LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------@&?-------

“NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG
THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM”

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
-------@&?-------

“NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG
THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM”

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ : 60 – 58 – 30
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG


“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Luận án Thạc sỹ KHKT

LỜI CẢM ƠN
Bằng Luận án Thạc sỹ KHKT này, tác giả đã nhận được sự giúp
đỡ rất nhiều của các thầy giáo hướng dẫn, các bạn đồng nghiệp và các
cơ quan liên quan.
Lời đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến Thầy
giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Mạnh Hùng, đã tận tình hướng dẫn trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin trân trọng gửi lời cám ơn đến tồn thể các Thầy cơ
trong Bộ mơn Đường bộ - khoa Cơng trình, Phịng đào tạo đại học và
sau đại học của Trường Đại học Giao thơng Vận tải đã tận tình hướng
dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập,
làm cơ sở cho q trình nghiên cứu và hồn thiện luận văn.
Tác giả cũng trân trọng cảm ơn Phịng thí nghiệm trọng điểm
đường bộ III (Viện KHCN GTVT) và các đồng nghiệp đã tận tình giúp
đỡ tơi hồn thành luận án này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Đồng Nai, ngày 10 tháng 5 năm 2010
Tác giả

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-1-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối

đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1.

Sự cần thiết nghiên cứu đề tài

2.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

3.

Phương pháp nghiên cứu

4.

Nội dung nghiên cứu

CHƯƠNG 1: VAI TRÒ VÀ VỊ TRÍ CÁC LỚP VẬT LIỆU DÙNG
TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM
1.1 Trình tự kết cấu áo đường mềm
1.2 Nền đường
1.3 Móng đường
1.4 Mặt đường

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẤP PHỐI
ĐÁ TRỘN NHỰA TRÊN THẾ GIỚI VÀ NƯỚC TA
2.1 Khái niệm và phân loại cấp phối đá trộn nhựa (sau đây gọi tắt là đá

trộn nhựa)
2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật đạt được của đá trộn nhựa
2.3 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm trên
thế giới
2.4 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm ở
Việt Nam

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-2-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ
THUẬT CỦA ĐÁ TRỘN NHỰA
3.1 Đánh giá nguồn vật liệu đá qua nghiền để chế tạo đá trộn nhựa
3.2 Thiết kế cấp phối đá trộn nhựa
3.2.1 Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối đá trộn nhựa
3.2.2 Yêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo cấp phối đá trộn nhựa
3.2.3 Các phương pháp thí nghiệm
3.2.3.1 Tiêu chuẩn áp dụng đầm chặt mẫu
3.2.3.2 Độ ổn định, chỉ số dẻo qui đinh ước và thương số Marshall
3.2.3.3 Độ ỗn định còn lại (Retained Stability) sau khi ngâm mẫu ở
600C, 24 giờ, sau đó đem thí nghiệm như trên

3.2.3.4 Độ rỗng cốt liệu (Voids in mineral aggregate) và độ rỗng
của cấp phối đá trộn nhựa (Air voids)
3.2.3.5 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi, độ bền chịu kéo của
cấp phối đá trộn nhựa
3.3 Đúc mẫu phục vụ công tác thí nghiệm (TN) trong phịng.

3.3.1 Thành phần cấp phối các cở hạt của hỗn hợp đá trộn nhựa.
3.3.2 Xác định hàm lượng nhựa dự kiến cho các cấp phối đá trộn nhựa
3.3.3 Đúc mẫu phục vụ thí nghiệm:
3.3.4 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho cấp phối đá trộn nhựa
3.3.5 Yêu cầu thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá trộn
nhựa
3.4 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật dùng trong tính tốn
3.4.1 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của cấp phối đá trộn nhựa
3.4.2 Xác định độ bền chịu kéo uốn của cấp phối đá trộn nhựa thơng
qua kết quả thí nghiệm ép chẻ.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-3-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

