u ð i v i m t c sàng c th , xác ñ nh trên ñư ng th ng nh ng ñi m giao v i ñư ng gióng n m ngang th hi n tr s gi i h n c a yêu c u k thu t ph n trăm l t sàng cho phép c a t ng lo i c t li u. Ví d : ñ i v i c sàng 9.5mm, 2 ñi m th hi n b ng d u ch m n m trên ñư ng th ng 9.5mm là tr s ph n trăm l t sàng gi i h n trên và dư i, ñư c xác ñ nh là giao c a 2 ñư ng gióng n m ngang tương ng v i tr s 70% và 90%. Ph n ñư ng th ng n m gi a 2 ñi m th hi n ph m vi t l c a 2 c t li u A và B. Xác ñ nh ñi m trên cùng và dư i cùng c a c t t l ngang s không vư t qua gi i h n c a yêu c u k thu t ñ i v i c sàng ñó. Ph n c a c t t l ngang ñư c xác ñ nh b i 2 ñư ng th ng ñ ng, sao cho t t c các c sàng ñ u n m trong gi i h n, th hi n gi i h n c a t l các lo i c t li u ñư c dùng ñ có ñư c h n h p tho mãn yêu c u. Trong trư ng h p này 43–54% c a c t li u A và 46–57% c a c t li u B khi ph i h p v i nhau s tho mãn yêu c u. Cũng có th th y r ng % l t qua c sàng 0.6mm và 0.075mm c a h n h p v t li u sau khi ñã tr n v i nhau có v n ñ và ta ph i ki m soát ñ ñ m b o thành ph n h t c a h n h p v t li u sau khi ph i h p luôn n m trong gi i h n c a yêu c u k thu t. Khi ph i h p thư ng ch n ñi m gi a trên tr c t l ngang. Trong trư ng h p này, c t li u A là 48% và c t li u B là 52%. Tính toán lư ng l t sàng c a h n h p v t li u khoáng AB theo phương trình 4.12 và ki m tra s thích h p v i tiêu chu n (xem ví d b ng 4.6). 4.6.3.2. H n h p 3 c t li u Gi thi t c n xác ñ nh t l ph i h p a, b, c (%) c a 3 c t li u A, B, C (C là thành ph n b t ñá). Phương pháp gi i tích: Phương trình cơ b n ph i h p 3 c t li u là: P = A.a + B.b + C.c (4.15) a + b + c =1 (4.16) Ki m tra các c p ph i th y r ng c t li u A h u h t l n hơn c sàng 2.36mm, b t ñá nh hơn (l t qua) 0.075mm. Như v y c sàng 2.36mm ch còn 2 c h t A và B P − B 42.5 − 82 a= = = 0.5 A − B 3.2 − 82 Xét t i c sàng 0.075mm, có: P = A.a+B.b+C.c (4+10)/2 = 7 = 0.5ì0+4ìb+82ìc; b+c = 0.5
suy ra: c = 0.06; b = 0.44 V i a = 0.5, c = 0.06, b = 0.44 ki m tra t i các m t sàng theo phương trình 4.15 cho k t qu ñ t yêu c u. Phương pháp ñ th : S d ng to ñ hình ch nh t v i tr c th ng ñ ng là lư ng l t sàng t i c sàng 0.075mm, tr c n m ngang là % sót tích lu trên sàng 2.36mm. Các ñi m th hi n c p ph i t ng lo i c t li u ñư c v trên bi u ñ 4.12. Ch có t l sót trên sàng 2.36mm ch y u là c t li u A và l t qua sàng 0.075mm là c t li u C. ði m A th hi n lư ng sót tích lu trên sàng 2.36mm c a c t li u A. ði m B th hi n lư ng sót tích lu trên sàng 2.36mm c a c t li u B và lư ng l t qua sàng 0.075mm c a c t li u B. ði m C th hi n lư ng l t qua sàng 0.075mm c a c t li u C. ði m S là ñi m gi a c a ph m vi mà tiêu chu n k thu t yêu c u ñ i v i v t li u sót l i trên sàng 2.36mm và l t sàng 0.075mm. Các ñư ng th ng AS c t BC t i B’. Chi u dài c a các ño n th ng ñư c xác ñ nh b i tr s % c a các ñi m. Các h s a, b, c ng v i t l % c a c t li u A, B, C ñư c tính như sau: a= (SB’)/ (AB’) = (57.5–17)/ (97.5–17)=0.5 T b+c =1– a; có: C = (1–a) ×B’B/CB’ = 0.5×(13–4)/ (82–4) = 0.06 b =1– a – c = 0.44 B ng 4.7. Ví d tính toán ph i h p h n h p 3 c t li u 19 12.5 9.5 4.75 2.36 0.6 0.35 0.15 0.075 C sàng 3/4" 1/2" 3/8" No.4 8 30 50 100 200 L t sàng 80 – 70 – 50 – 35 – 18 – 13 – 8– 4– 100 yêu c u 100 90 70 50 29 23 16 10 L t sàng 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0 A L t sàng 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 B L t sàng 100 100 100 100 100 100 98 93 82 C 0.5A 50 45 29.5 8 1.6 0.6 0 0 0 0.44B 44 44 44 42.2 36 22.4 15.8 9.2 1.76 0.06C 6 6 6 6 6 6 5.9 5.6 4.9
