LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG NHỰA VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr ờng đại học giao thông vận tải



Nguyễn văn thành




Nghiên cứu các ph ơng pháp thí nghiệm
xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa
và định h ớng sử dụng ở việt nam



Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật







Hà nội-2006


Bộ giáo dục và đào tạo
Tr ờng đại học giao thông vận tải

Nguyễn văn thành




Nghiên cứu các ph ơng pháp thí nghiệm
xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa
và định h ớng sử dụng ở việt nam


Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật

Chuyên ngành: Xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố
Mã số: 60.58.30


Ng ời h ớng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Đức chính






Hà nội-2006



i

Mục lục

TT Nội dung Trang


Phần mở đầu
!


Ch ơng 1. Tổng quan
"
1.1.

#$%&'( )* +,(+ -+.(+ /01($ 23 /45 6'
-7($ (+85
4
1.2.

9:/ -;(+ /+<- /= 6>( /45 6' -7($ (+85
4
1.2.1.

Tính đàn-nhớt 5
1.2.2.

Tính nhớt-dẻo 5
1.2.3.

Tính chảy-dẻo 5
1.3.

9:/ ?7 +,(+ /= +@/ ?7 A+B($ 2C/ -;(+
6DE( FG($ /45 6' -7($ (+85
5
1.3.1.

Mô hình Maxvel 5
1.3.2.

Mô hình Kelvin 6
1.3.3.

Mô hình Buger 6
1.4.

H%I (+0J/ 2DK? /+4 &E% /45 6' -7($ (+85

7
1.4.1.

Những u điểm chủ yếu của bê tông nhựa 7
1.4.2.

Những nh ợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa 8
1.4.3.

Những dạng h hỏng chính của mặt đ ờng bê tông nhựa 8
1.5.

/:/ A+0=($ A+:A -+; ($+DL? M:/ 2N(+ /:/

/+O -D'% /= +@/ /45 6' -7($ (+85
10
1.5.1.

Phân loại theo mục đích sử dụng 10
1.5.2.

Phân loại theo hình dạng mẫu thí nghiệm 15
1.5.3.

Phân loại theo tải trọng thí nghiệm 15
1.5.4.

Phân loại theo mô hình thí nghiệm 15
1.5.5.

Đề xuất cách phân loại các ph ơng pháp thí nghiệm 16
!PQP

#+R( MS- !Q

ii
TT Nội dung Trang


Ch ơng 2. các ph ơng pháp thí nghiệm chủ
yếu xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông
nhựa và định h ớng sử dụng ở việt nam
!T
2.1.

UC- V<( 2W
18
2.2.

/:/ X+; ($+DL? -+YZ A+0=($ 201($ [;(+
/45 ?\% +,(+ -]^ -]_(
18
2.2.1.

Thí nghiệm kéo gián tiếp xác định c ờng độ ép chẻ 19
2.2.2.

Thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng trùng phục xác định
mô đun đàn hồi và hệ số poisson
21
2.3.

/:/ X+; ($+DL? F@/ -]^/ -]'( ?\% +,(+
-]^ -]_(
24
2.3.1.

Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi sử dụng tải trọng
tĩnh
24
2.3.2.

Thí nghiệm xác định mô đun động 25
2.3.3.

Thí nghiệm nén tĩnh xác định c ờng độ chịu nén giới hạn

27
2.3.4.

Thí nghiệm hạn chế ứng suất nhiệt xác định c ờng độ
chịu kéo
29
2.3.5.


Thí nghiệm kéo trực tiếp sử dụng tải trọng tĩnh xác định
c ờng độ chịu kéo
31
2.3.6.

Thí nghiệm kéo trực tiếp sử dụng tải trọng trùng phục
xác định đặc tính mỏi
31
2.3.7.

Thí nghiệm kéo-nén trực tiếp tải trọng trùng phục xác
định đặc tính mỏi
32
2.4.

X+; ($+DL? ` -]^/ ->D -]@($ -]a($ A+^/
-]'( ?\% +,(+ -]^ -]_(
33

2.5.

/:/ X+; ($+DL? /b-
34
2.5.1.

Thí nghiệm cắt tĩnh xác định lực dính đơn vị và góc nội
ma sát
34
2.5.2.

Các thí nghiệm cắt trên thiết bị cắt Superpave 35
2.6.

/:/ X+; ($+DL? -]'( ?\% +,(+ Fc?
39
2.6.1.

Thí nghiệm xác định c ờng độ kéo uốn giới hạn 39

iii

TT Nội dung Trang


2.6.2.

Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng trùng phục gia tải
tại các điểm 1/4 để xác định đặc tính mỏi
41

2.6.3.

Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng trùng phục gia tải
tại điểm giữa để xác định đặc tính mỏi
42
2.6.4.

Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng quay để xác định
đặc tính mỏi
43
2.6.5.

Thí nghiệm uốn mẫu dầm hình thang sử dụng tải trọng
trùng phục xác định đặc tính mỏi
43
2.6.6.

Thí nghiệm uốn dầm trên bệ đỡ xác định đặc tính mỏi 44
2.7.

/:/ X+; ($+DL? ?5($ -;(+ [D(+ ($+DL?
45
2.7.1.

Thí nghiệm Marshall xác định độ ổn định, độ dẻo 45
2.7.2.

Thí nghiệm xác định độ ổn định Hveem 46
2.8.