3.4.3 Xác định cường độ chịu nén của cấp phối đá trộn nhựa

3.4.4 Xác lập quan hệ biểu thị sự biến đổi theo nhiệt độ
3.4.4.1 Biểu đồ quan hệ Mô đun đàn hồi theo nhiệt độ
3.4.4.2 Biểu đồ quan hệ Cường độ chịu nén theo nhiệt độ
3.4.4.3 Biểu đồ quan hệ Cường độ ép chẻ theo nhiệt độ
3.4.4.4 Biểu đồ quan hệ độ bền kéo uốn theo nhiệt độ
3.4.5 Bảng so sánh các chỉ tiêu của cấp phối đá trộn nhựa với Bê tông
nhựa trong 22TCN 211-06
3.4.6 Đưa ra chỉ tiêu trong tính tốn và điều kiện kiểm tốn

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀO TÍNH TỐN KẾT CẤU MẶT
ĐƯỜNG MỀM
4.1 Ví dụ tính
4.1.1 Kết cấu áo đường theo thiết kế thực tế đã thi công: Ey/c≥155Mpa
4.1.2 Đề xuất kết cấu sử dụng cấp phối đá trộn nhựa: Ey/c≥155Mpa.
4.2 Nhận xét
4.2.1 Về chỉ tiêu kỹ thuật
4.2.2 Về chỉ tiêu kinh tế
4.3 Công nghệ chế tạo và thi công đá dăm trộn nhựa
4.3.1 Công nghệ chế tạo cấp phối đá trộn nhựa
4.3.2 Thi công cấp phối đá trộn nhựa

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG
NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
5.1 Kết luận
5.1.1 Tổng kết các kết quả nghiên cứu của đề tài thu được
5.1.2 Khả năng áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế
5.1.3 Đánh giá hiệu quả của các kết quả nghiên cứu.
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-4-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

5.2 Kiến nghị
5.2.1 Kiến nghị về việc áp dụng vào thực tế các kết quả nghiên cứu
5.2.2 Kiến nghị về định hướng nghiên cứu, phát triển của đề tài.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-5-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

PHẦN MỞ ĐẦU

1.

Sự cần thiết nghiên cứu đề tài
Giao thông vận tải là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ
tầng kinh tế - xã hội, cần ưu tiên đầu tư phát triển đi trước một bước với
tốc độ nhanh, bền vững nhằm tạo tiền đề cho phát triển kinh tế - xã hội,
bảo đảm quốc phịng, an ninh, phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hóa –
hiện đại hóa đất nước.
Phát triển kết cấu hạ tầng giao thông một cách đồng bộ, hợp lý;
kết hợp phát triển từng bước vững chắc với những bước đột phá đi
thẳng vào hiện đại tạo nên mạng lưới hoàn chỉnh, liên hoàn, liên kết
giữa các phương thức vận tải, giữa các vùng lãnh thổ, giữa đô thị và
nông thơn trên phạm vi tồn quốc, đồng thời coi trọng cơng tác bảo trì,
đảm bảo khai thác hiệu quả, bền vững kết cấu hạ tầng giao thơng hiện
có.
Hệ thống quốc lộ và đường tỉnh phải được đưa vào đúng cấp kỹ
thuật; mở rộng và xây dựng mới các quốc lộ có nhu cầu vận tải lớn; xây
dựng hệ thống đường bộ cao tốc. Các tuyến đường bộ đối ngoại đạt tiêu
chuẩn kỹ thuật của đường bộ khu vực.
Hiện nay, nhu cầu xây dựng hệ thống đường giao thông cấp cao
ngày càng lớn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công tác vận tải
bằng đường bộ.
Với kết cấu mặt đường mềm cấp cao hiện nay, lớp móng đường
chủ yếu làm bằng vật liệu cấp phối đá dăm rời rải trực tiếp dưới lớp
mặt là bê tơng nhựa nóng (BTN). Như vậy, chiều dày lớp móng trong
kết cấu mặt đường khá dày, tiêu tốn nhiều vật liệu đá, ảnh hưởng đến