T ng 100 100 79.5 56.2 43.6 29 21.7 14.8 6.66 ðánh giá ñt ñt ñt ñt ñt ñt ñt ñt ñt Hình 4.12. Bi u ñ ph i h p 3 c t li u 4.7. THI T K H N H P CÁC C T LI U ð CH T O BÊ TÔNG ASPHALT THEO TIÊU CHU N NGA V t li u s d ng ph i phù h p v i lo i, d ng bê tông và ñ t các yêu c u v tính ch t cơ h c, tính n ñ nh nhi t và tính ch ng ăn mòn, ñ ng th i ph i phù h p v i yêu c u c a quy ph m. H n h p v t liêu khoáng ñư c l a ch n sao cho ñ m b o ñư c ñ ñ c h p lý và có ñ r ng nh nh t (t c là có kh i lư ng riêng l n nh t). Lý thuy t v ñư ng cong ñ ñ c h p lý là cơ s ñ t o ra thành ph n h t h p lý. Thành ph n c p ph i h t theo tiêu chu n Vi t nam ñư c gi i thi u b ng 4.8. Thành ph n v t li u khoáng trong bê tông asphalt thông thư ng g m 3 lo i: ñá dăm, cát, b t khoáng v i t l là ð, C, B (%). Trong m t s trư ng h p ñ tăng ch t lư ng bê tông có th cho thêm m t ph n ñá m t (M%). H n h p v t li u khoáng ñư c l a ch n có t ng t l thành ph n như sau: ð + C + B + M = 100% (4.17) ho c ð + C + B = 100% (không có ñá m t) (4.18) Lư ng l t qua sàng c a h n h p v t li u khoáng Lx ñư c xác ñ nh theo công th c sau: Dx Mx Cx Bx Lx = D+ M+ C+ B (4.19) 100 100 100 100
trong ñó: ðx, Mx, Cx và Bx là lư ng l t qua sàng kích thư c x (mm) c a ñá, m t, cát và b t khoáng. Lx ph i phù h p v i lư ng l t sàng t i m i m t sàng ñư c quy ñ nh trong tiêu chu n k thu t c a d án theo quan h sau: Ltcmax ≥ Lx ≥ Ltcmin (4.20) ð gi i h phương trình 4.17 (ho c 4.18) và 4.19 c n quy ñ nh v gi i h t cho ñá, cát và b t ñá. ðá có kích thư c h t l n hơn ho c b ng 5mm; cát có kích thư c h t nh hơn 5mm và l n hơn 0.071mm; b t ñá là nh ng h t l t qua sàng 0.071mm. Như v y t i m t sàng 5mm yêu c u L5 c a cát b ng 100%. T i m t sàng 0.071mm lư ng l t sàng c a cát và ñá b ng 0%. Xác ñ nh lư ng ñá: Công th c ñ tính ð như sau: 100 − L 5TC D= 100(%) 100 − L 5D B ng 4.8. Thành ph n c p ph i h n h p c t li u bê tông nh a ñ c nóng theo tiêu chu n Vi t Nam Bê tông nh a cát Lo i BTNC* BTNC 9,5 BTNC 12,5 BTNC 19 BTNC 4,75 C h t l n nh t 9,5 12,5 19 4,75 danh ñ nh (mm) Ph m vi áp L p m t trên V a hè, làn dành L pm t L pm t ho c l p m t cho xe ñ p, xe thô d ng trên dư i dư i sơ Chi u dày r i 4–5 5–7 6–8 3–5 h p lý, cm C sàng (m t Lư ng l t qua sàng (% kh i lư ng) vuông), mm 25 – – 100 – 19 – 100 90–100 – 12,5 100 90–100 71–86 – 9,5 90–100 74–89 58–78 100 4,75 55–80 47–71 36–61 80–100 2,36 36–63 30–55 25–45 65–82 1,18 25–45 21–40 17–33 45–65 0,6 17–33 15–31 12–25 30–50 0,3 12–25 11–22 8–17 20–36 0,15 9–17 8–15 6–12 15–25 0,075 6–10 6–10 5–8 8–12 Hàm lư ng 5,2–6,2 5,0–6,0 4,8–5,8 6,0–7,5
nh a tham kh o (tính theo % kh i lư ng h n h p bê tông nh a) * BTNC: bê tông nh a nóng ch t B ng 4.9. Thành ph n c p ph i h n h p c t li u bê tông nh a r ng theo tiêu chu n Vi t Nam. Lo i BTNR* BTNR 19 BTNR 25 BTNR 37,5 C h t l n nh t danh ñ nh (mm) 19 25 37,5 Ph m vi áp d ng L p móng L p móng L p móng trên Chi u dày r i h p lý, cm 4–5 5–7 6–8 C sàng (m t vuông), mm Lư ng l t qua sàng (% kh i lư ng) 50 – – 100 37,5 – 100 90–100 25 100 90–100 – 19 90–100 – 40–70 12,5 – 40–70 – 9,5 40–70 – 18–48 4,75 15–39 10–34 6–29 2,36 2–18 1–17 0–14 1,18 – – – 0,6 0–10 0–10 0–8 0,3 – – – 0,15 – – – 0,075 – – – Hàm lư ng nh a tham kh o (tính theo % kh i lư ng h n h p bê tông 4,0–5,0 3,5–4,5 3,0–4,0 nh a)
* BTNR: bê tông nh a nóng r ng C p ph i c t li u sau ñ m nén có ñ r ng t 16–19% ñ ñ ch a bitum và m t ph n không khí. T l thành ph n c a ñá dăm ñư c xác ñ nh theo công th c sau: Ax D= × 100(%) A Dx trong ñó: Ax, ADx là lư ng sót tích lu t i c h t x c a h n h p h p lý theo tiêu chu n và c a ñá dăm. M t sàng x thông thư ng là 5 mm. Trong trư ng h p t i m t sàng 5mm có lư ng l t qua sàng c a cát nh hơn 100% thì có th tính ð t i m t sàng l n hơn. Xác ñ nh lư ng b t khoáng: T l ph n trăm c a b t khoáng (có c ht< 0,071mm) ñư c xác ñ nh theo công th c sau: Y0.071 B= × 100,% B 0.071 trong ñó: Y0,071 và B0,071 là lư ng h t nh hơn 0,071mm c a h n h p v t li u theo tiêu chu n và c a b t