/:/ X+; ($+DL? ?7 A+B($
47
2.8.1.

Giới thiệu về thiết bị APA 50
2.8.2.

Các thí nghiệm trên thiết bị APA 51
2.9.

#+R( MS- V. 2N(+ +0d($ ef F^($ g VDL-
(5?
56
2.9.1.

Nhận xét 56
2.9.2.

Định h ớng sử dụng ở Việt Nam 58

Ch ơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm c ờng độ
ép chẻ và c ờng độ kéo uốn giới hạn của bê
tông nhựa
59
`P!P

UC- V<( 2W V. ?^/ -D'% ($+D'( /h% ij
`PkP

#3D F%($ -+8/ +DL( Ql

`P`P

[E- m%> -+8/ +DL( Q"
`P`P!P

Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa
Q"
3.3.2.

Kết quả thí nghiệm c ờng độ ép chẻ 72
3.3.3.

Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn giới hạn 74

iv
TT Nội dung Trang


3.3.4.

Xử lý số liệu 75
3.4.

#+R( MS-
78

Ch ơng 4. Kết luận kiến nghị, định h ớng
nghiên cứu tiếp
79
4.1.

nE- )%R( /+%($
79
4.2.

[DE( ($+N
80
4.3.

2N(+ +0d($ ($+D'( /h% -DEA
82


Tài liệu tham khảo
83


Phụ lục A. Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa
Phụ lục B. Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn

giới hạn và c ờng độ ép chẻ
Phụ lục C. Một số hình ảnh công tác thí nghiệm


1
Phần mở đầu

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, vật liệu bê tông nhựa
đã và đang đ ợc sử dụng rất phổ biến trong xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng sân
bay do những u điểm nổi bật.

g Việt Nam, trong những năm gần đây và t ơng lai, các công trình xây
dựng đ ờng ô tô ngày càng đ ợc phát triển rất mạnh mẽ nhằm tạo tiền đề cho
công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n ớc. Các dự án xây dựng đ ờng
với vốn đầu t trong n ớc hay ngoài n ớc đã và đang đ ợc triển khai và sử
dụng một khối l ợng lớn bê tông nhựa làm lớp mặt đ ờng.
Việc xây dựng các lớp kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa đảm bảo chất
l ợng cao, kéo dài tuổi thọ, chịu đ ợc tác động của xe chạy và các yếu tố môi
tr ờng là một nhiệm vụ quan trọng của chuyên ngành đ ờng ô tô trên thế giới
cũng nh ở Việt Nam.
Để đáp ứng những yêu cầu chất l ợng nêu trên, lớp bê tông nhựa đ ợc
thiết kế, xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Chống biến dạng d .
Chống nứt gãy do mỏi.
Chống nứt gãy do nhiệt độ thấp.
Dễ thi công với các thiết bị hiện có.
Bền lâu và chống mài mòn do tác động của các ph ơng tiện giao
thông, điều kiện khí hậu môi tr ờng cũng nh của con ng ời.
Đóng góp vào c ờng độ chung của kết cấu áo đ ờng.
Dễ duy tu bảo d ỡng và quan trọng nhất là phải hiệu quả về mặt
kinh tế.
Bảo đảm độ nhám bề mặt trong mọi điều kiện thời tiết.
Có hệ số sức cản lăn trong phạm vi chấp nhận đ ợc.
Hạn chế độ ồn trong phạm vi cho phép.
Để đáp ứng đ ợc các yêu cầu trên, cần phải thực hiện đồng bộ ở tất cả
các khâu (nh thiết kế, thi công, giám sát, duy tu bảo d ỡng, ), trong đó
quan trọng nhất là phải lựa chọn đ ợc ph ơng pháp thiết kế và các ph ơng
pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa đáng tin cậy,
phản ánh gần đúng nhất bản chất, điều kiện làm việc thực tế của bê tông nhựa.
Trên thế giới đã và đang sử dụng nhiều ph ơng pháp thiết kế, nhiều
ph ơng pháp thí nghiệm hiện đại để đánh giá các chỉ tiêu cơ học của bê tông

2
nhựa phản ánh gần đúng điều kiện làm việc thực tế của mặt đ ờng bê tông
nhựa; trong khi đó Việt Nam hiện vẫn đang sử dụng một số ph ơng pháp
truyền thống đơn giản để kiểm tra, đánh giá chất l ợng bê tông nhựa.
Do vậy, cần thiết phải có một nghiên cứu đầy đủ và toàn diện về các
ph ơng pháp xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa, trên cơ sở đó đ a
ra định h ớng sử dụng ở Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu :
Nghiên cứu đánh giá các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu
cơ học của bê tông nhựa hiện đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới.
Nghiên cứu thực nghiệm xác lập hệ số t ơng quan giữa c ờng độ kéo
uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số loại bê tông nhựa điển hình đang
đ ợc sử dụng ở Việt Nam.
Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đ a ra định h ớng
cho việc sử dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của
bê tông nhựa ở Việt Nam.
Ph ơng pháp nghiên cứu :
Đề tài đ ợc thực hiện theo ph ơng pháp nghiên lý thuyết và thực
nghiệm:
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đánh giá các ph ơng pháp thí
nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng trên
thế giới và ở Việt Nam trên cơ sở các tài liệu hiện có, các kết quả nghiên cứu
của một số tác giả về các ph ơng pháp xác định các chỉ tiêu cơ học của bê
tông nhựa.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm xác lập hệ số
t ơng quan giữa c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số
loại bê tông nhựa điển hình đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam
- Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đ a ra định
h ớng cho việc sử dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ

học của bê tông nhựa ở Việt Nam.
Nội dung luận án: Luận án gồm 4 ch ơng và 3 phụ lục:
- Ch ơng 1. Tổng quan
- Ch ơng 2. Nghiên cứu một số ph ơng pháp thí nghiệm chủ yếu
xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định h ớng sử dụng ở Việt
Nam.
- Ch ơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm c ờng độ ép chẻ và c ờng độ kéo
uốn giới hạn của bê tông nhựa.