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-6-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

cao độ nền của các cơng trình hiện hữu hai bên tuyến đường xây dựng.
Để giảm chiều dày móng đường là vật liệu rời và tăng cường sự ổn
định cũng như quá trình truyền tải từ lớp mặt BTN đến lớp móng, nhất
thiết phải sử dụng lớp vật liệu đá trộn nhựa để tăng khả năng chịu lực
của lớp móng và giảm chiều dày của lớp móng cấp phối đá dăm. Hiện
nay, trên thế giới nhiều nước đã dùng lớp cấp phối đá trộn nhựa (ĐTN)
để làm lớp chuyển tiếp nối lớp mặt BTN với móng cấp phối đá dăm,
phù hợp hơn về mơ hình cơ học mặt đường mà lại đảm bảo lâu dài độ
êm thuận và tuổi thọ cho lớp BTN.
Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp phối
đá trộn nhựa làm lớp móng cho mặt BTN cịn chưa được rộng rãi, do
chưa có quy trình, quy phạm áp dụng. Mặt khác, các chỉ tiêu kỹ thuật
chủ yếu của vật liệu cấp phối ĐTN dùng trong tính tốn cịn chưa được
phổ cập. Vì vậy, “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp
phối đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm” là rất cần
thiết.

2.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Bổ sung nguồn vật liệu làm lớp móng mặt BTN trong áo đường mềm;

- Làm giảm chiều dày kết cấu móng áo đường;
- Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của cấp phối đá dăm trộn nhựa
để áp dụng trong tính tốn kết cấu áo đường mềm theo 22TCN 211-06
của Bộ Giao thông vận tải.

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu đá khai thác tại một số mỏ của tỉnh Đồng Nai: Mỏ đá Hóa
An, Tân Cang, Sóc Lu,...

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-7-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá trộn nhựa với nguồn
vật liệu cấp phối đá dăm khu vực Miền đông nam bộ (Đồng Nai).

4.

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thiết

kế hỗn hợp cấp phối đá trộn nhựa; lý thuyết về thí nghiệm (TN) các hỗn
hợp vật liệu dùng nhựa đường làm chất dính kết.
Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo các mẫu thử tại phịng thí
nghiệm, TN đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối ĐTN phụ thuộc
vào nhiệt độ.
Trên cơ sở các số liệu TN từ thực nghiệm đánh giá khả năng sử
dụng cấp phối đá trộn nhựa và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp
đề xuất.

5.

Nội dung nghiên cứu:
Nội dung luận văn được trình bày trong 5 chương bao gồm:
Chương I: Vai trị và vị trí các lớp vật liệu dùng trong kết cấu mặt
đường mềm
Chương II: Tổng quan tình hình sử dụng cấp phối đá trộn nhựa trên
thế giới và ở nước ta.
Chương III: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá
trộn nhựa.
Chương IV: Ứng dụng vào tính tốn kết cấu mặt đường mềm.
Chương V: Kết luận & Kiến nghị.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-8-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

CHƯƠNG I: VAI TRÒ VÀ VỊ TRÍ CÁC LỚP VẬT LIỆU
DÙNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM
1.1 Trình tự kết cấu áo đường mềm
Áo đường mềm là kết cấu nhiều lớp gồm: 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.
Kết cấu tổng thể áo đường mềm: (Xem sơ đồ hình 1.1) [4]
Cụ thể:
• Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp
tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng
(đây là các lớp khơng tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là
các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt và
trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác
đường) rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực
quan trọng tham gia vào việc hình thành cường độ của kết cấu
áo đường mềm.
• Tầng móng cũng thường gồm lớp móng trên và lớp móng dưới,
thường là những vật liệu hạt rời như cấp phối đá dăm, cấp phối
sỏi đỏ,…
• Tùy loại tầng mặt, tùy cấp hạng đường và lượng xe thiết kế, kết
cấu áo đường có thể đủ các tầng lớp nêu trên nhưng cũng có thể
chỉ gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức năng.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-9-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Hình 1-1: Sơ đồ kết cấu tổng thể áo đường mềm [4]

1.2 Nền đường
Phần thân đường trong phạm vi bằng 80-100cm kể từ đáy kết cấu
áo đường trở xuống. Đó là phạm vi nền đường cùng với kết cấu áo
đường chịu tác dụng của tải trọng bánh xe truyền xuống.
Thiết kế tổng thể nền mặt đường có nghĩa là ngồi việc chú trọng
các giải pháp thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường còn phải chú trọng đến
các giải pháp nhằm tăng cường cường độ và độ ổn định cường độ đối
với khu vực tác dụng của nền đường.
Trong một số trường hợp còn cần bố trí lớp đáy móng (hay lớp
đáy áo đường) thay thế cho 30cm phần đất trên cùng của khu vực tác