khoáng. Xác ñ nh lư ng cát và lư ng m t: T ng t l ph n trăm c a cát và ñá m t ñư c tính như sau: C + M = 100 – B – ð = M' Gi i h các phương trình trên ta có hàm lư ng cát v i x = 1,25mm theo phương trình sau: ( ) C.C1.25 M ' − C .M1.25 + = L1.25 − B 100 100 T thành ph n v t li u th c t , tính toán t l thành ph n c a ñá, cát, b t ñá. Thi t l p ñư ng c p ph i h t c a h n h p theo t l ph n trăm ñã ch n b ng phương trình 4.19. So sánh c p ph i h t ñã ch n v i thành ph n h t theo tiêu chu n b ng bi u ñ . Yêu c u thành ph n h t thi t k ph i phù h p v i gi i h n thành ph n c a h n h p h p lý theo tiêu chu n. N u thành ph n ch n ñư c không h p tiêu chu n thì ph i ñi u ch nh l i các lư ng v t li u ñ có thành ph n phù h p v i tiêu chu n. 4.8. THÍ D TÍNH TOÁN THÀNH PH N V T LI U KHOÁNG CHO BÊ TÔNG ASPHALT Yêu c u l a ch n thành ph n v t li u khoáng cho bê tông asphalt r i nóng, h t nh , lo i dùng cho l p trên c a k t c u m t ñư ng. V t li u g m: ñá dăm, cát sông, b t ñá vôi có thành ph n h t ghi trong b ng sau 4.10. Tính toán thành ph n v t li u khoáng c a h n h p bê tông asphalt Tính lư ng ñá dăm:
Xét m t sàng có ñư ng kính 5mm, theo tiêu chu n lư ng h t có ñư ng kính l n hơn 5mm ph i có lư ng h t l t qua sàng n m trong ph m vi 43 – 57 %. V y lư ng h t có ñư ng kính l n hơn 5mm theo quy ph m b ng: A5 = 0,5×(57 + 43) = 50 (%) Lư ng h t có ñư ng kính l n hơn 5mm trong ñá dăm là 95%. 50 D= × 100 = 52,% Như v y: 95 Tính lư ng b t khoáng: Theo tiêu chu n yêu c u lư ng h t có ñư ng kính nh hơn 0,071 n m trong ph m vi 5 – 10 %. Trong tính toán ch n Y0,071 = 7% và B0,071 = 85%. 7 B= × 100 = 8,% khi ñó: 85 Lư ng cát s là: C = 100 – 52 – 8 = 40 (%). B ng 4.10. Ví d tính toán thành ph n c p ph i h n h p c t li u cho bê tông asphalt. Lư ng l t qua sàng (%) kích thư c m t sàng (mm) V t li u 20 15 10 5 3 1.25 0.31 0.63 0.14 0.071 ðá dăm 5– 100 70 57 5 20mm Cát sông 100 60 40 25 10 B t ñá vôi 100 98 93 85 H n h p theo 95– 81– 65– 43– 31– 22– 16– 12 – 8– 5– tiêu chu n 100 89 75 57 49 33 24 18 13 10 ðá dăm 52% 52 36.4 29.6 2.6 Cát sông 40% 40 40 40 40 40 24 16 10 4 B t khoáng 8% 8 8 8 8 8 8 8 7.84 7.44 6.8 Thành ph n h n h p ñã 100 84.4 77.6 50.6 48 32 24 17.84 11. 4 6.8 ch n
Chương 5 C U TRÚC C A BÊ TÔNG ASPHALT 5.1. KHÁI QUÁT Tính ch t v t lý, cơ h c c a bê tông asphalt ph thu c vào ch t lư ng, t l thành ph n các v t li u ch t o và c u trúc c a bê tông. C u trúc c a bê tông asphalt th hi n m i tương tác gi a các y u t c u t o, s ph i h p gi a chúng. T p h p c a các y u t này ñư c th hi n b ng m i quan h gi a ñ c tính c a v t li u v i ñ ñ c và ñ r ng c a v t li u khoáng, c u trúc và ñ c tính c a bitum, s liên k t v i v t li u khoáng và l p ñ y l r ng v t li u khoáng c a bitum. C u trúc c a bê tông asphalt bao g m c u trúc c a h n h p v t li u khoáng và c u trúc c a bitum trong bê tông asphalt. 5.2. C U TRÚC C A V T LI U KHOÁNG TRONG BÊ TÔNG ASPHALT C u trúc c a v t li u khoáng trong bê tông asphalt ñư c chia ra làm 3 lo i: có khung, bán khung và không có khung (xem Hình 5.1.). Tuỳ theo t l và kh i lư ng c a ñá, cát, b t khoáng có th t o ra m t trong 3 lo i c u trúc trên. T l ph n trăm c a ñá thư ng t 20-65%, cát t 20-40%, b t ñá t 14-4%. ð r ng c a v t li u khoáng thư ng t 15-22%, ñ r ng còn l i t 2-7%. C u trúc có khung là c u trúc mà ñ r ng c a h n h p ñư c l p ñ y hoàn toàn b ng v a asphalt (Hình 5.1a). Th tích c a v a asphalt bao g m h n h p c a cát, b t khoáng và bitum không vư t quá th tích r ng c a ñá dăm, ñ l n c a các h t cát không l n hơn kích thư c c a các l r ng trong b khung ñá dăm. Như v y, các h t c t li u không d chuy n ñ ng trong v a asphalt và ti p xúc v i nhau m t cách tr c ti p ho c thông qua l p màng c ng bitum t o c u trúc. S có m t các khung c ng không gian làm tăng