3
- Ch ơng 4. Kết luận, kiến nghị và định h ớng nghiên cứu tiếp.
- Tài liệu tham khảo.
- Phụ lục A. Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa.
- Phụ lục B. Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ
ép chẻ.
- Phụ lục C. Một số hình ảnh công tác thí nghiệm
ý nghĩa khoa học:
- Đề tài là một nghiên cứu tổng hợp; phân tích, đánh giá các ph ơng
pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang đ ợc
sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới; nghiên cứu thực nghiệm tìm ra hệ số
t ơng quan giữa c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số
loại bê tông nhựa điển hình đ ợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài b ớc đầu đ a ra đ ợc định h ớng sử
dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông
nhựa ở Việt Nam và là tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu.
Trong khuôn khổ một luận án thạc sĩ, chắc rằng còn nhiều thiếu sót,
rất mong nhận đ ợc ý kiến góp ý của các Thầy giáo, Cô giáo và bạn bè, đồng
nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Vũ Đức Chính - Giám đốc Phòng thí
nghiệm trọng điểm đ ờng bộ I thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã

h ớng dẫn tôi thực hiện luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ng ời thân, các Thầy giáo, Cô giáo và
bạn bè, đồng nghiệp Phòng thí nghiệm trọng điểm đ ờng bộ I thuộc Viện
Khoa học và Công nghệ GTVT đã giúp tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Học viên



Nguyễn Văn Thành

4
Ch ơng 1. tổng quan

1.1. Nguyên lý hình thành c ờng độ của bê tông nhựa
Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu khoáng (đá
dăm, cát, bột khoáng), chất liên kết là nhựa đ ờng và phụ gia (nếu có) đ ợc
phối hợp với nhau theo tỷ lệ hợp lý. Mỗi thành phần trong bê tông nhựa đóng
một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ với nhau trong việc tạo nên một
khối liên kết có đủ c ờng độ và các tính chất cần thiết cho quá trình sử dụng:
- Đá dăm: Làm nên bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa, làm cho bê
tông nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngoại lực và tạo độ nhám bề mặt.
- Cát: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm và cùng với đá
dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa.
- Bột khoáng: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn.
Bột khoáng là loại vật liệu có tỷ diện cao (250ữ300 m
2
/kg), có ái lực mạnh với
nhựa, biến nhựa vốn có ở trạng thái khối, giọt thành trạng thái màng mỏng,
bao bọc dễ dàng với các hạt khoáng vật. Bột khoáng có vai trò nh một chất

phụ gia làm cho nhựa tăng thêm độ nhớt, tăng thêm khả năng dính bám và
tăng tính ổn định nhiệt. Bột khoáng cùng với nhựa tạo ra một chất liên kết mới
có tính chất hơn hẳn các tính chất riêng của nhựa đ ờng.
- Nhựa đ ờng: Là chất liên kết, kết dính các hạt cốt liệu khoáng lại với
nhau thành một khối và góp phần lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu.
- Phụ gia: Mặc dù đ ợc sử dụng với hàm l ợng rất nhỏ, nh ng phụ gia
có vai trò trong việc cải thiện một hoặc một số tính chất nào đó của bê tông
nhựa.
Nh vậy, c ờng độ của bê tông nhựa đ ợc hình thành trên cơ sở nguyên
lý hình thành c ờng độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc cấp phối với chất
kết dính là nhựa đ ờng.

1.2 Các tính chất cơ bản của bê tông nhựa
Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu trúc của nó; cấu trúc này
phụ thuộc vào tính chất và hàm l ợng của các thành phần cấu thành, vào sự
phân bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa đ ờng, vào chất l ợng kỹ thuật trong quá
trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt chặt của bê tông
nhựa.
Với các tính chất của vật liệu thành phần, đặc biệt là của nhựa đ ờng,
bê tông nhựa có tính chất phức tạp là đàn-nhớt-dẻo.

5
1.2.1. Tính đàn-nhớt
Khi lực tác dụng nhanh và giá trị ứng suất nhỏ, nhiệt độ hỗn hợp không
cao, vật liệu có tính đàn-nhớt là chủ yếu.
1.2.2. Tính nhớt-dẻo
Khi lực tác dụng chậm và giá trị ứng suất lớn, nhiệt độ hỗn hợp cao, vật
liệu cơ bản có tính nhớt-dẻo.
Các đặc tr ng về c ờng độ và độ ổn định của bê tông nhựa ngoài phụ
thuộc vào thành phần và tính chất của vật liệu cấu thành, còn phụ thuộc vào