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-10-

HV:

Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

dụng của nền đường (có nghĩa là lớp đáy móng trở thành một phần của
khu vực tác dụng).
Lớp đáy móng có các chức năng sau:
• Tạo một lòng đường chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng),
có sức chịu tải tốt;
• Dẫn nước mặt thốt khỏi móng đường, ngăn chặn ẩm thấm từ
trên xuống nền đất và từ dưới lên tầng móng áo đường;
• Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi cơng áo
đường khơng gây hư hại nền đất phía dưới (nhất là khi thời tiết
xấu).
1.3 Móng đường
Lớp móng chủ yếu thu nhận tác dụng của lực thẳng đứng của tải
trọng xe chạy truyền qua lớp mặt rồi phân bố rộng lực thẳng đứng này
lên lớp đệm và nền đường, vì vậy lớp móng phải đủ cường độ và độ
cứng nhưng có thể khơng xét tới độ hao mịn. Dù lớp móng khơng ảnh
hưởng của nhân tố khí hậu mạnh như lớp mặt, nhưng vẫn có khả năng
chịu ảnh hưởng của nước ngầm và nước mặt thấm vào nên kết cấu của
lớp này cũng phải có độ ổn định đối với nước.
Mặt của lớp phải có độ bằng phẳng, có độ dốc ngang như độ dốc
ngang của lớp mặt để đảm bảo cho chiều dày lớp mặt được đồng đều.
Vật liệu dùng làm lớp móng gồm có: các loại vật liệu hạt như cấp phối
đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải cơng
nghiệp; đá dăm; đất hoặc các lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt
có gia cố các loại nhựa đường, chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi và tro
bay,…).

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-11-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Lớp móng có thể gồm hai lớp: lớp móng dưới có tác dụng phân
chia bớt tải trọng để giảm bớt chiều dày lớp móng trên và thường làm
bằng vật liệu tại chổ phù hợp yêu cầu. Đối với lớp móng thấm nước
hoặc lớp móng nằm trên nền đất trương nở thì bố trí đường thấm thốt
nước cho tồn bộ nền đường hoặc hai mép đường để thoát nước thấm
vào lớp này tránh làm hỏng lớp mặt.
1.4 Mặt đường
Mặt đường là lớp kết cấu trực tiếp tiếp xúc với bánh xe và các tác
động biến đổi khí hậu trong năm. Nó tiếp nhận tác dụng tương đối lớn
của tải trọng xe chạy (lực thẳng đứng, đặc biệt là lực nằm ngang và lực
xung kích), lại chịu ảnh hưởng bất lợi của sự xâm thực của nước mưa
và của sự thay đổi nhiệt độ. Do đó, lớp mặt phải có cường độ và độ ổn
định của kết cấu tương đối cao so với các lớp khác, đồng thời phải chịu
mài mịn tốt, ít thấm nước, bằng phẳng và nhám.
Chất lượng sử dụng của mặt đường chủ yếu phụ thuộc vào lớp
mặt. Ví dụ: Lớp mặt làm bằng bêtơng xi măng, bêtơng nhựa, đá dăm
trộn nhựa,… có cường độ cao, bền, bằng phẳng, có khả năng chịu được

lượng giao thông lớn, đảm bảo xe chạy với tốc độ cao quanh năm thì
thuộc về mặt đường cấp cao. Các loại lớp mặt của đường thứ cấp (cấp
cao thứ yếu) gồm có mặt đường thấm nhập nhựa, mặt đường đá dăm
(đá sỏi) trộn nhựa tại đường, mặt đường láng nhựa,… Loại mặt đường
này có cường độ thấp, cịn bụi, độ bằng phẳng kém chỉ thích hợp với
đường ít xe, tốc độ chạy xe không cao. Mặt đường đất cải thiện hoặc
gia cố với vật liệu hạt thường cho cường độ và độ ổn định với nước
thấp, chỉ có thể thu nhận lượng giao thông nhỏ, xe chạy với tốc độ thấp