ñ n ñ nh ñ ng c a l p ph m t ñư ng. C u trúc khung quen thu c thư ng ch a lư ng b t khoáng t 4 - 10%, lư ng bi tum t 5 - 7%, lư ng ñá t 50-60%. C u trúc bán khung (Hình 5.1b) c a v t li u khoáng là c u trúc có các ph n c c b c a h t ñá dăm t p trung l n hơn th tích c a v a asphalt. C u trúc không có khung (Hình 5.1c) là c u trúc trong ñó các h t ñá dăm d di chuy n do lư ng th a c a ch t k t dính asphalt (h s l p ñ y l r ng l n hơn 1). Cư ng ñ và ñ dính k t c a c u trúc này gi m khi ch u nhi t làm cho l p ph m t ñư ng b bi n d ng d o. C u trúc khung c a h n h p v t li u khoáng có th t o ra ñ c tính ch u chuy n ñ ng l n và nó t l thu n v i hàm lư ng ñá dăm trong bê tông asphalt. V m t thành ph n h t các lo i h n h p này có th không dùng nh ng h t có ñư ng kính t 5- 0.63mm. Hàm lư ng ñá dăm, b t khoáng và t l c a chúng không ch xác ñ nh c u trúc c a h n h p mà còn nh hư ng ñ n tính ch t c a bê tông asphalt. Khi lư ng ñá ð=65%, lư ng b t khoáng B=4% thì ñ r ng c a h n h p v t li u khoáng kho ng 15%. N u lư ng b t khoáng B=5% thì ñ r ng dư là kho ng 6%, khi ñó bê tông asphalt có ñ n ñ nh cao. Khi lư ng ñá ð=20%, lư ng b t khoáng B=14% thì ñ r ng c a h n h p v t
li u khoáng ñ t ñ n 22%. Khi dùng lư ng bitum ñ n 7% thì ñ n ñ nh và ch ng n t ñ u th p. a) b) c) Hình 5.1. C u trúc c a bê tông asphalt a) c u trúc có khung; b) c u trúc bán khung; c) c u trúc không có khung 5.3. C U TRÚC C A BITUM TRONG BÊ TÔNG ASPHALT Khi tr n v t li u khoáng v i bitum trên b m t c a h t ñá dăm, cát và b t khoáng ñư c ph m t l p m ng bitum. C u trúc và tính ch t c a l p ph ñó nh hư ng ñ n tính ch t và ch t lư ng c a bê tông asphalt. S liên k t gi a v t li u khoáng và l p màng m ng c a bitum ñư c hình thành nh các quá trình v t lý và hoá h c ph c t p. Các nghiên c u trong nhi u năm c a các nhà khoa h c v k thu t d u l a, k thu t ñư ng ôtô trên th gi i ñã t o nên các lý thuy t cơ b n v m i quan h gi a v t li u khoáng v i các ch t k t dính h u cơ nói chung và bitum nói riêng. S dính bám c a bitum v i v t li u khoáng ñư c gi i thích là có ph thu c nhi u vào t ng di n tích b m t c a các h t. B m t riêng c a ñá l n hơn 10cm2/g, cát 100-200cm2/g, b t ñá 2000-3000cm2/g. Ví d , trong 100g h n h p có 50% ñá dăm, 40% cát và 10% b t khoáng có kích thư c nh hơn 0.071mm thì di n tích b m t c a ñá dăm s là 500cm2, cát 8000 cm2 và b t khoáng là 30000cm2. Như v y b t khoáng có t di n tích b m t l n nh t và chi m t i 80% nên l c dính bám trên b m t b t khoáng s nh hư ng ñ n c u trúc và tính ch t c a bê tông asphalt. Có th tính toán b m t c a c t li u ñư c bao b c b ng bitum khi ch p nh n m t d ng xác ñ nh c a h t c t li u. Hveem ñã tính toán các tr s t di n tích b m t c a các c h t v i gi thi t h t c t li u có d ng hình c u và có kh i lư ng riêng là 2.65 như B ng 5.1. B ng 5.1. T di n tích b m t ñi n hình T di n tích b m t (m2/kg) C h t (mm) 0.075 32.77 0.150 12.29 0.300 6.14 0.600 2.87 1.180 1.64
2.360 0.82 > 4.750 0.41 ð dày c a màng m ng bitum khi ñó ñư c tính theo công th c lý thuy t sau: b 1 1 T= × × 100 − b ρb SAF trong ñó: T- ñ dày c a màng bitum, mm ρB – kh i lư ng riêng c a bitum, kg/m3 SAF – t di n tích b m t c a c t li u, m2/kg b - hàm lư ng bitum, % Di n tích b m t c a c t li u ñư c tính b ng cách nhân t ng ph n trăm lư ng l t qua l sàng v i t di n b m t tương ng. Khi c t li u g m các kích c h t khác nhau thì có th tính riêng cho t ng c h t. V c u trúc c a bitum trong l p m ng trên b m t c a h t và b t ñá ñư c gi i thích theo nhi u lý thuy t khác nhau. Theo tác gi I.A. Rưbev cho r ng có m t l c dính bám c a l p m ng này v i b m t c a ñá. Theo tác gi Karolev l p bitum này g m có l p bitum t do, l p bitum c ng và gi a là l p bitum ñư c tr n v i b t ñá (ch t liên k t asphalt). Theo các tác gi M cho r ng l p bitum trên b m t khoáng bao g m 2 vùng, m t vùng ñ th m vào v t li u ñá và m t vùng hi u qu ñ t o nên l c liên k t v i ñá. Cư ng ñ , kh i lư ng riêng và ñ d o c a bitum trong l p ph trên b m t c a v t li u khoáng s t o nên kh năng dính bám v i b m t c a h t. Chi u dày l p ph bitum ph thu c vào ñ l n c a các h t. Theo I.B. Karolev trên các h t có ñư ng kính nh hơn 0.071mm thì chi u dày c a màng bitum kho ng 0.2µm, còn trên các h t ñá dăm thì chi u dày c a màng bitum t 10-20µm. Trên b m t c a v t li u khoáng có tác ñ ng vi c ñ m lèn thì chi u dày c a màng bitum thư ng nh hơn 10µm. Thành ph n b t ñá phân tán m nh có th làm thay ñ i c u trúc bitum trong l p m ng b ng cách s d ng thêm các ph gia d ng keo. ðơn gi n nh t là h xi măng nư c. Bitum ñư c k t dính t t ñ i v i h u h t v t li u làm ñư ng v i ñi u ki n các v t li u ñó ph i s ch, khô và không có b i bám, l c dính bám ph thu c vào ñ nh t c a bitum. Khi ñ nh t c a bitum càng cao thì th i gian làm ư t c t li u càng lâu. Khi bitum dính k t t t v i các h t c t li u thì s dính k t ñó ít b suy y u ngo i tr s can thi p c a nư c. Khi có tác ñ ng c a nư c s gây hi n tư ng không k t dính khi có nư c. N u c t li u là các ñá axít ưa nư c, nư c có tác d ng làm gi m l c dính k t và có kh năng thâm nh p vào gi a màng bitum và c t li u, làm tách bitum ra kh i c t li u. CÂU H I ÔN T P 1. Trình bày v c u trúc c a v t li u khoáng trong bê tông asphalt.
2. Trình bày v c u trúc c a bitum trong bê tông asphalt. Chương 6 CÁC TÍNH CH T C A BÊ TÔNG ASPHALT 6.1. KHÁI QUÁT Các tính ch t c a h n h p bê tông asphalt và bê tông asphalt ñã ñ m nén làm m t ñư ng bao g m tính ch t liên quan ñ n ñ c tính th tích và tính ch t cơ h c. ð c tính th tích c a bê tông asphalt bao g m các ch tiêu: ñ r ng dư (VIM), ñ r ng c t li u (VMA), ñ r ng l p ñ y nh a (VFA). Các giá tr này ph i n m trong gi i h n quy ñ nh ñ m b o l p bê tông asphalt có kh năng ch ng bi n d ng, ch ng ch y bitum dư i tác ñ ng c a t i tr ng xe và y u t nhi t ñ môi trư ng, h n ch s xâm nh p c a nư c vào h n h p trong quá trình khai thác. ð xác ñ nh các ch tiêu ñ c tính th tích c a bê tông asphalt, c n thi t ph i thí nghi m và tính toán các ch tiêu sau: – Các ch tiêu liên quan ñ n t tr ng c a v t li u thành ph n: t tr ng c a c t li u thô (ñá dăm), t tr ng c a c t li u m n (cát thiên nhiên, cát xay t ñá), t tr ng c a bitum, t tr ng c a b t khoáng. – Các ch tiêu liên quan ñ n t tr ng c a h n h p bê tông asphalt: t tr ng bi u ki n c a c t li u trong h n h p bê tông asphalt, t tr ng kh i c a h n h p bê tông asphalt tr ng thái r i (chưa ñ m), t tr ng kh i c a h n h p bê tông asphalt khi ñã ñư c ñ m nén, t tr ng l n nh t c a h n h p bê tông asphalt tr ng thái r i (chưa ñ m). Các tính ch t cơ h c c a bê tông asphalt: bao g m các ch tiêu liên quan ñ n cư ng ñ c a h n h p bê tông asphalt sau khi ñ m nén nh m ñ m b o cho k t c u l p bê tông asphalt có ñ cư ng ñ và ñ b n sau khi xây d ng và trong quá trình khai thác dư i tác ñ ng c a t i tr ng xe ch y và các y u t môi trư ng. Khi t i tr ng bánh xe tác d ng xu ng m t ñư ng, có hai ng su t ñư c truy n t i m t ñư ng bê tông asphalt: ng su t th ng ñ ng và ng su t n m ngang. V i ng su t th ng ñ ng sinh ra bi n d ng lún c a k t c u m t ñư ng và gây ra ng su t kéo l n nh t dư i ñáy l p v t li u bê tông asphalt. H n h p bê tông asphalt vì v y c n ph i b n ch c và ñ kh năng ñàn h i ñ ch ng l i ng su t nén và ngăn không cho xu t hi n bi n d ng vĩnh c u. Bê tông asphalt ph i có ñ cư ng ñ kéo ñ ch ng l i các ng su t kéo sinh ra ñáy l p bê tông asphalt và có ñ ñ ñàn h i ñ ch ng l i các tác ñ ng c a t i tr ng mà không sinh ra hi n tư ng n t m i. Cùng v i các tác ñ ng c a t i tr ng và môi trư ng, m t ñư ng bê tông asphalt s d n d n b hư h ng theo ba hình th c chính dư i ñây ph thu c vào cơ ch ch u t i tr ng xe ch y và ñi u ki n môi trư ng, ñó là: – Bi n d ng vĩnh c u; – N t m i;
– N t do nhi t ñ th p. ð xác ñ nh các tính ch t cơ h c c a bê tông asphalt, trên th gi i tùy theo truy n th ng, tùy theo phương pháp thi t k bê tông asphalt và tùy theo ñi u ki n phát tri n c a t ng nư c mà có nhi u phương pháp thí nghi m khác nhau ñư c áp d ng cho m i nư c. Trong quá trình phát tri n, nhi u phương pháp thí nghi m cơ h c c a bê tông asphalt ñư c b sung cho phù h p v i ñi u ki n làm vi c c a m t ñư ng bê tông asphalt, và cũng có không ít phương pháp ñư c lo i b do ít ñư c áp d ng. Nhìn chung các phương pháp thí nghi m cơ h c c a bê tông asphalt hi n nay thư ng s d ng mô hình t i tr ng trùng ph c, nh m mô ph ng các tác ñ ng do t i tr ng và y u t môi trư ng (nhi t ñ , ñ m) gây ra trên l p m t ñư ng bê tông asphalt. Các tính ch t cơ h c c a bê tông có th phân theo các nhóm sau: – Các tính ch t cơ h c ph c v cho thi t k h n h p bê tông asphalt: ñư c ti n hành ph c v vi c thi t k l a ch n hàm lư ng nh a t i ưu cho h n h p bê tông asphalt. M u bê tông asphalt thi t k v a ph i tho mãn các tính ch t liên quan ñ n ñ c tính th tích, v a ph i tho mãn các tính ch t cơ h c ñư c quy ñ nh tương ng v i phương pháp ñó. Phương pháp thi t k bê tông asphalt ñư c áp d ng khá ph bi n trên th gi i và ñư c bi t nhi u Vi t Nam có th k ñ n là: Phương pháp thi t k Marshall; Phương pháp thi t k Hveem; Phương pháp thi t k theo Liên bang Nga (Liên xô cũ); Phương pháp thi t k Super Pave. – Các tính ch t cơ h c c a bê tông asphalt ph c v cho tính tóan k t c u: tuỳ thu c các phương pháp tính toán thi t k k t c u m t ñư ng khác nhau, trong ñó quy ñ nh các ch tiêu cơ h c c a bê tông asphalt c n thi t ph c v tính toán xác ñ nh chi u dày c n thi t c a l p bê tông asphalt m t ñư ng dư i tác d ng c a t i tr ng xe ch y và các y u t môi trư ng. Phân nhóm các phương pháp thí nghi m cơ h c c a bê tông asphalt theo phương c a l c tác d ng trên m u thì có các lo i: – Thí nghi m v i l c tác ñ ng theo phương ñư ng kính c a m u hình tr tròn; – Thí nghi m v i l c tác ñ ng d c tr c m u hình tr tròn; – Thí nghi m v i l c tác ñ ng 3 tr c trên m u hình tr tròn; – Thí nghi m c t; – Thí nghi m kéo; – Thí nghi m kéo u n trên m u hình d m. Phân nhóm các phương pháp thí nghi m cơ h c theo ki u tác d ng c a l c thì có các lo i: – Thí nghi m v i l c gia t i tĩnh;
– Thí nghi m v i l c gia t i ñ ng, nhi u chu kỳ gia t i. Dư i ñây trình bày m t s tính ch t cơ h c c a bê tông asphalt và các phương pháp thí nghi m liên quan ñư c s d ng khá ph bi n trên th gi i và Vi t Nam hi n nay và ñ nh hư ng cho tương lai. 6.2. CÁC TÍNH CH T CƠ H C 6.2.1. ð N ð NH VÀ ð D O MARSHALL (CÁC CH TIÊU CƠ H C T CÁC TÍNH CH T NÀY ðƯ C S D NG CHO PHƯƠNG PHÁP THI T K MARSHALL (22TCN 62–84, AASHTO T245)) ð n ñ nh Marshall: là giá tr l c l n nh t tác d ng lên m u t i th i ñi m m u b phá ho i (S). ð d o Marshall: là giá tr bi n d ng lún c a m u thí nghi m t i th i ñi m m u b phá ho i (F). ð n ñ nh và ñ d o Marshall c a m u bê tông asphalt ñã ñ m nén là hai ch tiêu cơ h c chính dùng trong phương pháp thi t k Marshall. Hai ch tiêu này ñư c xác ñ nh thông qua thí nghi m Marshall. Thí nghi m Marshall ñư c th c hi n trên m u bê tông asphalt hình tr tròn có ñư ng kính D = 101,6mm; chi u cao H = 63mm, ñư c ch t o t i phòng thí nghi m ho c m u khoan t m t ñư ng. M u bê tông asphalt ñư c tr n nhi t ñ quy ñ nh, ñư c t o m u trong khuôn Marshall v i s chày ñ m và nhi t ñ quy ñ nh. Sau khi ngâm m u trong nư c có nhi t ñ 60oC trong kho ng th i gian 30–40 phút, m u ñư c l y ra và ñ t vào thi t b Marshall ñ thí nghi m (Hình 6.1). L c nén có t c ñ 50,8mm/phút tác d ng d c theo phương ñư ng sinh cho t i khi m u b phá ho i.
Hình 6.1. Thí nghi m xác ñ nh ñ n ñ nh, ñ d o Marshall Trong trư ng h p m u thí nghi m có chi u cao khác v i chi u cao tiêu chu n, ñ n ñ nh Marshall b ng ñ l n c a l c phá ho i m u nhân thêm v i h s hi u ch nh chi u cao. ð n ñ nh, ñ d o Marshall cũng có th ñư c s d ng ñ xác ñ nh giá tr mô ñun ñàn h i c a bê tông asphalt theo công th c th c nghi m c a Nijboer như sau: S (kG/cm2) E dh,60 0 = 1.6 × (6.1) F Trong ñó: S: ð n ñ nh Marshall (KN). F: ð d o Marshall (mm). Hư ng d n thi t k h n h p bê tông asphalt theo Marshall c a Vi n Asphalt, k t qu 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 6.1. B ng 6.1. ð n ñ nh, ñ d o v i bê tông asphalt thi t k theo Marshall 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 ð d o, mm 3,2 7,2 3,2 6,4 2 4 6.2.2. ð N ð NH HVEEM (CH TIÊU CƠ H C T TÍNH CH T NÀY ðƯ C S D NG CHO PHƯƠNG PHÁP THI T K HVEEM (ASPHALT INSTITUTE)) ð n ñ nh Hveem là m t ch tiêu quan tr ng trong thi t k h n h p bê tông asphalt theo phương pháp Hveem. Thí nghi m xác ñ nh ñ n ñ nh Hveem ñư c th c hi n trên m u hình tr tròn có ñư ng kính D = 101.6mm, chi u cao H=63.5mm ch b theo phương pháp Hveem, ho c khoan t m t ñư ng. M u sau khi ñư c b o dư ng trong t s y nhi t ñ 60±3oC trong kho ng th i gian t 3–4 gi , ñư c l y ra và ñ t vào v trí thí nghi m (Hình 6.2).
Ti n hành gia t i cho m u ñ t o ra m t áp l c hông ban ñ u tác d ng lên m u là 34.5kPa. Sau ñó cho máy nén ho t ñ ng, tác d ng t i theo phương d c tr c m u v i t c ñ không ñ i là 1.3 mm/phút. Ghi l i ñ l n c a áp l c hông ng v i th i ñi m t i tr ng th ng ñ ng tác d ng lên m u ñ t 13.4 kN, 22.3kN và 26.7kN. NGAY SAU ðÓ, GI M T I TÁC D NG LÊN M U THEO PHƯƠNG D C TR C XU NG CÒN 4.45KN, ÁP L C HÔNG TÁC D NG LÊN M U XU NG CÒN 34.5 KPA. DÙNG BƠM THU L C QUAY TAY ð TĂNG D N ÁP L C HÔNG TÁC D NG LÊN M U. ð M CHÍNH XÁC S VÒNG QUAY ð ÁP L C HÔNG TÁC D NG LÊN M U TĂNG T 34.5KPA ð N 690 KPA, T ðÓ TÍNH ðƯ C CHUY N V TƯƠNG NG. Hình 6.2. Thí nghi m ñ n ñ nh Hveem ð n ñ nh Hveem là m t giá tr không có th nguyên và ñư c xác ñ nh theo công th c: 22.2 S= (6.2) Ph .D + 0.222 Pv − Ph Trong ñó : D : Chuy n v tương ng v i s vòng quay ñ áp l c hông tác d ng lên m u tăng t 34.5 kPa ñ n 690 kPa. Pv : Áp l c tác d ng lên m u theo phương d c tr c (thư ng l y Pv =2.76 MPa ng v i t i tr ng tác d ng lên m u là 22.3kN). Ph : Áp l c hông tác d ng lên m u ng v i th i ñi m xác ñ nh Pv. Theo quy ñ nh c a Hveem, h n h p bê tông asphalt khi thi t k ph i có ñ n ñ nh l n hơn các giá tr 30, 35, 37 tương ng v i lư ng giao thông nh , trung bình và n ng. B ng 6.2. ñưa ra quy ñ nh k thu t tương ng v i các lo i bê tông asphalt khi thi t k theo Hveem.
B ng 6.2. Yêu c u k thu t v i bê tông asphalt thi t k theo Hveem Tiêu chu n thi t k bê Lo i h n h p bê tông atphalt tông asphalt theo Hveem A B E F G ð n ñ nh Hveem 37 35 35 35 35 ð dính bám Hveem 100 100 100 50 100 ð r ng dư, % 2–4,5 2–4,5 2–4,5 2–4,5 2–4,5 . 6.2.3. CƯ NG ð CH U NÉN, TÍNH N ð NH NƯ C VÀ N ð NH NHI T C A BÊ TÔNG ASPHALT (CÁC CH TIÊU CƠ H C T CÁC TÍNH CH T NÀY PH C V CHO PHƯƠNG PHÁP THI T K C A LIÊN BANG NGA, 22TCN 249–98) Tính ch t cư ng ñ ch u nén, tính n ñ nh nư c và tính n ñ nh nhi t c a bê tông asphalt ñư c ñánh giá thông qua các ch tiêu: – Cư ng ñ ch u nén gi i h n; – H s n ñ nh nư c; – H s n ñ nh nhi t. Theo tiêu chu n 22TCN 62–84 “Quy trình thí nghi m bê tông nh a”, thí nghi m ñư c th c hi n trên m u hình tr tròn có ñư ng kính D b ng chi u cao H (v i D = 50.5mm, 71.5mm ho c 101.6mm tuỳ theo c h t l n nh t c a bê tông nh a) ñư c ch b b ng phương pháp ép tĩnh ho c khoan v t hi n trư ng. M t l c nén có t c ñ 3±0.5mm/phút tác d ng d c tr c m u cho t i khi m u b phá ho i (Hình 6.3.), ñ l n c a l c phá ho i m u ñư c s d ng ñ tính cư ng ñ ch u nén gi i h n. P TÊm gia t¶i MÉu thÝ nghiÖm P TÊm gia t¶i Hình 6.3. Mô hình thí nghi m cư ng ñ ch u nén gi i h n Thí nghi m ñư c th c hi n 3 tr ng thái:
– M u khô (không ngâm nư c) nhi t ñ 20oC, ký hi u là Rnk20 – M u bão hoà (ngâm nư c) nhi t ñ 200C, ký hi u là Rnbh20 – M u khô nhi t ñ 500C, ký hi u là Rnk50. Cư ng ñ ch u nén gi i h n c a bê tông asphalt (Rn) ñư c tính theo công th c (6.3): P (daN/cm2) Rn = (6.3) F Trong ñó: P: T i tr ng phá ho i m u (daN). F: Di n tích m t c t ngang m u (cm2). Căn c vào cư ng ñ ch u nén gi i h n ba tr ng thái khác nhau ñ ñánh giá ñ n ñ nh nư c và ñ n ñ nh nhi t c a bê tông asphalt thông qua h s n ñ nh nư c và h s n ñ nh nhi t, và ñư c xác ñ nh theo các công th c sau: n ñ nh nư c ñư c tính theo công th c: Kn = Rnbh20/ Rnk20 –H s n ñ nh nhi t ñư c tính theo công th c: Kt = Rnk50/ Rnk20 –H s Theo 22 TCN 249–98, h n h p bê tông atphalt ch t khi thi t k ph i tho mãn các yêu c u v ñ c tính th tích (ñ r ng dư) và các tính ch t cơ h c theo quy ñ nh (B ng 6.3). B ng 6.3. Yêu c u v các ch tiêu cơ lý c a bê tông asphalt ch t Yêu c u ñ i v i bê tông nh a lo i Các ch tiêu T T I II 1 ð r ng c t li u khoáng, % th tích 15–19 15–21 2 ð r ng còn dư, % th tích 3–6 3–6 3 ð ng m nư c, % th tích 1,5–3,5 1,5–4,5 4 ð n , % th tích, không l n hơn 0,5 1,0 Cư ng ñ ch u nén, daN/cm2, nhi t 5 ñ +) 20oC không nh hơn 35 25 +)50oC không nh hơn 14 12 6 Hs n ñ nh nư c, không nh hơn 0,90 0,85 H s n ñ nh nư c, khi cho ngâm nư c 7 0,85 0,75 trong 15 ngày ñêm; không nh hơn ð n , % th tích, khi cho ngâm nư c 8 1,5 1,8 trong 15 ngày ñêm, không l n hơn
6.2.4. CƯ NG ð CH U KÉO GIÁN TI P (ÉP CH ), CƯ NG ð CH U C T (CÁC CH TIÊU CƠ H C T CÁC TÍNH CH T NÀY PH C V CHO PHƯƠNG PHÁP THI T K SUPER PAVE) Theo phương pháp Super Pave (M ), các ch tiêu cơ h c ph c v cho thi t k h n h p bê tông asphalt bao g m các ch tiêu cư ng ñ (kh năng làm vi c) c a h n h p bê tông asphalt và d báo kh năng làm vi c th c t c a m t ñư ng bê tông asphalt trên cơ sk t qu c a các ch tiêu sơ h c sau: – Kéo gián ti p (IDT) ñ xác ñ nh mô ñun ñàn h i và h s poát xông (22TCN 274–01, ASTM D4123, AASHTO TP31); – C t (SST), ñư c s d ng ñ xác ñ nh ñ c tính bi n d ng vĩnh c u (v t h n lún báng xe) và n t do m i. 6.2.4.1. Thí nghi m kéo gián ti p Bao g m các thí nghi m sau: – Cư ng ñ – t bi n, n t do nhi t; – Cư ng ñ , n t m i. Trong thí nghi m này áp l c nén ñư c ñ t vào m u hình tr theo m t ph ng c a ñư ng kính do v y gián ti p gây ra ng su t kéo theo phương ngang (Hình 6.4; 6.5). Thí nghi m ñư c th c hi n nhi t ñ 5oC, 30oC (ho c 25oC) và 40oC v i các t n s tác d ng t i tr ng b ng 0.33Hz, 0.5Hz và 1.0Hz. ð l n c a t i tr ng trùng ph c ñư c l a ch n sao cho giá tr ñ t vào kho ng t 10–50% giá tr t i tr ng phá ho i nhi t ñ tương ng (thư ng s d ng ñ l n t i tr ng v i giá tr trong kho ng 1– 35N/mm tính theo chi u dài c a m u). Hình 6.4. Mô hình thí nghi m kéo gián ti p