điều kiện làm việc thực tế bao gồm tải trọng tác dụng và điều kiện tự nhiên:
- Các đặc điểm của tải trọng là độ lớn, thời gian và tần suất tác dụng.
- Trong số các điều kiện tự nhiên, nhiệt độ là yếu tố quyết định. Nhiệt
độ thay đổi làm thay đổi bản chất vật lý của nhựa đ ờng và vật liệu bê tông
nhựa.
1.2.3. Tính chảy-dẻo
Tính chảy-dẻo của bê tông nhựa đ ợc thể hiện ở tính l u biến (quá trình
biến dạng theo thời gian). Đặc tính biến dạng của bê tông nhựa có quan hệ
chặt chẽ với thời gian tác dụng của tải trọng và tốc độ gia tải.
Cùng với tính chất l u biến là tính chất phát triển đàn hồi chậm (biến
dạng đàn hồi không phát sinh liền ngay khi có tác dụng của tải trọng mà có
một khoảng thời gian để phát triển).
Với tính l u biến và tính phát triển đàn hồi chậm, thời gian tác dụng của
tải trọng là một nhân tố quan trọng ảnh h ởng đến các đặc tr ng cơ học của
vật liệu bê tông nhựa.

1.3. Các mô hình cơ học mô phỏng đặc tính biến dạng
của bê tông nhựa
Để mô phỏng đặc tính biến dạng của bê tông nhựa, có thể sử dụng
nhiều mô hình cơ học khác nhau phù hợp với điều kiện chịu tải trọng khác
nhau:
1.3.1. Mô hình Maxvel
g nhiệt độ thấp, có thể dùng mô hình Maxvel thể hiện tính đàn-nhớt
của bê tông nhựa:
- Mô hình Maxvel gồm một lò xo đàn hồi lý t ởng ghép nối tiếp với
một piston chất lỏng nhớt lý t ởng. Biến dạng đàn hồi phát sinh ở lò xo ngay
khi có lực tác dụng vào hệ mô hình, biến dạng nhớt phát sinh tại piston và
biến dạng này phát triển liên tục trong suốt thời gian tác dụng của lực. Nh

6

vậy, tại mỗi thời điểm, biến dạng tổng là tổng biến dạng đàn hồi của lò xo và
biến dạng không hồi phục của piston chất lỏng nhớt.
- Quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và thời gian đ ợc thể hiện ở công
thức (1.1):
)1.1()1(
oooo
T
t
E
t
E
+=+=






1.3.2. Mô hình Kelvin
Mô hình Maxvel ch a thể hiện một đặc tính của mặt đ ờng bê tông
nhựa là biến dạng đàn hồi không phát sinh ngay sau khi lực tác dụng mà cần
có một khoảng thời gian chậm trễ để phát triển, đó là tính đàn hồi chậm của
mặt đ ờng bê tông nhựa.
Để mô phỏng cả đặc tính đàn hồi chậm của bê tông nhựa, có thể dùng
mô hình Kelvin:
- Mô hình Kelvin gồm một lò xo đàn hồi lý t ởng ghép nối tiếp song
song với một piston chất lỏng nhớt lý t ởng. Với mô hình này, trị số biến dạng
t ơng đối của hai bộ phận đều bằng nhau và ứng suất tổng bằng tổng hai ứng
suất.
- Quan hệ giữa biến dạng, ứng suất và thời gian đ ợc thể hiện ở công

thức (1.2):
)2.1(
11
t
E


+=



Nếu ứng suất tác dụng không đổi, ta có :
)3.1(
0
1
0
1

=



dt
E
d
và
)4.1(
1
exp(1
11

=
TE



1.3.3. Mô hình Buger
Thực tế sử dụng mặt đ ờng làm bằng hỗn hợp bê tông nhựa cho thấy
tính chất biến dạng của nó còn phức tạp hơn nhiều; nó bao gồm cả biến dạng
đàn hồi, biến dạng nhớt, biến dạng đàn hồi chậm, biến dạng dẻo tuỳ theo điều
kiện thời tiết, nhất là nhiệt độ và loại bê tông nhựa.
Để mô phỏng gần đúng hơn đặc tính biến dạng của bê tông nhựa trong
điều kiện khai thác thông th ờng, có thể sử dụng mô hình Buger:
- Mô hình Buger gồm mô hình Maxvel nối tiếp với mô hình Kelvin.
- Biến dạng tổng là tổng biến dạng của mô hình Maxvel với biến dạng
của mô hình Kelvin, đ ợc thể hiện ở công thức (1.5):

7
)5.1()
1
exp(1)1(
11

++=
TET
t
E
oo



- Công thức trên thể hiện rõ biến dạng tổng gồm 03 thành phần: biến
dạng đàn hồi tức thời, biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi chậm.
Eo

1
E1




E1 T1
Eo


a) Mô hình Maxvel b) Mô hình Kelvin c) Mô hình Buger
Hình 1.1. Các mô hình cơ học mô phỏng đặc tính biến dạng của bê tông nhựa

1.4. Ưu, nh ợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa
1.4.1. Những u điểm chủ yếu của bê tông nhựa

Bê tông nhựa đ ợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới để xây
dựng đ ờng ô tô và đ ờng sân bay là do có những u điểm chủ yếu sau đây:
Công nghệ chế tạo và thi công đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng
cơ giới hoá do đó có tốc độ thi công nhanh, dễ đảm bảo chất l ợng
cao.
Công tác kiểm tra chất l ợng tr ớc, trong và sau khi thi công dễ thực
hiện và đã đ ợc chuẩn hoá.
Cho phép khai thác sử dụng ngay sau khi thi công.
Mặt đ ờng có tính toàn khối, bằng phẳng, êm thuận.
;t bụi, không ồn, ít bị bào mòn.

8
Có tuổi thọ t ơng đối dài.
Dễ dàng bảo d ỡng, sửa chữa trong quá trình khai thác.
Cho phép tái phục hồi chất l ợng nhờ công nghệ tái sinh mặt đ ờng
sau thời gian khai thác nhất định.

1.4.2. Những nh ợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa
Bên cạnh những u điểm chủ yếu kể trên, bê tông nhựa còn có một số
nh ợc điểm sau:
- on định nhiệt kém: Khi nhiệt độ thay đổi thì cấu trúc của bê tông
nhựa thay đổi, dẫn đến các đặc tr ng về c ờng độ và biến dạng cũng thay đổi
theo:
+ g nhiệt độ cao, bê tông nhựa thể hiện tính dẻo, c ờng độ chịu nén
rất kém, sức chống cắt thấp, biến dạng tăng. Vì vậy mặt đ ờng dễ
gây tr ợt, l ợn sóng, hằn vệt bánh xe, nổi nhựa lên mặt, ảnh h ởng
nhiều đến chất l ợng khai thác và tuổi thọ của mặt đ ờng.
+ g nhiệt độ thấp, bê tông nhựa thể hiện tính giòn, khả năng chịu kéo
kém, mặt đ ờng dễ bị nứt nẻ.
- Hiện t ợng lão hoá theo thời gian: Do sự bay hơi của các thành phần

dầu nhẹ, quá trình ô xy hoá và trùng hợp của các hợp chất cao phân tử có
trong thành phần nhựa đ ờng.

1.4.3. Những dạng h hỏng chính của mặt đ ờng bê tông nhựa
D ới tác dụng của tải trọng giao thông và các điều kiện khí hậu môi
tr ờng, mặt đ ờng bê tông nhựa th ờng xuất hiện một số dạng h hỏng sau:
Mặt đ ờng bị biến dạng, gồm:
+ Biến dạng vĩnh cửu (vệt hằn bánh xe).
+ Vật liệu bị xô dồn.
Mặt đ ờng bị nứt, gồm:
+ Nứt mỏi.
+ Nứt do nhiệt độ thấp.
+ Nứt phản xạ.
Vật liệu bị bong bật.
Hiện t ợng phùi nhựa lên bề mặt.
Bề mặt bị mài mòn.

9











Hình 1.2. Vệt hằn bánh xe mặt đ ờng bê tông nhựa

Hình 1.3. Nứt mỏi bề mặt bê tông nhựa

Để lớp mặt bê tông nhựa có chất l ợng tốt, bền vững, đáp ứng đ ợc yêu
cầu sử dụng d ới tác dụng của tải trọng xe và các điều kiện khí hậu môi
tr ờng, yêu cầu hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đ ờng phải đ ợc thiết kế
hợp lý dựa trên các đặc tính cơ học của bê tông nhựa.

10
1.5. các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu
cơ học của bê tông nhựa
Nh đã trình bày ở Mục 1.1, c ờng độ của bê tông nhựa đ ợc hình
thành trên cơ sở nguyên lý hình thành c ờng độ của hỗn hợp vật liệu theo
nguyên tắc cấp phối với chất kết dính là nhựa đ ờng và phụ thuộc vào cấu trúc
của bê tông nhựa, cấu trúc này phụ thuộc vào tính chất và hàm l ợng của các
thành phần cấu thành, vào sự phân bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa đ ờng, vào
chất l ợng quá trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt của
bê tông nhựa.

Nh vậy, để lớp mặt bê tông nhựa có chất l ợng tốt, đủ c ờng độ, ổn
định, đáp ứng đ ợc yêu cầu sử dụng d ới tác dụng của tải trọng xe và các điều
kiện khí hậu môi tr ờng, yêu cầu hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đ ờng
phải đ ợc thiết kế hợp lý dựa trên các đặc tính cơ học của bê tông nhựa.
Hiện có nhiều ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của
bê tông nhựa, trong đó hầu hết các thí nghiệm dựa trên các mô hình cơ học
mang tính lý thuyết, số còn lại có tính chất kinh nghiệm xác định các chỉ tiêu
mang tính mặc định không theo mô hình tính toán lý thuyết nào.
Có nhiều cách phân loại các ph ơng pháp thí nghiệm khác nhau dựa
trên những tiêu chí khác nhau, trong đó phải kể đến một số cách phân loại chủ
yếu sau:

1.5.1. Phân loại theo mục đích sử dụng
Theo cách phân loại này, các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành
các nhóm theo mục đích sử dụng:

1.5.1.1. Các ph ơng pháp thí nghiệm sử dụng trong thiết kế hỗn hợp bê
tông nhựa
Mục đích của việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa là lựa chọn tỷ lệ phối
hợp các loại cốt liệu và nhựa đ ờng hợp lý để tạo ra bê tông nhựa có các chỉ
tiêu kỹ thuật thoả mãn yêu cầu, nhằm tạo nên một kết cấu mặt đ ờng có đủ
c ờng độ, ổn định trong quá trình khai thác.
Hỗn hợp bê tông nhựa đ ợc thiết kế phải thoả mãn 2 yếu tố cơ bản sau:
- Yếu tố về đặc tính thể tích: Bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng d , độ rỗng
cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa của hỗn hợp bê tông nhựa. Các giá trị này phải
nằm trong giới hạn quy định đảm bảo lớp bê tông nhựa có khả năng chống
biến dạng, chống chảy nhựa d ới tác động của tải trọng xe và yếu tố nhiệt độ

11
môi tr ờng, hạn chế sự xâm nhập của n ớc vào hỗn hợp trong quá trình khai

thác.
- Yếu tố về đặc tính cơ học: Bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất
l ợng cốt liệu và các chỉ tiêu liên quan đến c ờng độ của hỗn hợp bê tông
nhựa sau khi đầm nén nhằm đảm bảo cho kết cấu lớp bê tông nhựa có đủ
c ờng độ sau khi xây dựng.
Trên thế giới hiện nay có nhiều ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông
nhựa, có thể kể đến là:
Ph ơng pháp c ờng độ của Liên Xô (cũ).
Ph ơng pháp Hveem.
Ph ơng pháp Marshall.
Ph ơng pháp Superpave.
Nhìn chung, các ph ơng pháp này đều dựa trên yếu tố về đặc tính thể
tích nêu trên khi thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa. Sự khác nhau chủ yếu là về
yếu tố đặc tính cơ học, bao gồm ph ơng pháp thử, thiết bị thí nghiệm, tiêu
chuẩn đánh giá khác nhau nh ng nhằm mục đích chung là đ a ra một hỗn hợp
bê tông nhựa thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật.
a) Theo ph ơng pháp c ờng độ của Liên Xô (cũ)
Theo ph ơng pháp này, cần phải thực hiện các thí nghiệm sau:
Thí nghiệm xác định c ờng độ chịu nén của mẫu hình trụ ở nhiệt độ
20
o
C và 50
o
C.
Thí nghiệm xác định hệ số ổn định n ớc.
Thí nghiệm xác định hệ số ổn định nhiệt.
Theo quy định, bê tông nhựa phải có c ờng độ chịu nén, hệ số ổn định
n ớc, hệ số ổn định nhiệt lớn hơn giá trị yêu cầu.
b) Theo ph ơng pháp Hveem
Theo ph ơng pháp này, cần phải thực hiện các thí nghiệm sau:

Thí nghiệm xác định độ ổn định Hveem.
Thí nghiệm xác định độ tr ơng nở Hveem.
Theo quy định, bê tông nhựa phải có độ ổn định Hveem lớn hơn giá trị
yêu cầu, độ tr ơng nở Hveem nhỏ hơn giá trị yêu cầu.
Độ ổn định Hveem, độ tr ơng nở Hveem đ ợc sử dụng để xác định hàm
l ợng nhựa tối u trong hỗn hợp bê tông nhựa.
c) Theo ph ơng pháp Marshall
Theo ph ơng pháp này, cần phải thực hiện các thí nghiệm sau:

12
Thí nghiệm xác định độ ổn Marshall.
Thí nghiệm xác định độ ổn định Marshall còn lại.
Thí nghiệm xác định độ dẻo Marshall.
Theo quy định, bê tông nhựa phải có độ ổn định Marshall, độ ổn định
Marshall còn lại lớn hơn giá trị yêu cầu; độ dẻo nằm trong phạm vi cho phép.
Độ ổn Marshall, độ ổn định Marshall còn lại, độ dẻo Marshall đ ợc sử
dụng để xác định hàm l ợng nhựa tối u trong hỗn hợp bê tông nhựa.
d) Theo ph ơng pháp Superpave
Ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave bao gồm ba
mức độ thiết kế riêng biệt đó là:
- Mức 1: hng với l ợng giao thông thiết kế ESAL 10
6

- Mức 2: hng với l ợng giao thông thiết kế 10
6
ESAL 10
7

- Mức 3: hng với l ợng giao thông thiết kế ESAL >10
7

Nội dung thiết kế ở mức 1: Bao gồm việc lựa chọn vật liệu và tính toán
tỷ lệ phối hợp các loại vật liệu để hỗn hợp sau khi đầm nén thoả mãn các đặc
tính thể tích.
Nội dung thiết kế ở mức 2: Sau khi hoàn tất các nội dung đã thực hiện
nh ở mức 1, tiến hành các thí nghiệm trên mẫu bê tông nhựa để ớc tính và
dự báo khả năng làm việc thực tế của mặt đ ờng. Các ph ơng pháp thí nghiệm
xác định các đặc tính cơ học của bê tông nhựa cần thực hiện ở mức 2 bao
gồm:
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục với tỷ lệ ứng suất không đổi.
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục ở chiều cao không đổi.
- Thí nghiệm cắt đơn giản ở chiều cao không đổi.
Nội dung thiết kế ở mức 3: Sau khi hoàn tất các nội dung đã thực hiện
nh ở mức 1, tiến hành các thí nghiệm trên mẫu bê tông nhựa để ớc tính và
dự báo khả năng làm việc thực tế của mặt đ ờng. Các ph ơng pháp thí nghiệm
xác định các đặc tính cơ học của bê tông nhựa cần thực hiện ở mức 3 bao
gồm:
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục với tỷ lệ ứng suất không đổi.
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục ở chiều cao không đổi.
- Thí nghiệm cắt đơn giản ở chiều cao không đổi.
- Thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng trùng phục.
- Thí nghiệm biến dạng một trục.