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-12-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

và không thông xe được vào mùa mưa, giá thành xây dựng thấp nhưng
khối lượng duy tu bảo dưỡng lớn, giá thành vận tải cao.
Mặt đường cần có một độ dốc ngang nhất định để đảm bảo thốt
nước. Trừ các đoạn có bố trí siêu cao, mặt cắt ngang của đường thường
làm theo hình khum, thường gọi là độ mui luyện mặt đường. Lớp mặt
có độ bằng phẳng và độ ổn định đối với nước tương đối tốt, tính thấm
nước nhỏ thì có thể làm độ dốc ngang nhỏ, ngược lại phải bố trí độ dốc
ngang lớn hơn. Dốc ngang của mặt đường có các loại lớp mặt khác
nhau có thể lấy theo bảng 1-1[16]:

Bảng 1-1: Độ dốc ngang thiết kế mặt đường
Loại lớp mặt của mặt đường

Độ dốc ngang
(%)

Bê tông xi măng, bê tông nhựa

1,0 – 2,0

Các loại mặt đường nhựa khác, đá lát hoàn chỉnh

1,5 – 2,5

Đá lát nữa hoàn chỉnh, đá lát khơng hồn chỉnh

2,0 – 3,0

Đá dăm (sỏi sạn) và các vật liệu hạt

2,5 – 3,5

Đất đá dăm, đất đá sỏi

3,0 – 4,0

Nhận xét Chương 1:
Kết cấu nhiều lớp của áo đường mềm sẽ phản ánh sự lựa chọn
hợp lý về vật liệu dùng trong thiết kế. Đó là để vừa đáp ứng yêu cầu về

nhóm tải trong vận chuyển, vừa thỏa mãn trạng thái ứng suất sinh ra
trong lòng các lớp kết cấu dưới tác dụng của tải trọng trục xe tính tốn.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-13-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Hình 1-2 cho thấy trạng thái ứng suất pháp (σz) và ứng suất chịu
kéo uốn (σr) sinh ra dưới tác dụng của trục xe tiêu chuẩn 10T có thơng
số [2]:
- Đường kính đường trịn tương đương vệt tiếp xúc bánh xe:
D=31,3 cm (qui ra bán kính a=0,1565 m)
- Áp lực bánh xe tính tốn p=0,65 Mpa.

Hình 1-2: Phân bố ứng suất σz và σr trong áo đường mềm dưới tác
dụng của tải trọng tính tốn
Đây là kết cấu tương đối phù hợp với các dạng kết cấu áo đường mềm
khu vực phía Nam (Việt Nam). Trình tự các lớp từ trên xuống gồm:
- Bê tơng nhựa nóng (BTN) dày

:12cm

- Cấp phối đá trộn nhựa (ĐTN) dày

:18cm

- Cấp phối đá dăm (CPĐD) dày

:20cm

- Cát vàng dày

:20cm

- Nền đường có Eo=30Mpa
Tổng chiều dày tồn kết cấu:
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-14-

Hv = 70cm
HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Thay vì trong kết cấu của chúng ta thường sử dụng lớp móng cấp
phối đá dăm rất dày để đặt trực tiếp lớp mặt 12cm BTN thì áo đường ở
Hình 1-2 đã đưa vào 18cm cấp phối ĐTN. Việc chọn và thiết kế cấp

phối ĐTN “nối” lớp móng CPĐD với lớp mặt BTN đã phát huy được
ưu điểm của loại vật liệu dính kết là có khả năng chịu kéo uốn cao để
gánh chịu ứng suất σr lớn nhất sinh ra ở đáy lớp này. Cấp phối ĐTN
phải đủ dày nhưng có hàm lượng nhựa ít hơn nhiều so với BTN. Thực
tế vật liệu BTN có ứng suất đang nằm ở vùng nén (khơng phải vùng
chịu uốn).
Như vậy cần lưu ý: Trong thiết kế kết cấu áo đường mềm khơng
nên để móng dạng vật liệu rời (làm việc theo nguyên lý cài chặt) gánh
chịu ứng suất max σr sinh ra dưới tác dụng của tải trọng ở mùa bất lợi.
Khu vực phía Nam có mùa bất lợi là mùa mưa. Trong mùa mưa, nền
đường sẽ yếu đi, và yêu cầu hỗn hợp vật liệu sử dụng nhựa đường làm
chất kết dính phải đảm bảo điều kiện chịu kéo uốn, không nứt mặt
đường.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-15-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẤP
PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở NƯỚC TA

2.1 Khái niệm và phân loại cấp phối đá trộn nhựa (sau đây gọi tắt là đá

trộn nhựa)
Cấp phối đá trộn nhựa được hiểu như một hỗn hợp cốt liệu đá có đường
cấp phối liên tục hoặc gián đoạn trộn nóng với nhựa đường tại trạm trộn.
Về bản chất, thành phần cấp phối đá trộn nhựa hầu như khơng có bột
khống. Nghĩa là khi sản xuất cấp phối đá trộn nhựa ở trạm trộn, khơng có
cơng đoạn cấp bột khống. Vì lẽ đó mà hàm lượng nhựa đường dùng để trộn
không cao, các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá trộn nhựa cũng kém hơn so
với BTN.
Vật liệu đá, cát,… đáp ứng yêu cầu sử dụng chế tạo BTN thì đều dùng
được để sản xuất cấp phối đá trộn nhựa. Chất dính kết trong hỗn hợp trộn
nóng của cấp phối đá trộn nhựa là nhựa đường bán cứng có độ kim lún khác
nhau. Người thiết kế sẽ lựa chọn, đề xuất loại nhựa đặc bán cứng căn cứ vào
đặc điểm khí hậu của vùng hay khu vực mà tuyến đi qua. Ví dụ: Khu vực phía
Nam, nóng nhiều, dùng loại nhựa đường có độ kim lún 50/60 sẽ hợp lý hơn
loại 60/70.
Công nghệ chế tạo và thi công cấp phối đá trộn nhựa cũng tương tự như
BTN. Cốt liệu đá, cát đều phải qua tang sấy tới nhiệt độ yêu cầu. Nhựa đặc
bán cứng (ở thể lỏng) tiếp tục được gia nhiệt tới nhiệt độ trộn. Hệ thống cấp
liệu tự động đưa các nhóm đá khác nhau tuyển lại qua sấy vào buồng trộn
theo đúng thành phần thiết kế. Tại đây, đá được trộn, bọc đều nhựa. Thành
phẩm cấp phối đá trộn nhựa được chuyển qua phễu chứa giữ nhiệt để cung
cấp đủ khối lượng cho xe ben chở tới công trường thi công.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-16-

HV:

Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Chất lượng cấp phối đá trộn nhựa được đánh giá qua các thí nghiệm xác
định chỉ tiêu kỹ thuật tương tự như BTN. Trong đó phải kể tới:
- Mô đun đàn hồi của cấp phối đá trộn nhựa chịu ảnh hưởng của
biến đổi nhiệt độ, toC;
- Độ bền ép chẻ của cấp phối đá trộn nhựa chịu ảnh hưởng của
biến đổi nhiệt độ, toC;
- Độ bền và độ dẻo Marshall.
Cấp phối đá trộn nhựa được lựa chọn thường thiên về đường cong có cở
hạt lớn hơn dùng cho BTN. Tùy thuộc các mục đích khác nhau, có thể vẫn là
hình thức cấp phối đá trộn nhựa nhưng sử dụng đường cong cấp phối gián
đoạn (hở) để tạo nhám, thì gọi là lớp tạo nhám. Ví dụ như [3]:
- Open-Graded Friction Course (OGFC) là loại đá trộn nhựa
rỗng chịu ma sát, độ rỗng của hỗn hợp khoảng 15% và khơng có u
cầu về độ rỗng tối thiểu. Tiêu chuẩn yêu cầu về vật liệu đá cũng thấp
hơn tiêu chuẩn về vật liệu đá của cấp phối đá trộn nhựa xốp của Châu
Âu (Porous European Mixes PEM). Loại này chỉ dùng để làm lớp mặt,
nó có tác dụng làm giảm lượng nước dưới lốp xe khi mặt đường ẩm
ướt. Với độ rỗng lớn, nó thu nhận tiếng ồn của mặt đường do đó làm
giảm tiếng ồn do lốp xe gây ra khoảng 50% (khoảng 10dBA).
- Porous European Mixes (PEM) là loại cấp phối đá trộn nhựa
xốp Châu Âu, độ rỗng khoảng (18-20)%, tiêu chuẩn vật liệu cao hơn
loại OGFC và yêu cầu dùng loại nhựa đường có cải tiến.
- Asphalt Treated Permeable Bases (ATPB) là loại móng thốt
nước có xử lý nhựa đường, u cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật ít nghiêm
ngặt hơn loại OGFC vì chúng được dùng làm lớp bên dưới với mục