13
1.5.1.2. Các ph ơng pháp thí nghiệm sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt
đ ờng bê tông nhựa
a) Theo tiêu chuẩn 22TCN 211-93
Tiêu chuẩn 22TCN 211-93 tính toán kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa
trên cơ sở lý thuyết đàn hồi theo 3 điều kiện giới hạn:
- Tính toán c ờng độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi.

- Tính toán c ờng độ theo điều kiện tr ợt trong nền đất và trong các
lớp vật liệu kém dính.
- Tính toán c ờng độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật
liệu liền khối.
Để thiết kế kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa theo 22TCN 211-93, đối
với vật liệu bê tông nhựa, cần phải thực hiện các thí nghiệm sau:
- Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi sử dụng tải trọng tĩnh trên mẫu
hình trụ ở các nhiệt độ:
+ 30
0
C khi tính theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi.
+ 60
0
C khi tính theo điều kiện tr ợt.
+ 15
0
C khi tính theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.
- Thí nghiệm xác định c ờng độ kéo uốn giới hạn trên mẫu hình dầm
ở nhiệt độ 10ữ15
o
C.
- Thí nghiệm cắt mẫu hình trụ tròn xác định lực dính đơn vị.
b) Theo tiêu chuẩn AASHTO (22TCN 274-01)
Ph ơng pháp thiết kế kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa theo tiêu chuẩn
AASHTO đã đ ợc việt hoá cho phù hợp với điều kiện Việt Nam (theo 22TCN
274-01), hiện nay, tiêu chuẩn này đang đ ợc áp dụng thử nghiệm.
Để thiết kế kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa theo AASHTO (22TCN
274-01), đối với vật liệu bê tông nhựa, cần phải thực hiện thí nghiệm kéo gián
tiếp tải trọng trùng phục để xác định mô đun đàn hồi.
c) Theo nguyên lý cơ học-thực nghiệm

Với sự tài trợ của hiệp hội AASHTO và Cục Đ ờng bộ liên bang Mỹ
FHWA, dự án nghiên cứu NCHRP (National Cooperative Highway Research
Program) đã đ ợc triển khai và đã ban hành báo cáo cuối cùng vào tháng
3/2004 trên cơ sở xây dựng hoàn chỉnh một h ớng dẫn thiết kế cho kết cấu
mặt đ ờng xây dựng mới và xây dựng nâng cấp cải tạo theo nguyên lý cơ học-
thực nghiệm.

14
Ngoài Mỹ và các n ớc ph ơng Tây, Nga và Trung Quốc tr ớc đây đã
từng sử dụng những lý thuyết, quan điểm riêng trong tính toán thiết kế kết cấu
mặt đ ờng cũng nh trong công nghệ xây dựng đ ờng bộ, cũng đã cập nhật và
hội nhập nhiều với thế giới trong lĩnh vực này, trong đó các đặc tính về biến
dạng vĩnh cửu và nứt mỏi cũng đã đ ợc đề cập và bổ sung vào trong ph ơng
pháp thiết kế mặt đ ờng và ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa.
Trong ph ơng pháp thiết kế theo nguyên lý cơ học-thực nghiệm có sử
dụng những t ơng quan thực nghiệm của đặc tính biến dạng vĩnh cửu và nứt
mỏi dựa trên những kết quả thí nghiệm các đặc tính biến dạng vĩnh cửu và nứt
mỏi của bê tông nhựa.
Theo ph ơng pháp này, cần thực hiện những thí nghiệm sau:
Thí nghiệm xác định đặc tính biến dạng vĩnh cửu:
- Thí nghiệm từ biến một trục và thí nghiệm từ biến 3 trục.
- Thí nghiệm tải trọng trùng phục một trục và 3 trục.
- Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính.
- Thí nghiệm cắt xoắn trên mẫu hình trụ lõi rỗng.
- Các thí nghiệm mô phỏng.
Thí nghiệm xác định đặc tính mỏi:
- Thí nghiệm theo ph ơng dọc trục.
- Thí nghiệm 3 trục.
- Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính.
- Thí nghiệm uốn dầm giản đơn.

- Thí nghiệm uốn dầm trên bệ đỡ.
- Các thí nghiệm mô phỏng.
Thí nghiệm xác định đặc tính nứt do nhiệt độ thấp:
- Thí nghiệm kéo trực tiếp với tốc độ không đổi.
- Thí nghiệm kéo từ biến.
- Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính.
- Thí nghiệm uốn dầm.
- Thí nghiệm hạn chế ứng suất nhiệt.
- Thí nghiệm xác định hệ số giãn nở nhiệt.


15
1.5.2. Phân loại theo hình dạng mẫu thí nghiệm
Theo cách phân loại này, các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành
các nhóm:
- Thí nghiệm trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm trên mẫu hình dầm.
- Thí nghiệm mô phỏng.

1.5.3. Phân loại theo tải trọng thí nghiệm
Theo cách phân loại này, các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành
các nhóm:
- Thí nghiệm sử dụng tải trọng tĩnh.
- Thí nghiệm sử dụng tải trọng trùng phục.

1.5.4. Phân loại theo mô hình thí nghiệm
Theo cách phân loại này, các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành
các nhóm:
- Thí nghiệm theo một mô hình cơ học nào đó.
- Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm.

Nhận xét về u, nh ợc điểm của các cách phân loại:
Cách phân loại theo mục đích sử dụng có u điểm là phân chia các
ph ơng pháp thí nghiệm theo từng mục đích sử dụng. Tuy nhiên, theo cách
phân loại này, có nhiều ph ơng pháp thí nghiệm lặp đi lặp lại trong những
mục đích sử dụng khác nhau và có một số ph ơng pháp thí nghiệm không
đ ợc xếp vào một nhóm nào.
Cách phân loại theo hình dạng mẫu thí nghiệm, phân loại theo tải trọng
thí nghiệm và phân loại theo mô hình thí nghiệm là các cách phân loại tổng
quan, các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành những nhóm lớn gồm
nhiều ph ơng pháp khác nhau.
Nh vậy, các cách phân loại trên mặc dù có những u điểm riêng nh ng
vẫn có những tồn tại do chỉ dựa trên một tiêu chí cụ thể.


16
1.5.5. đề xuất cách phân loại các ph ơng pháp thí
nghiệm
Để khắc phục những tồn tại của các cách phân loại trên, đề xuất phân
loại các ph ơng pháp thí nghiệm thành những nhóm sau:
- Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm dọc trục trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm 3 trục trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm cắt.
- Thí nghiệm trên mẫu hình dầm.
- Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm.
- Thí nghiệm mô phỏng.
Đây là cách phân loại hợp lý, bao quát đ ợc tất cả các ph ơng pháp thí
nghiệm, phù hợp với thực tế và xu thế chung trên thế giới.

1.6. Nhận xét
Bê tông nhựa là loại vật liệu đ ợc sử dụng rất phổ biến trong xây dựng
đ ờng ô tô và đ ờng sân bay do những u điểm nổi trội so với các loại vật liệu
khác.
Bê tông nhựa là loại vật liệu có tính chất phức tạp là đàn-nhớt-dẻo. Đặc
tính biến dạng của bê tông nhựa có thể đ ợc thể hiện bằng mô hình Maxvel,
mô hình Kelvin hoặc mô hình Buger; trong đó mô hình Buger là phù hợp nhất
với điều kiện làm việc thực tế của mặt đ ờng bê tông nhựa.
C ờng độ của bê tông nhựa đ ợc hình thành trên cơ sở nguyên lý hình
thành c ờng độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc cấp phối với chất kết
dính là nhựa đ ờng và phụ thuộc vào cấu trúc của bê tông nhựa; cấu trúc này
phụ thuộc vào tính chất và hàm l ợng của các thành phần cấu thành, vào sự
phân bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa đ ờng, vào chất l ợng kỹ thuật trong quá
trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt chặt của bê tông
nhựa.
Có nhiều ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê
tông nhựa và đ ợc phân loại dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau. Trong luận án
này, đề xuất phân loại các ph ơng pháp thí nghiệm thành các nhóm sau:
- Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm dọc trục trên mẫu hình trụ tròn.
- Thí nghiệm 3 trục trên mẫu hình trụ tròn.

17
- Thí nghiệm cắt.
- Thí nghiệm trên mẫu hình dầm.
- Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm.
- Thí nghiệm mô phỏng.
Việc nghiên cứu, phân tích đầy đủ các ph ơng pháp thí nghiệm xác
định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng ở Việt Nam và
trên thế giới là rất cần thiết; là cơ sở lựa chọn, đề xuất các ph ơng pháp thí

nghiệm áp dụng hợp lý trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và t ơng
lai.

18
Ch ơng 2
nghiên cứu một số ph ơng pháp thí nghiệm chủ yếu
xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và
định h ớng sử dụng ở việt nam

2.1. đặt vấn đề
Nh đã trình bày ở Ch ơng 1, hiện có nhiều ph ơng pháp thí nghiệm
xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và có nhiều cách phân loại khác
nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau, mỗi cách phân loại đều có những u
điểm và những nh ợc điểm riêng. Trong đó cách phân loại các ph ơng pháp
thí nghiệm thành các nhóm nh đã đề suất ở Ch ơng 1 là hợp lý nhất, theo đó,
các ph ơng pháp thí nghiệm đ ợc phân thành 7 nhóm sau:
Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính của mẫu hình trụ tròn.
Thí nghiệm dọc trục mẫu hình trụ tròn.
Thí nghiệm 3 trục trên mẫu hình trụ tròn.
Thí nghiệm cắt.
Thí nghiệm trên mẫu hình dầm.
Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm.
Thí nghiệm mô phỏng.
Việc nghiên cứu, phân tích đầy đủ các ph ơng pháp thí nghiệm xác
định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng ở Việt Nam và
trên thế giới là rất cần thiết; là cơ sở lựa chọn, đề xuất các ph ơng pháp thí
nghiệm áp dụng hợp lý trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và t ơng
lai.

2.2. các Thí nghiệm theo ph ơng đ ờng kính của mẫu

hình trụ tròn
Theo ph ơng pháp thí nghiệm này, lực tác dụng dọc theo ph ơng đ ờng
sinh làm xuất hiện ứng suất kéo có ph ơng vuông góc với mặt phẳng thẳng
đứng đi qua trục mẫu, mô hình thí nghiệm xem Hình 2.1.
Mẫu thí nghiệm có thể đ ợc chế bị ở trong phòng thí nghiệm hoặc mẫu
khoan về từ hiện tr ờng có đ ờng kính là 101.6mm hoặc 152mm.