đích thốt nước cho các lớp mặt bên trên như bê tông nhựa chặt, bê
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-17-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

tông nhựa rỗng chịu ma sát, bê tông xi măng,… Asphalt Treated
Permeable Bases (ATPB) cũng giống cấp phối đá trộn nhựa chặt
nhưng với phạm vi đường bao cấp phối rộng hơn và hàm lượng nhựa
đường thấp (từ 2,5 – 4,5 % trọng lượng đá dăm) và thường chỉ dùng
làm lớp móng.
2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật đạt được của đá trộn nhựa
Hiện nay, trong 22TCN 211-06

[4] mới bổ sung đưa vào chỉ tiêu kỹ

thuật của đá dăm đen nhựa đặc chêm chèn:
- Mô đun đàn hồi ở 10-15 oC đạt 800-1000 Mpa;
- Mô đun đàn hồi ở 30oC đạt 350 Mpa.
Ngồi ra, chưa có số liệu nào nêu rõ chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của đá
trộn nhựa.
Trên thế giới, nhiều nước ở Châu Âu từ thế kỷ trước đã sử dụng cấp
phối đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm. Vì vậy, ít nhiều chúng ta có

thể tham khảo được những thơng tin cần thiết.
Trong cuốn sách “Cơ học mặt đường “[2], các tác giả nghiên cứu khoa
học đường bộ tại Trường đại học kỹ thuật Bralislava và Viện VUIS
(Bralislava) đã giới thiệu các đặc trưng đàn hồi và biến dạng dùng trong tính
tốn kết cấu áo đường mềm (bảng 2-1 và bảng 2-2):
Bảng 2-1: Đặc trưng đàn hồi và biến dạng dùng trong tính tốn của vật
liệu dính kết với nhựa đường
Tên vật liệu
Bê tông nhựa BTN-I và

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

Mô đun đàn hồi E (Mpa)
0oC

+10oC +11oC +25oC +27oC

7500

5800

-18-

5500

3200

HV:

3000

Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

BTN-II, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 7kN
BTN-III và Đá trộn nhựa
loại I (ĐTN-I), độ bền

5700

4300

4200

2200

2000

5100

3600

3500

1700

1500

4500

3100

3050

1300

1250

Đá thấm nhập nhựa hạt to 1900

1100

1100

(500)

(500)

0,33

0,33

0,44

0,44

Marshall tối thiểu đạt 5kN
ĐTN-II, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 4kN
ĐTN-III, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 3kN

Hệ số Pốt –Xơng (µ) cho

0,21

tất cả vật liệu

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-19-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Bảng 2-2: Độ bền chịu kéo uốn dùng trong tính tốn của vật liệu dính
kết với nhựa đường
Độ bền kéo uốn Ru (Mpa)
ở nhiệt độ (oC)

Tên vật liệu

0

10 và 11

25

27

4,0

3,1

1,5

1,4

3,4

2,7

1,3

1,2

3,2

2,4

1,05

0,95

3,0

2,2

0,9

0,8

2,6

2,0

0,8

0,7

Bê tông nhựa BTN-I và
BTN-II, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 7kN
BTN-III và Đá trộn nhựa loại
I (ĐTN-I), độ bền Marshall
tối thiểu đạt 5kN
ĐTN-II, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 4kN
ĐTN-III, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 3kN
Đá mi trộn nhựa, hỗn hợp cấp
phối hở

Từ hai bảng trên ta có nhận xét: Hỗn hợp đá trộn nhựa loại I (ĐTN-I)
có chất lượng đạt tương đương với bê tơng nhựa loại III (BTN-III). Điều này
cho thấy khả năng sử dụng ĐTN-I làm mặt đường địa phương và mặt đường
chịu tải trọng nhẹ là rất lớn.
2.3 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm trên

thế giới
Nhiều nước có nền cơng nghiệp phát triển ở Châu Âu như Pháp, Tiệp
Khắc (cũ), Đức,… đã sử dụng rộng rãi lớp ĐTN trong kết cấu áo đường mềm
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-20-

HV:


“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Luận án Thạc sỹ KHKT

ngay từ đầu Thập niên 70 của thế kỷ trước. Kết quả nghiên cứu khoa học
đường bộ đã chỉ ra rằng: Giải pháp kỹ thuật dùng móng cấp phối đá dăm (hay
cấp phối sỏi cát) gia cố ximăng (XM) không những giảm được chiều dày
chung tồn kết cấu mà cịn có tác dụng tốt cho khả năng bảo vệ chống nhiễm
lạnh áo đường. Độ sâu nhiễm lạnh là một trong những điều kiện kiểm toán
quan trọng khi thiết kế đường ở các nước có mùa đơng, nhiệt độ khơng khí
lạnh dưới 0oC.
Bảng 2-3 giới thiệu dạng kết cấu định hình No 9 về mặt đường mềm ở

Pháp, năm 1977 [2].
Kết cấu định hình cho thấy: Lớp ĐTN có chiều dày thay đổi từ
12÷18cm đã được đưa vào sử dụng và đóng vai trị lớp móng trên của mặt
đường BTN. Lớp dưới là lớp cấp phối đá dăm gia cố ximăng.
Định hình mặt đường mềm của Tiệp Khắc (cũ) đã phản ánh sự đa dạng hơn
về điều kiện “làm việc”.
Định hình được lập với:
- Mơ đun đàn hồi chung của nền đường Eo=30; 45 và 60 Mpa
- Lớp áo đường dưới cùng còn gọi là lớp bảo vệ, có thể là:
• Cát (hạt trung);
• Đất cấp phối gia cố cơ học;
• Đất gia cố ximăng.
Chiều dày lớp này là một tham số thay đổi.
Móng đường là cấp phối đá dăm (CPĐD) hoặc CPĐgcxm. Móng
đường cũng được coi là một tham số thay đổi.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-21-

HV:


Luận án Thạc sỹ KHKT

“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Bảng 2-3: Định hình kết cấu áo đường mềm No 9 của Pháp, 1977

Ghi chú bảng 2-3:
(1) BTN: là bê tơng nhựa nóng
(2) ĐTN: là cấp phối đá trộn nhựa nóng
(3) CPĐgcxm: là Cấp phối đá dăm gia cố ximăng
GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-22-

HV:


“Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

Luận án Thạc sỹ KHKT

Kết quả chung của định hình cho phép nhận xét:
Ø

Nếu sử dụng móng CPĐD (vật liệu rời) sẽ có lớp ĐTN đủ dày
mang ý nghĩa như lớp móng trên để đặt BTN lên đó.

Ø

Nếu sử dụng móng CPĐgcxm đạt cường độ chịu nén ở 28 ngày
tuổi từ 7 đến 12 Mpa (loại I), từ 6 đến 11 Mpa (loại II) thì cho
phép thảm trực tiếp lớp mặt BTN.

Kết cấu định hình dưới đây (Hình 2-1) đáp ứng tổng trục xe thiết kế
(10T) khai thác Ne=1 x 107 [2].

Hình 2-1: Định hình kết cấu áo đường mềm;
Ne=1 x 107 trục xe thiết kế 10T
Trường hợp dùng vật liệu đất gia cố ximăng đạt cường độ chịu nén ở 7 ngày
tuổi từ 2,5 đến 3,5 Mpa (loại I), từ 1,8 đến 2,5 Mpa (loại II) làm móng, lại cần
lớp ĐTN làm lớp móng trên.

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng

-23-

HV: