ĐỀ CƯƠNG ôn THI độ bền kết cấu và TUỔI THỌ kết cấu bê TÔNG NHỰA

Bộ GIáO DụC ĐàO TạO
KHOA SAU ĐạI HọC TRƯờng đại học GTVT

Đề cơng ôn thi
Độ bền kết cấu và tuổi
thọ kết cấu bê tông nhựa
học viên: Cao Ngọc Đính
Lớp: cao học khoá 17
Chuyên ngành: xd đờng ôtô & đờng thành phố
THáNG 09 - 2010
Câu hỏi
Môn học: Độ bền khai thác và tuổi thọ của bê tông nhựa mặt đường
1. Các loại hình hư hỏng cơ bản của mặt đường bê tông nhựa và các nguyên nhân có
thể của mỗi loại hình hư hỏng đó mà có liên quan đến tính chất hỗn hợp cũng như
công tác thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa chặt làm mặt đường ô tô.
2. Khái niệm các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa đã đầm nén và ảnh
hưởng của chúng đến độ bền khai thác của hỗn hợp bê tông nhựa. Các chỉ tiêu này
được kiểm soát trong quá trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa như thế nào?
3. Trình bày ảnh hưởng của các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông
nhựa đến độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa. Hiện nay, người ta sử
dụng những thông số nào để kiểm soát chất lượng của cốt liệu (thô và mịn) sử
dụng chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa chặt, thi công theo phương pháp rải nóng làm
mặt đường.
4. So sánh cách phân loại nhựa đường đặc cũ (theo độ kim lún) và theo Superpave,
và nêu các thí nghiệm xác định cho mỗi cách phân loại.
5. Trình bày về phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp
Marshall và theo Superpave: sự giống và khác nhau cơ bản, các chỉ tiêu và thí
nghiệm tương ứng để thiết kế thành phần hỗn hợp
6. Phân tích mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật học, thành phần hóa học và
các tính lý học của cốt liệu với vấn đề độ bền khai thác của mặt đường bê tông
nhựa

7. Trình bày các thí nghiệm cần thiết để thiết kế một loại hỗn hợp bê tông nhựa nóng
làm mặt đường theo phương pháp Marshall
8. Trình bày về các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường và
phương pháp xác định, bao gồm:
- Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế thành phần hỗn hợp
- Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường có lớp mặt bê tông nhựa
- Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa.
9. Phân tích liên quan giữa cỡ hạt và thành phần cỡ hạt của cốt liệu làm bê tông nhựa
mặt đường và vấn đề độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa.
10.Phân tích tính chất lý học, hóa học của nhựa bitum và mối liên hệ của chúng đối
với tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa
11.Trình bày về các qui định cơ bản trong quản lý chất lượng thi công mặt đường bê
tông nhựa. Hãy dựa vào kiến thức thực tế để đưa ra một số ý kiến về công tác quản
lý chất lượng thi công mặt đường bê tông nhựa hiện nay và vấn đề độ bền khai
khác của bê tông nhựa mặt đường
12.Trình bày các hiểu biết về phân loại nhựa đường theo Superpave? So sánh với
phân loại nhựa đường theo độ kim lún và trình bày về ưu điểm của phân loại nhựa
đường theo Superpave về khía cạnh độ bền khai thác của bê tông nhựa mặt đường.
13.Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa làm mặt đường theo phương pháp
Superpave? So sánh với phương pháp Marshall hiện hành và phân tích các ưu
điểm của phương pháp Superpave về khía cạnh độ bền khai thác của bê tông nhựa
mặt đường.
14.Hãy trình bày về chỉ tiêu chất lượng của các vật liệu thành phần và lựa chọn vật
liệu cho bê tông nhựa mặt đường theo Superpave? Áp dụng để lựa chọn chỉ tiêu về
cốt liệu và loại nhựa đường cho 01 dự án cụ thể (cho lượng giao thông (số ESALs)
và tốc độ dòng trung bình, vị trí của lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường,
nhiệt độ không khí trung bình cao nhất và thấp nhất, thông số độ tin cậy Z và sai
số bình phương trung bình tương ứng với độ tin cậy)
15.Hãy so sánh phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường mềm theo các tiêu chuẩn
hiện hành ở Việt <st1:country-region w:st="on">Nam</st1:country-region> và

theo cơ học - thực nghiệm về các trạng thái giới hạn tính toán? Phân tích ưu điểm
của phương pháp thiết kế theo cơ học thực nghiệm tiếp cận độ bền khai thác của
mặt đường.
16.Trình bày các hiểu biết về tính toán kết cấu mặt đường mềm theo cơ học - thực
nghiệm? Sự khác nhau cơ bản đối với phương pháp thuần cơ học sử dụng lý
thuyết đàn hồi và phương pháp thuần thực nghiệm sử dụng phương trình thực
nghiệm AASHTO?
TRẢ LỜI
Câu 1.
Các loại hình hư hỏng cơ bản của mặt đường BTN và các nguyên nhân có thể của mỗi
loại hình hư hỏng đó mà có liên quan đến tính chất hỗn hợp cũng như công tác thiết kế
thành phần hỗn hợp BTN chặt làm mặt đường ô tô.
Trả lời:
Hư hỏng trên mặt đường là tình trạng của kết cấu kém đi làm giảm năng lực phục vụ hoặc
dẫn đến giảm năng lực phục vụ của mặt đường.
Các loại hình hư hỏng chủ yếu của mặt đường BTN gồm:
1. Nứt:
Có nhiều dạng nứt mặt đường như nứt ngang, nứt dọc, nứt lưới, nứt hình parabol … và do
nhiều nguyên nhân khác nhau.
* Nứt do mỏi:
Nứt mỏi xãy ra trong mặt đường BTN khi các tải trọng tác dụng gây ra ứng suất vượt quá
ứng suất kháng trong các thành phần vật liệu và làm xuất hiện các vết nứt. Một dấu hiệu sớm của
hiện tượng nứt mỏi là xuất hiện các vết nứt dài không liên tục trên vệt bánh xe. Các vết nứt sau
đó được phát triển dần lên bởi vì ở một vài điểm các vết nứt bên trong sẽ nối lại với nhau, đó
chính là nguyên nhân hình thành các vùng nứt lớn. Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn
khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt BTN.
Hiện tượng nứt mỏi xãy ra do các nguyên nhân sau:
- Do tải trọng nặng trùng phục nhiều trên đường gây lên các vết nứt.
- Do mặt đường có bề dầy nhỏ hoặc do các vết nứt phía dưới yếu dẫn đến xuát hiện các độ
võng lớn dưới mặt đường khi có tải trọng lớn tác dụng

- Kết cấu mặt đường có bề dày nhỏ hoặc do các lớp phía dưới yếu dẫn đến xuất hiện các độ
võng lớn dưới mặt đường khi có các tải trọng lớn tác dụng. Độ võng mặt đường lớn làm tăng các
ứng suất kéo ở phía đáy của lớp BTN và dẫn đến hình thành vết nứt.
- Chất lượng thiết kế hoặc xây dựng kém, do khả năng thoát nước yếu cũng là nguyên nhân
xuất hiện các vết nứt.
Thông thường hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tải
trọng trục thiết kế tính toán. Nó thường xãy ra vào cuối thời kỳ thiết kế. Nếu quan sát thấy các
vết nứt xuất hiện sớm hơn so với chu kỳ thiết kế thì có thể đó là dấu hiệu tải trọng giao thông
được đánh giá không đúng mức.
Biện pháp tốt nhất để khắc phục hiện tượng hứt mỏi là:
- Tính toán hợp lý số lượng tải trọng nặng trong chu kỳ thiết kế.
- Giữ cho nền đường luôn khô ráo.
- Sử dụng lớp kết cấu mặt đường dày hơn.
- Sử dụng hợp lý vật liệu cho lớp mặt để có khả năng không làm yếu lớp mặt đường khi bị
ẩm ướt.
- Sử dụng hỗn hợp BTN nóng có đủ độ đàn hồi để chống lại độ võng trên mặt đường.
Hỗn hợp BTN nhựa nóng phải có đủ cường độ kéo để chống lại các ứng suất kéo gây ra tại
đáy lớp BTN và có sự đàn hồi để chống lại sự tác động của tải trọng trùng phục mà không gây ra
các vết nứt. Do vậy hỗn hợp BTN nóng được thiết kế sao cho có khả năng giống như một vật
liệu đàn hồi khi chịu tải trọng trạng thái bị kéo mà vẫn khắc phục được hiện tượng nứt mỏi.
* Nứt do nhiệt (nứt tại nhiệt độ thấp):
Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường BTN thường là các vết nứt ngang cách đều
nhau. Vết nứt xuất hiện thường khi nhiệt độ bề mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra 1 ứng suất
kéo do nhiệt lơn hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu BTN.
Các vết nứt do nhiệt được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co ngót lại khi nhiệt độ
xuống thấp (thời tiết giá lạnh), Khi hiện tượng co ngót mặt đường xuất hiện thì đồng thời cũng
sinh ra các ứng suất kéo ở trong lớp BTN. Tại 1 vài điểm dọc theo đường, các ứng suất kéo vượt
quá cường độ kháng kéo trong lớp BTN và dẩn tới hiện tượng nứt.
* Nứt dọc:
Thường có nguyên nhân từ việc cạp nền - mặt đường, làm cho biến dạng không đều giữa

phần đường mới và đường cũ. Nứt dọc theo vệt lún bánh xe do ứng suất kéo, do tải trọng xe gây
ra vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu.
* Nứt lưới lớn:
Là loại hình hư hỏng phát triển từ các vết nứt ngang và nứt dọc, nguyên nhân thường là do
nhiệt kết hợp với hiện tượng lão hóa, đặc biệt là lão hóa trong quá trình thi công không được
kiểm soát. Loại hình vết nứt này cũng thường xuất hiện trên các khu vực rải BTN bề mặt lớn như
sân, bãi. Nếu tại các vị trí này có xuất hiện hiện tượng nứt lưới thì sẽ là hiện tượng hư hỏng
nghiêm trọng, vì nó liên quan đến chiều dày vật liệu rải mỏng so với yêu cầu hoặc do dính bám
không tốt.
* Nứt phản ảnh: có thể do các nguyên nhân sau:
- Nứt từ khe nối của mặt đường BTXM phía dưới.
- Truyền từ vết nứt do nhiệt của mặt đường BTN cũ.
- Truyền từ vết nứt lưới của mặt đường phía dưới.
- Truyền từ vết nứt dọc của mặt đường phía dưới.
- Truyền từ vết nứt do mỏi của mặt đường phía dưới.
* Nứt trượt (nứt hình parabol):
Nứt trượt thường do dính bám giữa lớp mặt và lớp dưới kém hoặc hỗn hợp BTN chất lượng
kém (cấp phối kém, nhựa đường không phù hợp, hàm lượng nhựa quá lớn …), kết hợp với ảnh
hưởng của lực ngang do xe hãm, rẽ, quay đầu …. Hiện tượng này thường xãy ra ở các trạm thu
phí, bến xe, các vị trí xuống dốc lớn … Sửa chữa cho loại hình này cũng rất phức tạp và tốn kém,
nhất thiết phải bóc bỏ toàn bộ phần hỗn hợp hư hỏng.
2. Hư hỏng biến dạng:
* Lún vệt bánh xe:
Thường xuất hiện dọc theo vệt bánh xe chạy và có xu hướng phát triển ra phía lề đường,
được hình thành do các nguyên nhân:
- Sự giảm thể tích của BTN do tác dụng đầm nén của vệt bánh xe.
- Ứng suất cắt lặp đi lặp lại do tác dụng của bánh xe (đây là nhân tố cơ bản).
Các nhân tố ảnh hưởng đến vệt hằn lún bánh xe bao gồm:
- Cốt liệu: thành phần cấp phối, độ nhám bề mặt của cốt liệu, hình dạng hạt và cỡ hạt.
- Loại nhựa sử dụng.

- Hỗn hợp BTN: hàm lượng nhựa, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu.
- Điều kiện tải trọng: độ lớn của áp lực tác dụng, số lần tác dụng của tải trọng.
- Điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ ẩm.
Có 2 loại vệt lún bánh xe, thứ nhất là các biến dạng gây ra vệt hằn bánh xe chủ yếu xãy ra
trong lớp nền và lớp móng hơn là xãy ra trong lớp BTN. Thứ 2 là vệt hằn bánh xe do sự biến
dạng của lớp BTN chủ yếu liên quan tới quá trình thiết kế hỗn hợp BTN. Các kết quả của vệt hằn
này là do hỗn hợp BTN không đủ cường độ chịu cắt để chống lại các tải trọng trùng phục lớn.
* Lượn sóng và trồi lún:
Là hiện tượng hư hỏng do biến dạng cắt trượt trong lớp kết cấu bề mặt, có nguyên nhân chủ
yếu từ độ ổn định của hỗn hợp BTN mặt đường. Chất lượng hỗn hợp kém (cốt liệu cấp phối
không đảm bảo, hạt tròn cạnh, loại nhựa đường không thích hợp, hàm lượng nhựa lớn …) là
nguyên nhân chính của hiện tượng này. Nguyên nhân kết hợp là do tải trọng ngang của bánh xe
trên mặt đường. Vì vậy hiện tượng này thường xãy ra gần các trạm thu phí, bến xe, nút giao
thông, các đường cong nằm kết hợp với dốc dọc.
3. Mất mát vật liệu mặt đường:
Đó là các hiện tượng bong bật, bong tróc, ổ gà… Các hiện tượng này có thể do các nguyên
nhân sau:
- Hàm lượng nhựa không đủ.
- Dính bám kém giữa cốt liệu và nhựa đường.
- Chất lượng cốt liệu: độ ẩm, độ sạch.
- Chất lượng nhựa đường: lão hóa.
- Đầm nén không đủ.
- Thi công vào điều kiện thời tiết bất lợi.
Câu 2.
Khái niệm các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp BTN đã đầm nén và ảnh hưởng
của chúng đến độ bền khai thác của hỗn hợp BTN. Các chỉ tiêu này được kiểm soát
trong quá trình thiết kế hỗn hợp BTN như thế nào?
Trả lời:
Các chỉ tiêu thể tích của hỗn hợp BTN bao gồm: độ rỗng dư (VTM), độ rỗng cốt
liệu (VMA) và độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) và hàm lượng bi tum hữu ích thể hiện khả

năng phục vụ của mặt đường. Các giá trị này phải nằm trong giới hạn quy định đảm bảo
lớp BTN có khả năng chống lại biến dạng, chống chảy nhựa dưới tác động của tải trọng
xe và yếu tố nhiệt độ môi trường, hạn chế sự xâm nhập của nước vào hỗn hợp trong quá
trình khai thác.
* Độ rỗng cốt liệu (VMA):
Là thể tích của các khoảng trống của các hạt cốt liệu trong hỗn hợp đã đầm nén
bao gồm cả độ rỗng không khí (độ rỗng dư) và thể tích của nhựa đường không bị hấp thụ
vào trong cốt liệu.

100x
V
VV
VMA
T
EACV
+
=
or
sb
smb
G
PG
VMA
*
100
−=
(%)
Trong đó:
V
v

: thể tích lỗ rỗng không khí
V
EAC
: thể tích lượng nhựa có hiệu
V
T
: tổng thể tích mẫu BTN đầm nén
G
mb
: tỷ trọng khối của hỗn hợp BT asphalt
G
sb
: tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu
P
s
: hàm lượng cốt liệu % của tổng trọng lượng hỗn hợp.
Độ rỗng của cốt liệu ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề kinh tế của hỗn hợp. Trong hỗn
hợp cốt liệu cần phải có một độ rỗng nhất định. Nói chung, nếu độ rỗng càng lớn thì cần
nhiều chất kết dính asphalt vào bề mặt cũng như lấp đầy bớt lỗ rỗng của hỗn hợp cốt liệu,
dẫn đến cần hàm lượng asphalt nhiều hơn. Ngoài ra cốt liệu có lỗ rỗng (xốp) sẽ gây ra
hiện tượng “thấm hút chọn lọc”. Khi thấm hút chọn lọc chỉ có “thành phần chọn lọc”
trong asphalt thấm vào, để lại những phần thừa rắn lên trên bề mặt của cốt liệu. Điều này
có thể gây ra hiện tượng tách rời chất kết dính asphalt khỏi cốt liệu.
Vì vậy trong thiết kế hốn hợp BTN, việc lựa chọn chính xác thành phần vật liệu
khoáng là yếu tố quan trọng. Cần tìm kiếm bằng thực nghiệm hoặc lý thuyết để tạo ra
thành phần vật liệu khoáng tối ưu (tỷ lệ tốt nhất). Có nhiều phwuwong pháp để tính toán
thành phần, xong mục tiêu của tất cả các phương pháp đó là tìm kiếm tỷ lệ phối hợp hợp
lý hỗn hợp vật liệu khoáng với thể tích lỗ rỗng là nhỏ nhất, đáp ứng được yêu cầu của
BTN mặt đường.
* Độ rỗng dư (Va):

Là thể tích của các túi khí nhỏ giữa các hạt cốt liệu đã được bao bọc bằng nhựa
đường trong hỗn hợp BTN đã đầm nén, được thể hiện là % của thể tích hỗn hợp.

100x
V
V
V
T
V
a
=
or
1001 x
G
G
V
mm
mb
a
−=
(%)
Trong đó:
G
mm
: tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BT asphalt
Độ rỗng dư có ảnh hưởng rất lớn đến đặc trưng khai thác của mặt đường. Nếu
VTM nhỏ hơn 3%, hỗn hợp BTN mặt đường có nguy cơ xuất hiện vệt lún bánh xe do
biến dạng dẻo chảy. Nếu độ rỗng quá lớn, sẽ thúc đẩy quá trình lão hóa của BTN làm
giảm độ bền (chịu mỏi) của mặt đường.
Độ rỗng dư còn có xu hướng giảm do tác dụng đàm nén thứ cấp của mặt đường.

Một số kết quả nghiên cứu về mối quan hệ giữa độ rỗng dư và khả năng xuất hiện vệt lún
và chiều sâu vệt lún xuất hiện và độ rỗng dư sau khi chịu đầm nén thứ cấp của tải trọng
giao thông.
Đầm nén thứ cấp là tác dụng của tải trọng giao thông sau khi mặt đường thi công
xong, nếu đầm nén thực hiện kém, độ rỗng dư sau khi đầm nén có thể đạt 10 ÷ 12%,
trong khi theo thiết kế nhựa chặt là 3 ÷ 5%. Thông thường đối với mặt đường BTN có
chiều dày lớn, sẽ hay xuất hiện hiện tượng lún vệt bánh do đầm nén thứ cấp của tải trọng
giao thông trong thời kỳ đầu khai thác.
* Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA):
Là % thể tích của VMA được lấp đầy bằng nhựa đường.

100x
VV
V
VFA
VEAC
EAC
+
=
or
100x
VMA
VVMA
VFA
a
−
=
(%)
Chỉ tiêu này có liên hệ chặt chẽ với độ rỗng dư và như vậy, cũng có mối liên hệ
chặt chẽ với đặc trưng khai thác của mặt đường. Chỉ tiêu này cho BTN thông thường là

50 ÷ 70%. Nếu giá trị này cao quá, lên đến 80 ÷ 85% thì hỗn hợp sẽ có khả năng mất ổn
định và xãy ra hiện tượng vệt lún bánh.
* Hàm lượng bi tum có hiệu (P
be
):
Là tổng hàm lượng bi tum có trong hỗn hợp trừ đi phần bi tum bị mất do thấm vào
cốt liệu. Nó là một phần của hàm lượng bi tum tạo nên lớp phủ bên ngoài của các hạt cốt
liệu và nó là lượng bi tum chi phối các đặc tính cơ lý của hỗn hợp BT asphalt.

100
*
sba
bbe
PP
PP
−=
Trong đó:
- P
b
: hàm lượng bi tum xác định theo % trọng lượng hỗn hợp.
- P
ba
: hàm lượng bi tum hấp thụ xác định theo % trọng lượng cốt liệu
- P
s
: hàm lượng cốt liệu xác định theo % trọng lượng hỗn hợp.
Vì độ rỗng dư và độ rỗng cốt liệu thể hiện theo thể tích, chúng không thể xác định
được bằng cách cân, do đó hỗn hợp BT asphalt phải được thiết kế hoặc phân tích dựa trên
cơ sở thể tích.
* Kiểm soát các chỉ tiêu thể tích trong quá trình thiết kế hỗn hợp BTN:

Ta xác định các chỉ tiêu độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa vfa
hàm lượng bitum có hiệu thông qua các chỉ tiêu sau:
* Tỷ trọng biểu kiến của cốt liệu:

n
n
n
sb
G
P
G
P
G
P
G
P
PPPP
G
++++
++++
=


3
3
2
2
1
1
321

Trong đó:
- P
1
, P
2
, P
n
: phần trăm của các loại cốt liệu, tính theo khối lượng
- G
1
, G
2
, …G
n
: tỷ trọng của các loại cốt liệu có trong cốt liệu tổng hợp
* Tỷ trọng có hiệu của cốt liệu:

b
b
mn
mn
bmn
se
G
P
G
P
PP
G
+

−
=
Trong đó:
- P
mn
: phần trăm theo khối lượng của hỗn hợp ở trạng thái rời
- P
b
: hàm lượng bi tum tính bằng % theo tổng khối lượng hỗn hợp
- G
b
: tỷ trọng của bi tum
* Tỷ trọng lớn nhất (ứng với các hàm lượng bitum khác nhau):
Trong thiết kế hỗn hợp BT asphalt với các cốt liệu biết trước thì việc xác định tỷ
trọng lớn nhất G
mn
ứng với các hàm lượng bi tum khác nhau là cần thiết để xác định độ
rỗng dư ứng với từng hàm lượng bi tum đó.

b
b
se
s
mn
mn
G
P
G
P
P

G
+
=
Trong đó:
- P
s
: hàm lượng cốt liệu, % theo trọng lượng hỗn hợp
Câu 3.
Trình bày ảnh hưởng của các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp
BTN đến độ bền khai thác của mặt đường BTN. Hiện nay, người ta sử dụng những
thông số nào để kiểm soát chất lượng của cốt liệu (thô và mịn) sử dụng chế tạo hỗn
hợp BTN chặt, thi công theo phương pháp rải nóng làm mặt đường.
Trả lời:
1. Ảnh hưởng các tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN đến độ
bền khai thác của mặt đường BTN:
Hỗn hợp BT Asphalt đã đầm nén bao gồm các thành phần: cốt liệu, chất kết dính,
các lỗ rỗng. Mỗi thành phần trong hỗn hợp BT asphalt đóng một vai trò nhất và có liên
quan chặt chẽ đến nhau trong việc tạo nên 1 khối liên kết có đủ các tính chất cần thiết của
vật liệu làm lớp mặt đường.
Cốt liệu sử dụng cho xây dựng đường ô tô thường có nguồn gốc từ các loại đá tự
nhiên, hoặc có thể là vật liệu nhân tạo (thường là vật liệu nhẹ như sỉ lò cao).
Cốt liệu bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn với chức năng tạo bộ khung
chịu lực cho hỗn hợp, đóng một vai trò rất quan trọng trong hỗn hợp BT asphalt. Nó
chiếm khoảng 92 ÷96% tổng khối lượng trong BT asphalt và chiếm khoảng trên 30% giá
thành của kết cấu mặt đường, vì vậy nó ảnh hưởng khá nhiều đến giá thành của kết cấu
mặt đường.
Cốt liệu lý tưởng cho hỗn hợp BT asphalt phải có cấp phối hợp lý, cường độ, khả
năng chịu hao mòn lớn và hình dạng góc cạnh. Những tính chất khác bao gồm độ rỗng
thấp, bề mặt xù xì, không bị bẩn và có tính ghét nước. Thành phần kích cỡ hạt cốt liệu
phải đảm bảo thoả mãn đường cong cấp phối tiêu chuẩn được quy định cho mỗi loại BT

Asphalt khác nhau với mục đích tạo khung chịu lực bền vững mà vẫn đảm bảo màng chất
dính kết đủ bao bọc và kết dính các hạt cốt liệu. Với BT asphalt chặt, thành phần cỡ hạt
của cốt liệu theo phương trình họ đường cong Fuller: p=100(d/D)
n
.
Với: - n = 0,45
- d: phần trăm lọt sàng tích luỹ tại cỡ sàng d
- D: cỡ sàng lớn nhất của hỗn hợp cốt liệu.
a. Các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu:
Lựa chọn loại cốt liệu với tính chất khoáng vật học và hóa học cho hỗn hợp BTN
đóng vai trò quan trọng trong đặc tính sử dụng và độ bền khai thác của mặt đường BTN.
Các tính chất cơ lý cơ bản như dung trọng, độ rỗng, cường độ và tính chất hóa học/hóa –
lý học như khả năng hút ẩm, tính dính bám với nhựa đường là những hàm số phụ thuộc
vào các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu.
* Tính chất khoáng vật học của cốt liệu:
Các khoáng vật thông thường có trong thành phần của cốt liệu là khoáng vật silíc,
khoáng chất fen fat, sắt từ, cacbonnát và các khoáng vật sét. Tuỳ thuộc mỗi loại cốt liệu,
các thành phần khoáng vật này có thể khác nhau. Các tính chất của cốt liệu như cường
độ, độ bền, độ ổn định với các hoá chất, đặc tính bề mặt và hàm lượng các chất có hại …
cũng phụ thuộc vào các thành phần khoáng vật này.
- Độ cứng (đặc tính mài mòn của cốt liệu) ảnh hưởng đến lực chống trượt của
BTN làm mặt đường.
- Một yếu tố quan trọng đối với cốt liệu ảnh hưởng đến đặc tính khai thác của
BTN mặt đường có liên quan đến thành phần khoáng vật của cốt liệu đó là thành phần
khoáng vật của lớp bao quanh cốt liệu và các chất có hại trong cốt liệu. Các chất này bao
gồm: sét, sét phiến, bụi thạch cao, chất hòa tan trong nước … làm ảnh hưởng đến khả
năng dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường.
* Các tính chất hóa học của cốt liệu:
Tính chất hóa học của cốt liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó. Tính
chất hóa học của cốt liệu không ảnh hưởng quá lớn đến đặc tính khai thác của mặt đường

BTN, ngoại trừ việc ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường, mà
có liên quan đến loại hình hư hỏng bong tróc của mặt đường.
Nhựa đường khi được trộn với cốt liệu tạo hỗn hợp BTN cần phải theo quá trình:
làm ẩm bề mặt cốt liệu, tạo màng nhựa đều đặc dính bám vào bề mặt cốt liệu và giữ được
cơ chế dính bám đó khi có tác dụng của nước. Như vậy, đặc tính hoá học của bề mặt cốt
liệu đóng vai trò quan trọng trong cơ chế dính bám này.
b. Các tính chất vật lý của cốt liệu:
Cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN được phân loại theo kích cỡ là cốt liệu hạt
thô và cốt liệu hạt mịn bao gồm cả bột khoáng. Theo tiêu chuẩn ASTM, cốt liệu hạt thô là
cốt liệu sót trên sàng số 4 (4,75mm), cốt liệu mịn là cốt liệu lọt qua sàng số 4 và bột
khoáng lọt qua sàng số 200 (75µm). Viện Asphalt có ranh giới phân loại khác giữa cốt
liệu hạt thô và hạt mịn là sàng số 8 (2,36mm), giống như phân loại theo sàng vuông ở
Việt Nam.
Cốt liệu sử dụng cho hỗn hợp BTN mặt đường cần phải cứng, bền chắc và được
phối hợp theo thành phần cỡ hạt hợp lý, chúng phải bao gồm các hạt hình khối với độ
xốp rỗng nhỏ, sạch, bề mặt thô nhám và ghét nước. Chất lượng của cốt liệu được đánh
giá qua 1 số chỉ tiêu sau:
- Kích cỡ và thành phần cỡ hạt.
- Độ sạch thông qua hàm lượng các chất bụi bẩn và có hại.
- Độ cứng/độ chắc.
- Độ bền chắc.
- Cấu trúc bề mặt.
- Hình dạng hạt.
- Độ thẩm thấu.
- Tính thích ứng với nhựa đường.
* Độ cứng và cường độ chống mài mòn:
Hỗn hợp cốt liệu, thông qua ma sát giữa các hạt cốt liệu, phải có khả năng truyền
tải trọng bánh xe xuống các lớp móng phía dưới và phải có khả năng chống lại khả năng
mài mòn do tải trọng bánh xe. Độ mài mòn Log – Angeles được dùng để đánh giá chất
lượng này của cốt liệu.

* Độ bền chắc:
Cốt liệu phải có khả năng chống lại sự phá vỡ và phân rã do ảnh hưởng của độ ẩm
(quá trình nhiểm ẩm và khô) hoặc do ảnh hưởng của đóng và tan băng và các ảnh hưởng
khác trong quá trình phong hóa.Thí nghiệm độ bền sun fat (tiêu chuẩn ASTM C66 hoặc
AASHTO T103) dùng để đánh giá tính chất này của cốt liệu.
* Hình dạng và cấu trúc bề mặt của cốt liệu:
Hình dạng cốt liệu có góc cạnh để tạo lực ma sát và chèn móc lớn trong khung cốt
liệu sẽ tạo được hỗn hợp có độ bền cơ học hơn khi sử dụng các hạt tròn cạnh. Các hỗn
hợp sử dụng hạt tròn cạnh có khả năng linh động và dể đầm nén trong thi công, nhưng
cũng dể tạo vệt lún bánh xe do độ rỗng còn dư nhỏ và khả năng biến dạng dẻo lớn.
Độ thô ráp bề mặt hạt cốt liệu cũng tương tự như hình dạng cốt liệu có ảnh hưởng
đến độ linh động khi thi công và cường độ hỗn hợp.
Hình dạng và cấu trúc bề mặt thể hiện qua số mặt vỡ của hạt cốt liệu thể hiện khả
năng chống lại sự xuất hiện vệt lún bánh xe. Hình dạng và số mặt vỡ cúa hạt cốt liệu
chính là cơ sở để nghiên cứu cho ổn định của hỗn hợp BTN kể cả cấp phối chặt và cấp
phối hở.
* Độ sạch và hàm lượng các chất có hại:
Độ sạch và hàm lượng các chất có hại (chủ yếu trên bề mặt của hạt cốt liệu như
lượng bụi, sét và các chất hữu cơ) và lượng các hạt sét, hạt bở có ảnh hưởng đến cường
độ chung của hỗn hợp và khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường.
Chất lượng này của cốt liệu được đánh giá nhờ 2 TN:
- TN xác định hàm lượng hạt sét và hạt bở (ASTM C142), áp dụng cho cốt liệu hạt
thô.
- TN đương lượng cát (ASTM D2419), áp dụng cho cốt liệu hạt mịn.
Các tiêu chuẩn thông thường cho hỗn hợp BTN mặt đường hạn chế hàm lượng sét
và hạt bở trong cốt liệu thô dưới 1% và đương lượng cát cho cốt liệu mịn là 25-35.
2. Các thông số kiểm soát chất lượng của cốt liệu sử dụng chế tạo BTN mặt
đường:
* Đá:
- Thành phần cấp phối

- Cường độ, độ ép nát.
- Độ hao mòn Log Angeles
- Lượng đá dăm mềm yếu và hạt thoi dẹt
- Hàm lượng bụi, bùn, sét.
* Cát:
- Mô đun độ lớn
- Hệ số đương lượng cát
- Hàm lượng bụi, bùn, sét và tạp chất hữu cơ
* Bột khoáng:
- Loại đá chế tạo bột khoáng.
- Lượng bụi, bùn, sét trong đá chế tạo bột khoáng
- Khả năng hút nhựa của bột khoáng
- Độ ẩm.
- Thành phần cỡ hạt.
Câu 4. (trang 14 sgk)
So sánh cách phân loại nhựa đường đặc cũ (theo độ kim lún) và theo
Superpave, và nêu các thí nghiệm xác định cho mỗi cách phân loại.
Trả lời:
Hiện nay có 3 cách phân loại nhựa đường, trong đó có 2 phương pháp truyền
thống đã được áp dụng rỗng rãi trên thế giới:
- Phân loại theo độ kim lún (AASHTO M20).
- Phân loại theo độ nhớt (AASHTO M226).
Và một phương pháp mới được xem là phù hợp với tình hình phát triển cộng nghệ với
các loại nhựa đường mới - cải tiến, đó là phân loại theo Superpave.
1/. Phân loại theo phương pháp truyền thống:
- Phân loại theo độ kim lún trong xây dựng đường ô tô dựa trên cơ sở TN độ kim
lún của mẫu nhựa đường gốc (chưa hóa già) được thể hiện ở bảng sau:
TT Phương pháp thử Cấp độ kim lún
40 - 50 60 - 70 85 - 100
1 Độ kim lún, 25

0
C, 1/10mm 40 - 50 60 - 70 85 - 100
2 Nhiệt độ bắt lữa, độ C 232 min 232 min 232 min
3 Độ kéo dài, cm 100 min 100 min 100 min
4 Hàm lượng nhựa hoà tan trong
Trichlorothylen, %
99 min 99 min 99 min
5 TN sau khi làm TN màng mỏng ở
163
0
C, 5 giờ:
5.1 - Tổn thất khi nung, % 0,8 max 0,8 max 1,0 max
5.2 - Độ kim lún, % so với nhựa gốc 58 min 54 min 50 min
5.3 - Độ kéo dài, cm - 50 min 75 min
- Phân loại nhựa đường theo độ nhớt trong xây dựng đường ô tô dựa trên cơ sở TN
độ nhớt của mẫu nhựa đường nguyên thuỷ và các thí nghiệm khác, được thể hiện ở bảng
sau:
TT Các chỉ tiêu TN
Trị số tiêu chuẩn theo độ nhớt
AC - 5 AC - 10 AC - 20 AC - 40
1 Độ nhớt ở 60
0
C, P 500 ± 100 1000 ± 200 2000 ± 400 4000 ± 800
2 Độ nhớt ở 135
0
C, cSt; min 110 150 210 300
3 Độ kim lún ở 25
0
C, mm 120 70 40 20
4 Nhiệt độ bắt lửa,

0
C 177 219 232 232
5 Hoà tan trong Trichloethylene,
%; min
99 99 99 99
6
TN (sau khi TN màng mỏng)
- Độ nhớt ở 60
0
C, P; max 2500 5000 10000 20000
- Độ kéo dài ở 25
0
C, cm; min 100 50 20 10
Theo các chuyên gia về đường ôtô trên TG nhận thấy 1 thực tế là: nhiều phương
pháp TN để đánh giá chất lượng nhựa đường hiện nay còn dựa chủ yếu vào kinh nghiệm,
chưa thực sự phản ánh đúng tình trạng làm việc của nhựa đường trong hỗn hợp đá-nhựa
đường (nhất là trong BTN). Khi sử dụng làm các lớp mặt đường dưới tác dụng đồng thời
của tải trọng, lưu lượng xe cộng thêm với các yếu tố thay đổi môi trường như nhiệt độ, độ
ẩm…
Với tính chất phân loại nhựa đường hiện nay, có thể xãy ra trường hợp một số loại
nhựa đường khác nhau có thể được gộp chung vào 1 nhóm, trong khi thực tế chúng có
những đặc tính rất khác nhau với ảnh hưởng của nhiệt độ.
Ngoài ra tính chất phân loại nhựa đường và phương pháp TN truyền thống có 1
hạn chế là chưa xem xét tới khả năng làm việc của nhựa đường khi được sử dụng trong
các hỗn hợp dưới sự tác động của nhiệt độ và tải trọng, cụ thể:
- Tính chất của nhựa đường ảnh hưởng đến vệt lún của bánh xe.
- Tính chất của nhựa đường ảnh hưởng đến vệt nứt của kết cấu.
- Tính chất của nhựa đường ảnh hưởng đến vết nứt do nhiệt độ.
2/. Phân loại theo phương pháp Superpave:
Chương trình nghiên cứu chiến lược đường bộ SHRP được thực hiện vào năm

1987 – 1992, đầu tư cho việc nghiên cứu này nhằm mục đích xây dựng 1 tiêu chuẩn TN
và phân loại mới cho nhựa đường, đề xuất 1 phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN mới có
xét tới quan hệ chặt chẽ giữa các TN trong phòng và điều kiện làm việc của kết cấu BTn
ở hiện trường được gọi tên là Superpave.
SHRP cho rằng mô đun độ cứng của các loại nhựa đường khác nhau có thể thay
đổi khá nhiều, phụ thuộc vào các nhiệt độ làm việc của mặt đường và điều kiện tác dụng
của lực.
Chương trình Superpave nghiên cứu các cơ chế gây ảnh hưởng tới chất lượng của
mặt đường BTN:
- Hiện tượng phát triển của vệt hằn bánh xe của phần trên của lớp mặt đường nhựa
do tác dụng của tải trọng bánh xe ô tô.
- Hiện tượng mỏi của vật liệu nhựa trong mặt đường do tác dụng trùng phục của
xe với lưu lượng lớn.
- Hiện tượng nứt vì nhiệt, phát sinh khi mặt đường ở nhiệt độ thấp.
- Hiện tượng lão hóa sớm của nhựa trong mặt đường.
Việc phát sinh các vệt hằn bánh xe (ở nhiệt độ cao), hiện tượng mỏi của nhựa (ở
nhiệt độ trung bình của mặt đường) và hiện tượng nứt ở nhiệt độ thấp của mặt đường phụ
thuộc nhiều vào tỷ lệ tương đối của các thành phần đàn hồi và thành phần nhớt của mô
đun độ cứng của nhựa đường, đặc trưng qua góc lệch δ (giữa ứng suất tác dụng và biến
dạng phát sinh). Ở nhiệt độ trung bình và thấp thì sức kháng biến dạng là do ảnh hưởng
của thành phần đàn hồi của mô đun độ cứng. Chính vì thế những đặc trưng: mô đun độ
cứng và góc lệch δ phải được xét đến trong việc xác định các tiêu chuẩn chất lượng của
nhựa đường ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Với những đặc trưng trên tính chất lưu
biến của nhựa đường đã được xét đến.
Trên cơ sở các nghiên cứu trên, Superpave đã đề xuất các phương pháp thử
nghiệm sau để đánh giá thuộc tính của nhựa đường phục vụ cho phân loại nhựa đường:
- TN độ nhớt Brookfield – RS.
- TN gia nhiệt màng mỏng bi tum trên thiết bị xoáy – RTFOT.
- TN hoá cứng bi tum bằng bình áp lực – PAV.
- TN cắt động lưu biến – DSR.

- TN uốn dầm – BBR.
- TN kéo trực tiếp - DDT.
Trên cở sở các chỉ tiêu xác định bằng các TN như trên, phân loại nhựa đường theo
Superpave được thể hiện chi tiết ở bảng 2.4 – giáo trình “Độ bền khai thác và tuổi thọ kết
cấu mặt đường BTN” của TS Trần Thị Kim Đăng - Trường Đại học GTVT.
Theo Superpave, nhựa đường được chia làm 7 loại (mac): PG46; PG52; PG58;
PG64; PG70; PG76; PG82.
Trọng tâm của tiêu chuẩn kỹ thuật cho nhựa đường theo Superpave đó là độ tin
cậy của TN nhựa đường ở các điều kiện mô phỏng theo 3 giới hạn trong quá trình lão hóa
của nhựa đường.
- Giới hạn 1 đặc trưng cho công tác vận chuyển, lưu kho và bán hàng bao gồm các
TN thực hiện trên mẫu nhựa đường gốc.
- Giới hạn 2 đặc trưng cho quá trình trộn và thi công, quá trình hóa già này được
mô phỏng bằng lò quay màng mỏng RTFOT.
- Giới hạn 3 mô phỏng quá trình hóa già dài hạn của nhựa đường giống như sự
làm việc của lớp BTN trong kết cấu mặt đường. Bước này được mô phỏng trong chỉ tiêu
kỹ thuật bằng TN hóa già của nhựa đường sử dụng bình áp lực PAV.
Câu 5.
Trình bày về phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp
Marshall và theo Superpave: sự giống và khác nhau cơ bản, các chỉ tiêu và thí
nghiệm tương ứng để thiết kế thành phần hỗn hợp.
Trả lời:
Phương pháp Marshall đầu tiên được phát triển năm 1939 và được cải tiến năm
1943, phương pháp Superpave được nghiên cứu và phát triển vào khoảng cuối những
năm 90. Cả 2 phương pháp đều có chung 1 mục đích là lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu
(tốt nhất) đối với 1 hỗn hợp cốt liệu có trước.
1/. Nguyên tắc thiết kế:
* Phương pháp Marshall:
Tuân thủ theo nguyên tắc sau: hỗn hợp BTN được thiết kế (đưa ra hàm lượng nhựa
tốt nhất) nhằm tạo nên một mặt đường có đủ cường độ, ổn định trong quá trình khai thác,

thoả mãn 2 yêu cầu sau:
- Yếu tố đặc tính thể tích: bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng dư (Va), độ rỗng cốt liệu
(VMA), độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) của hỗn hợp BTN. Các giá trị này nằm trong giới
hạn quy định đảm bảo lớp BTN có khả năng chống biến dạng, chống chảy nhựa dưới tác
động của tải trọng xe và yếu tố nhiệt độ môi trường, hạn chế sự xâm nhập của nước vào
hỗn hợp trong quá trình khai thác.
- Yếu tố về đặc tính cơ học: bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng cốt liệu
và các chỉ tiêu liên quan đến cường độ của hỗn hợp BTN sau khi đầm nén (độ ổn định, độ
dẻo) nhằm đảm bảo cho kết cấu lớp BTN có đủ cường độ sau khi xây dựng.
Cấp phối hỗn hợp cốt liệu chế tạo BTN: sử dụng cấp phối hỗn hợp cốt liệu liên
tục, tuân theo công thức Fuller p=(d/D)
n
(với n=0,45). Đường bao của hỗn hợp cốt liệu
được khuyến nghị dùng theo ASTM D3515 và tuỳ theo từng địa phương để hiệu chỉnh
cho phù hợp.
* Phương pháp Superpave:
Tuân theo nguyên tắc sau: sử dụng các vật liệu hợp lý để chế tạo ra 1 hỗn hợp
BTN đạt được một mức độ nào đó về các khả năng làm việc của mặt đường BTN phù
hợp với các yêu cầu về mức độ giao thông, môi trường, kết cấu mặt đường và độ tin cây.
Hỗn hợp BTN được thiết kế (đưa ra hàm lượng nhựa tốt nhất) phải thoả mãn 2 yếu tố cơ
bản sau:
- Yếu tố về đặc tính thể tích: bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng dư (Va), độ rỗng cốt
liệu (VMA), độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) của hỗn hợp BTN. Các giá trị này phải nằm
trong giới hạn quy định.
- Yếu tố về đặc tính cơ học: bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng cốt
liệu, các chỉ tiêu cường độ (khả năng làm việc) của hỗn hợp BTN và dự báo khả năng
làm việc thực tế của mặt đường BTN trên cơ sở kết quả TN cắt (SST) và TN kéo gián
tiếp (IDT).
Việc lựa chọn loại nhựa đường: dựa trên tiêu chuẩn phân loại nhựa đường theo
cấp đặc tính theo Superpave.

Cấp phối hỗn hợp cốt liệu chế tạo BTN: sử dụng cấp phối hỗn hợp cốt liệu liên
tục, tuân theo công thức Fuller p=(d/D)
n
(với n=0,45).
Phương pháp thiết kế này phân thành các bước riêng biệt cho công tác lựa chọn
nhựa, lựa chọn cốt liệu và các quá trình thiết kế hỗn hợp. Quá trình lựa chọn vật liệu và
thiết kế hỗn hợp BTN dựa trên các số liệu về giao thông, thời tiết của vùng lập dự án.
Các TN về khả năng làm việc của hỗn hợp BTN và các dự báo khả năng làm việc
của mặt đường BTN trong quá trình khai thác là một trong những tính ưu việt nỗi bật
trong phương pháp thiết kế theo Superpave. Các kết quả dữ liệu từ các TN này được sử
dụng để lập ra các dự đoán chi tiết các điều kiện làm việc thực tế của mặt đường và ước
tính được tuổi thọ làm việc của hỗn hợp BTN trong tương lai tương ứng với các tải trọng
trục đơn tương ứng (ESAL). Phương pháp TN mẫu BTN trên thiết bị cắt (SST) và kéo
gián tiếp (IDT) là 2 TN cơ bản để ước tính và dự báo các khả năng làm việc thực tế của
mặt đường.
2/. Trình tự thực hiện:
* Phương pháp Marshall:
a. Thí nghiệm Marshall:
Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm:
Máy nén Marshall điện tử; khuôn mẫu; búa đầm; kích lấy mẫu; tủ sấy; máy trộn
hoặc bếp đun và các dụng cụ trộn; bình bảo ôn mẫu ở nhiệt độ 60
0
C; cân 5kg và 2kg; các
dụng cụ phụ trợ: hộp đựng mẫu, cốc đựng bitum, nhiệt kế; găng tay cao su; bút ghi số
hiệu mẫu.
Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: tối thiểu là 6 tổ mẫu (18 mẫu).
- Cốt liệu được làm sạch, sấy khô ở nhiệt độ 110 ± 5
0
C, khối lượng và thành phần
cở hạt theo yêu cầu.

- Xác định nhiệt độ trộn và nhiệt độ sấy để độ nhớt của bi tum đạt 280 ± 30 cSt.
+ Chuẩn bị hỗn hợp:
- Sàng từng cỡ hạt và cân riêng theo khối lượng tính toán để phối trộn theo cấp
phối đã lựa chọn. Cân lượng bitum đủ cho 1 mẫu thí nghiệm và đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ
trộn, sau đó trộn đều với cốt liệu, đưa vào khuôn và tiến hành đầm với số lượng đầm 50
hoặc 75 lần/1 mặt mẫu.
+ Bảo dưỡng mẫu và sau đó dùng kích đưa mẫu ra khỏi khuôn, thực hiện việc bảo
ôn mẫu rồi sau đó tiến hành các thí nghiệm khác để xác định các chỉ tiêu.
Xác định các chỉ tiêu vật lý:
- Cân mẫu, đo chiều cao hoặc cân mẫu trong nước để xác định thể tích mẫu.
- Tính toán các chỉ tiêu: khối lượng thể tích, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, phần
trăm thể tích lỗ rỗng cốt liệu được lấp đầy bằng nhựa (thực hiện với toàn bộ số mẫu).
Nén xác định độ ổn định và độ dẻo Marshall.
Xác định hàm lượng nhưa tối ưu:
Vẽ các đồ thị quan hệ giữa các hàm lượng nhựa và các chỉ tiêu vật lý và chỉ tiêu
Marshall. Các quan hệ được sử dụng để xác định hàm lượng nhựa tối ưu bao gồm:
- Độ ổn định Marshall – Hàm lượng nhựa.
- Độ dẻo Marshall – Hàm lượng nhựa.
- Dung trọng thể tích – Hàm lượng nhựa.
- Độ rỗng dư – Hàm lượng nhựa.
- Độ rỗng cốt liệu – Hàm lượng nhựa.
+ Xác định hàm lượng nhựa đối với cấp phối đã lựa chọn:
Trên cở sở các mối quan hệ giữa các chỉ tiêu được tính toán với các hàm lượng
nhựa thay đổi, việc xác định hàm lượng nhựa tối ưu được thực hiên theo các phương
pháp sau:
Phương pháp 1: Chọn hàm lượng nhựa tương ứng với độ rỗng dư yêu cầu trung
bình (4%). Kiểm tra các chỉ tiêu khác ứng với độ rỗng 4%, so sánh các chỉ tiêu được xác
định với phạm vi yêu cầu. Nếu đảm bảo, hàm lượng nhựa tối ưu là hàm lượng cho độ
rỗng dư bằng 4%. Nếu có chỉ tiêu nào đó nằm ngoài phạm vi yêu cầu thì hỗn hợp cần
phải thiết kế lại.

Phương pháp 2: Chọn hàm lượng nhựa cho tỷ trọng hỗn hợp đã đầm nén lớn nhất,
độ ổn định Marshall lớn nhất và độ rỗng dư 4%. Lấy số trung bình cộng của các giá trị
trên. So sánh giá trị xác định được với các phạm vi yêu cầu của các chỉ tiêu còn lại. Nếu
đảm bảo, giá trị trung bình xác định được đó sẽ là hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn.
b. Ưu nhược điểm của phương pháp:
* Ưu điểm:
- Phương pháp đã chú ý đến các đặc tính độ chặt và độ rỗng của hỗn hợp BTN.
Các phân tích này đảm bảo cho các thành phần thể tích của các vật liệu trong hỗn hợp đạt
tới một độ bền của hỗn hợp BTN nóng.
- Phương pháp thí nghiệm đơn giản, không đòi hỏi nhiều thí nghiệm.
- Các yêu cầu về thiết bị thí nghiệm đơn giản và gọn nhẹ, do đó giá thành các
trang thiết bị thí nghiệm khá hợp lý và rất cơ động, phù hợp với các phòng thí nghiệm
hiện trường.
* Nhược điểm:
- Quá trình đầm nén mẫu không mô phỏng hết được quá trình ltruwowngfthuwcj
tế ngoài hiện trường. Vì vậy độ ổn định Marrshall không thể hiện đầy đủ cường độ chịu
cắt của hỗn hợp BTN và nó khó đảm bảo được khả năng chống lại vệt hằn bánh cho mặt
đường BTN.
- Trong phương pháp Marshall, các khả năng làm việc của mặt đường BTN chưa
được xem xét chặt chẽ, do đó mặt đường BTN được thiết kế theo phương pháp này chưa
khắc phục được 3 hư hỏng chính: biến dạng vĩnh cữu, nứt do mỏi và nứt ở nhiệt độ thấp.
* Phương phápSuperpave:
Hệ thống thiết kế hỗn hợp BTN theo Superpave bao gồm 3 mức độ thiết kế riêng
biệt tương ứng với lượng giao thông thiết kế (tải trọng trục đơn tương đương 80kN-
ESALs trong toàn bộ tuổi thọ phục vụ của mặt đường) như được quy định theo bảng sau:
Lượng giao thông thiết kế ứng với các mức thiết kế:
Mức thiết kế Lượng giao thông thiết kế (ESAL)
Mức 1 (thấp) ≤10
6
Mức 2 (trung gian) ≤ 10

7
Mức 3 (cao) > 10
7
Sự phức tạp trong quá trình thiết kế hỗn hợp BTN sẽ tăng dần theo mức thiết kế từ
1 đến 3. Mức thiết kế 3 đồi hỏi 1 số lượng thí nghiệm lớn nhất, mẫu thí nghiệm nhiều
nhất và thời gian để hoàn thiện thiết kế dài nhất.
+ Thiết kế hỗn hợp BTN theo mức thiết kế 1: Gồm các nội dung chủ yếu sau:
(1). Lựa chọn các vật liệu để thiết kế hỗn hợp BTN.
(2). Lựa chọn 1 cấp phối để thiết kế.
(3). Chế bị mẫu thí nghiệm và đầm nén mẫu trong phòng.
(4). Phân tích số liệu và đưa ra các kết quả.
(5). Lựa chọn 1 hàm lượng nhựa thiết kế.
+ Thiết kế hỗn hợp BTN theo mức thiết kế 2: Gồm các nội dung chủ yếu sau:
(1). Thực hiện các bước thiết kế đặc tính thể tích của hỗn hợp BTN theo mức TK
1.
(2). Lựa chọn 3 hàm lượng nhựa bao gồm cả hàm lượng nhựa theo TK ở mức 1.
(3). Đánh giá các kiểu hư hỏng của mặt đường theo quy định kỹ thuật.
(4). Xác định các dữ liệu của nhiệt độ mặt đường trong vùng lập dự án.
(5). Tiến hành các thí nghiệm về khả năng làm việc của mặt đường.
(6). Tính toán các nhiệt độ ảnh hưởng tới điều kiện làm việc của mặt đường.
(7). Đánh giá các số liệu thí nghiệm để tính toán các tính chất của vật liệu.
(8). Đánh giá các dự báo theo mức độ giao thông.
(9). Đánh giá các thông số về kết cấu mặt đường.
(10). Dự báo các khả năng làm việc của mặt đường.
+ Thiết kế hỗn hợp BTN theo mức thiết kế 3:
Được thực hiện giống như mức 2, ngoại trừ quá trình thiết kế đó là 1 quá trình
phân tích hoàn thiện khả năng làm việc của hỗn hợp BTN và các cách thức sử dụng để dự
báo nứt mỏi và biến dạng vĩnh cửu được thực hiện 1 cách hoàn thiện hơn so với mức 2.
Hệ thống thiết kế hỗn hợp BTN theo Superpave đưa ra khả năng linh hoạt đối với
một, hai hoặc 3 kiểu hư hỏng mặt đường. Ví dụ như tại một vùng nào đó có khí hậu nóng,

có thể chỉ thiết kế tập trung vào biến dạng vĩnh cửu hoặc cả biến dạng vĩnh cửu và nứt
mỏi. Còn đối với vùng khí hậu lạnh, có thể thiết kế tập trung vào những hư hỏng do nhiệt
độ thấp mà không quan tâm tới các hư hỏng khác. Trong 1 vùng khí hậu nào đó bao gồm
cả khí hậu lạnh và nóng, vùng dự án có thể được chọn sử dụng mức thiết kế 3 cho phân
tích biến dạng vĩnh cửu còn hư hỏng do nứt mỏi và nứt do nhiệt độ thấp được chọn ở
mức thiết kế 2.
Ưu nhược điểm của phương pháp:
* Ưu điểm:
- Đã đưa ra một hệ thống thiết kế BTN phản ánh được sư tác động của tải trọng và
môi trường tới điều kiện làm việc của mặt đường trong kết cấu.
- Có khả năng linh hoạt trong thiết kế hỗn hợp BTN cho các vùng khí hậu khác
nhau.
- Đã xem xét đến điều kiện làm việc của mặt đường (thông qua lượng giao thông
ESAL) để quy định giá trị các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu.
- Hệ thống thiết bị thí nghiệm hiện đại nên cho số liệu, kết quả thí nghiệm có độ
chính xác cao, dể đạt được độ tin cậy.
- Việc quy định: độ rỗng dư thiết kế là 4%; đầm nén mẫu với 3 mức tương ứng với
số lượng vòng xoay quy định; độ chặt của mẫu BTN ứng với số vòng xoay là cơ sở tạo
nên một hỗn hợp BTN có đặc tính làm việc cao.
- Phương pháp thiết kế này có thể được sử dụng để thiết kế hỗn hợp BTN cho quá
trình xây dựng mới lớp mặt, lớp dưới và các lớp móng cững như khi làm lớp phủ tăng
cường.
* Nhược điểm:
- Các thiết bị thí nghiệm có giá thành cao nên khó khăn cho các nước đang phát
triển như nước ta.
- Quá trình thí nghiệm các khả năng làm việc của hỗn hợp BTN khá phức tạp, cần
phải có đội ngũ thí nghiệm được đào tạo bài bản, có năng lực cao.
- Cần phải thu thập rất nhiều dữ liệu quan trắc về nhiệt độ, môi trường, tải trọng.
- Cần phải chuyển đổi hệ thống thí nghiệm và tiêu chuẩn nhựa đường theo
Superpave.

Câu 6.
Phân tích mối quan hệ giữa thành phần khoáng vật học, thành phần hóa học
và các tính lý học của cốt liệu với vấn đề độ bền khai thác của mặt đường BTN.
Trả lời:
Cốt liệu trong xây dựng đường ô tô thường có nguồn gốc từ các loại đá tự nhiên
hoặc có thể là vật liệu nhân tạo (thường là vật liệu nhẹ như sỉ lò cao).
1/. Các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu:
Lựa chọn loại cốt liệu với tính chất khoáng vật học và hóa học cho hỗn hợp BTN
đóng vai trò quan trọng trong đặc tính sử dụng và độ bền khai thác của mặt đường BTN.
Các tính chất cơ lý cơ bản như dung trọng, độ rỗng, cường độ và tính chất hóa học/hóa –
lý học như khả năng hút ẩm, tính dính bám với nhựa đường là những hàm số phụ thuộc
vào các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu.
* Tính chất khoáng vật học của cốt liệu:
Các khoáng vật thông thường có trong thành phần của cốt liệu là khoáng vật silíc,
khoáng chất fen fat, sắt từ, cacbonnát và các khoáng vật sét. Tuỳ thuộc mỗi loại cốt liệu,
các thành phần khoáng vật này có thể khác nhau. Các tính chất của cốt liệu như cường
độ, độ bền, độ ổn định với các hoá chất, đặc tính bề mặt và hàm lượng các chất có hại …
cũng phụ thuộc vào các thành phần khoáng vật này. Tuy nhiên, cho dù cốt liệu được hình
thành từ các loại thành phần khoáng vật nhưng tính chất của cốt liệu có thể bị thay đổi do
quá trình ôxy hoá, thủy hoá, phong hóa… nên chỉ thành phần khoáng vật không thể quyết
định được hoàn toàn tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN.
- Độ cứng (đặc tính mài mòn của cốt liệu) ảnh hưởng đến lực chống trượt của
BTN làm mặt đường.
- Một yếu tố quan trọng đối với cốt liệu ảnh hưởng đến đặc tính khai thác của
BTN mặt đường có liên quan đến thành phần khoáng vật của cốt liệu đó là thành phần
khoáng vật của lớp bao quanh cốt liệu và các chất có hại trong cốt liệu. Các chất này bao
gồm: sét, sét phiến, bụi thạch cao, chất hòa tan trong nước … làm ảnh hưởng đến khả
năng dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường.
* Các tính chất hóa học của cốt liệu:
Tính chất hóa học của cốt liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó. Tính

chất hóa học của cốt liệu không ảnh hưởng quá lớn đến đặc tính khai thác của mặt đường
BTN, ngoại trừ việc ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường, mà
có liên quan đến loại hình hư hỏng bong tróc của mặt đường.
Nhựa đường khi được trộn với cốt liệu tạo hỗn hợp BTN cần phải theo quá trình:
làm ẩm bề mặt cốt liệu, tạo màng nhựa đều đặc dính bám vào bề mặt cốt liệu và giữ được
cơ chế dính bám đó khi có tác dụng của nước. Như vậy, đặc tính hoá học của bề mặt cốt
liệu đóng vai trò quan trọng trong cơ chế dính bám này.
Có 2 loại cốt liệu cơ bản khác nhau về đặc tính hóa học:
- Cốt liệu ưa nước, loại này có khả năng thấm nước tốt hơn nhiều so với nhựa
đường. Với các loại cốt liệu này, màng nhựa tạo thành quanh hạt cốt liệu rất dễ bị bong
tách khi chịu tác dụng của nước. Chúng được gọi là cốt liệu thích nước và có xu hướng
hóa học là gốc a xít. Chúng là các loại đá cát kết, thạch anh và sỏi silíc.
- Loại cốt liệu có khả năng hấp thụ nhựa đường tốt hơn nước, gọi là cốt liệu ghét
nước, thường có xu hướng hóa học là gốc ba zơ. Đó là các loại cốt liệu từ đá vôi hoặc có
chứa đá vôi.
- Ngoài ra có nhiều loại cốt liệu mà bề mặt của nó bao gồm cả khoáng vật si líc và
cả khoáng vật ba zơ. Các loại cốt liệu dạng này điển hình gồm: đá tráp, đá bazan, đá
Pocfia, đá vôi silíc.
2/. Các tính chất vật lý của cốt liệu:
Cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp BTN được phân loại theo kích cỡ là cốt liệu hạt
thô và cốt liệu hạt mịn bao gồm cả bột khoáng. Theo tiêu chuẩn ASTM, cốt liệu hạt thô là
cốt liệu sót trên sàng số 4 (4,75mm), cốt liệu mịn là cốt liệu lọt qua sàng số 4 và bột
khoáng lọt qua sàng số 200 (75µm). Viện Asphalt có ranh giới phân loại khác giữa cốt
liệu hạt thô và hạt mịn là sàng số 8 (2,36mm), giống như phân loại theo sàng vuông ở
Việt Nam.
Cốt liệu sử dụng cho hỗn hợp BTN mặt đường cần phải cứng, bền chắc và được
phối hợp theo thành phần cỡ hạt hợp lý, chúng phải bao gồm các hạt hình khối với độ
xốp rỗng nhỏ, sạch, bề mặt thô nhám và ghét nước. Chất lượng của cốt liệu được đánh
giá qua 1 số chỉ tiêu sau:
- Kích cỡ và thành phần cỡ hạt.

- Độ sạch thông qua hàm lượng các chất bụi bẩn và có hại.
- Độ cứng/độ chắc.
- Độ bền chắc.
- Cấu trúc bề mặt.
- Hình dạng hạt.
- Độ thẩm thấu.
- Tính thích ứng với nhựa đường.
* Độ cứng và cường độ chống mài mòn:
Hỗn hợp cốt liệu, thông qua ma sát giữa các hạt cốt liệu, phải có khả năng truyền
tải trọng bánh xe xuống các lớp móng phía dưới và phải có khả năng chống lại khả năng
mài mòn do tải trọng bánh xe. Độ mài mòn Log – Angeles được dùng để đánh giá chất
lượng này của cốt liệu.
* Độ bền chắc:
Cốt liệu phải có khả năng chống lại sự phá vỡ và phân rã do ảnh hưởng của độ ẩm
(quá trình nhiểm ẩm và khô) hoặc do ảnh hưởng của đóng và tan băng và các ảnh hưởng
khác trong quá trình phong hóa.
Thí nghiệm độ bền sun fat (tiêu chuẩn ASTM C66 hoặc AASHTO T103) dùng để
đánh giá tính chất này của cốt liệu. Cốt liệu được ngâm trong dung dịch sun fat – natri và
sun fat – mazê bảo hòa. Trong quá trình ngâm, các tinh thể muối thạch anh thoát ra từ các
lỗ rỗng của cốt liệu, làm cho các hạt có khả năng bị phân rã thành các hạt cốt liệu nhỏ
hơn. % khối lượng cốt liệu còn lại sau 5 chu trình ngâm thể hiện độ bền chắc của cốt liệu.
* Hình dạng và cấu trúc bề mặt của cốt liệu:
Hình dạng cốt liệu có góc cạnh để tạo lực ma sát và chèn móc lớn trong khung cốt
liệu sẽ tạo được hỗn hợp có độ bền cơ học hơn khi sử dụng các hạt tròn cạnh. Các hỗn
hợp sử dụng hạt tròn cạnh có khả năng linh động và dể đầm nén trong thi công, nhưng
cũng dể tạo vệt lún bánh xe do độ rỗng còn dư nhỏ và khả năng biến dạng dẻo lớn.
Độ thô ráp bề mặt hạt cốt liệu cũng tương tự như hình dạng cốt liệu có ảnh hưởng đến độ
linh động khi thi công và cường độ hỗn hợp.
TN để đánh giá tính chất này là TN xác định chỉ số hạt cốt liệu (tiêu chuẩn ASTM
D3398). TN được tiến hành đơn giản bằng cách đầm cốt liệu trong các cối đầm, thanh

đầm tiêu chuẩn phù hợp với mỗi loại cốt liệu, sử dụng công đầm tiêu chuẩn. Khối lượng
riêng của các cốt liệu đã đầm nén và độ rỗng cốt liệu tương úng đã được xác định, chỉ số
hạt được xác định bằng phương trình:
I
a
= 1,25*V
10
– 0,25*V
50
- 32
- V
10
là % độ rỗng cốt liệu đầm nén với 10 lần đầm cho 1 lớp.
- V
50
là % độ rỗng cốt liệu đầm nén với 50 lần đầm cho 1 lớp.
Hình dạng và cấu trúc bề mặt thể hiện qua số mặt vỡ của hạt cốt liệu thể hiện khả
năng chống lại sự xuất hiện vệt lún bánh xe. Hình dạng và số mặt vỡ cúa hạt cốt liệu
chính là cơ sở để nghiên cứu cho ổn định của hỗn hợp BTN kể cả cấp phối chặt và cấp
phối hở.
* Độ sạch và hàm lượng các chất có hại:
Độ sạch và hàm lượng các chất có hại (chủ yếu trên bề mặt của hạt cốt liệu như
lượng bụi, sét và các chất hữu cơ) và lượng các hạt sét, hạt bở có ảnh hưởng đến cường
độ chung của hỗn hợp và khả năng dính bám giữa cốt liệu với nhựa đường.
Chất lượng này của cốt liệu được đánh giá nhờ 2 TN:
- TN xác định hàm lượng hạt sét và hạt bở (ASTM C142), áp dụng cho cốt liệu hạt
thô.
- TN đương lượng cát (ASTM D2419), áp dụng cho cốt liệu hạt mịn.
Các tiêu chuẩn thông thường cho hỗn hợp BTN mặt đường hạn chế hàm lượng sét
và hạt bở trong cốt liệu thô dưới 1% và đương lượng cát cho cốt liệu mịn là 25-35.

Câu 7.
Trình bày các thí nghiệm cần thiết để thiết kế một loại hỗn hợp BTN nóng
làm mặt đường theo phương pháp Marshall.
Trả lời:
Phương pháp Marshall đầu tiên được phát triển năm 1939, do kỹ sư Bruce
Marshall và được cải tiến năm 1943và trở thành một phương pháp rất phổ biến để lựa
chọn hàm lượng nhựa tối ưu đối với 1 hỗn hợp cốt liệu cho trước.
1/. Nguyên tắc thiết kế:
Tuân thủ theo nguyên tắc sau: hỗn hợp BTN được thiết kế (đưa ra hàm lượng nhựa
tốt nhất) nhằm tạo nên một mặt đường có đủ cường độ, ổn định trong quá trình khai thác,
thoả mãn 2 yêu cầu sau:
- Yếu tố đặc tính thể tích: bao gồm các chỉ tiêu độ rỗng dư (Va), độ rỗng cốt liệu
(VMA), độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) của hỗn hợp BTN. Các giá trị này nằm trong giới
hạn quy định đảm bảo lớp BTN có khả năng chống biến dạng, chống chảy nhựa dưới tác
động của tải trọng xe và yếu tố nhiệt độ môi trường, hạn chế sự xâm nhập của nước vào
hỗn hợp trong quá trình khai thác.
- Yếu tố về đặc tính cơ học: bao gồm các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng cốt liệu
và các chỉ tiêu liên quan đến cường độ của hỗn hợp BTN sau khi đầm nén (độ ổn định, độ
dẻo) nhằm đảm bảo cho kết cấu lớp BTN có đủ cường độ sau khi xây dựng.
Cấp phối hỗn hợp cốt liệu chế tạo BTN: sử dụng cấp phối hỗn hợp cốt liệu liên
tục, tuân theo công thức Fuller p=(d/D)
n
(với n=0,45). Đường bao của hỗn hợp cốt liệu
được khuyến nghị dùng theo ASTM D3515 và tuỳ theo từng địa phương để hiệu chỉnh
cho phù hợp.
2/. Trình tự thực hiện:
Thí nghiệm Marshall:
a/. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm:
Máy nén Marshall điện tử; khuôn mẫu; búa đầm và khung dẫn búa đầm; kích lấy
mẫu; tủ sấy; máy trộn hoặc bếp đun và các dụng cụ trộn; bình bảo ôn mẫu ở nhiệt độ

60
0
C; cân 5kg độ chính xác 1g và 2kg độ chính xác 0,1g; các dụng cụ phụ trợ: hộp đựng
mẫu, cốc đựng bitum, nhiệt kế; găng tay cao su; bút sáp ghi số hiệu mẫu.
b/. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:
Số lượng mẫu tối thiểu là 3 mẫu cho mỗi một hàm lượng nhựa (hàm lượng nhựa
lựa chọn trong phạm vi quy định của quy trình, sai khác nhau 0,5% cho mỗi tổ hợp mẫu,
tổng cộng 18 mẫu tất cả.
- Cốt liệu được làm sạch, sấy khô ở nhiệt độ 110 ± 5
0
C, khối lượng và thành phần
cở hạt theo yêu cầu.
- Xác định nhiệt độ trộn và nhiệt độ sấy để độ nhớt của bi tum đặc đạt 280 ± 30
cSt.
+ Chuẩn bị hỗn hợp:
- Sàng từng cỡ hạt và cân riêng theo khối lượng tính toán để phối trộn theo cấp
phối đã lựa chọn. Tổng khối lượng cốt liệu cho 1 mẫu là 1200g. Mỗi hỗn hợp cốt liệu cho
một mẫu được đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ trộn theo như đã xác định.
- Cân lượng bitum đủ cho 1 mẫu thí nghiệm vào các cốc, đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ
trọn.
- Trộn đều hỗn hợp cốt liệu đã sấy đủ nóng trong thiết bị trộn, đưa lượng nhựa vừa
đủ vào và trộn đều.
- Khi nhựa đã bao đều hạt cốt liệu, đưa cả hỗn hợp vào tủ sấy cho đến khi đạt nhiệt
độ đầm nén theo như đã xác định.
+ Đầm hỗn hợp:
- Đưa hỗn hợp trộn đủ nhiệt vào khuôn, tiến hành đầm với số lượng đầm 50 hoặc
75 lần/1 mặt mẫu tuỳ thuộc vào cấp đường.
+ Bảo dưỡng mẫu:
- Để mẫu nguyên trong khuôn ở nhiệt độ trong phòng cho đến khi nguội hẵn.
- Dùng kích đưa mẫu ra khỏi khuôn.

- Để mẫu 48 h trước khi làm thí nghiệm.
+ Bảo ôn mẫu ở nhiệt độ TN 60
0
C:
Để mẫu trong bình bảo ôn trong nước ở nhiệt độ 60
0
C trong 2 giờ.
c/. Xác định các chỉ tiêu vật lý:
- Cân mẫu, đo chiều cao hoặc cân mẫu trong nước để xác định thể tích mẫu.
- Tính toán các chỉ tiêu: khối lượng thể tích, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, phần
trăm thể tích lỗ rỗng cốt liệu được lấp đầy bằng nhựa (thực hiện với tất cả 18 mẫu).
d/. Nén xác định độ ổn định và độ dẻo Marshall:
- Mẫu lấy ra khỏi bình bảo ôn, thấm khô và nhanh chóng đưa vào 2 đầu kẹp mẫu
của máy nén.
- Cho thiết bị nén với tốc độ cố định (50mm/phút).
- Ghi lại giá trị lực và biến dạng tại thời điểm mẫu phá hoại. Giá trị lực được gọi là
độ ổn định Marshall và biến dạng gọi là độ dẻo Marshall (thực hiện nén với tất cả 18
mẫu).
e/. Xác định hàm lượng nhựa tối ưu:
Vẽ các đồ thị quan hệ giữa các hàm lượng nhựa và các chỉ tiêu vật lý và chỉ tiêu
Marshall. Các quan hệ được sử dụng để xác định hàm lượng nhựa tối ưu bao gồm:
- Độ ổn định Marshall – Hàm lượng nhựa.
- Độ dẻo Marshall – Hàm lượng nhựa.
- Dung trọng thể tích – Hàm lượng nhựa.
- Độ rỗng dư – Hàm lượng nhựa.
- Độ rỗng cốt liệu – Hàm lượng nhựa.
* Công thức tính toán:
(Sách giáo trình – trang 7 Bài 4)
* Xác định hàm lượng nhựa đối với cấp phối đã lựa chọn:
Trên cở sở các mối quan hệ giữa các chỉ tiêu được tính toán với các hàm lượng

nhựa thay đổi, việc xác định hàm lượng nhựa tối ưu được thực hiên theo các phương
pháp sau:
Phương pháp 1: Chọn hàm lượng nhựa tương ứng với độ rỗng dư yêu cầu trung
bình (4%). Kiểm tra các chỉ tiêu khác ứng với độ rỗng 4%, so sánh các chỉ tiêu được xác
định với phạm vi yêu cầu. Nếu đảm bảo, hàm lượng nhựa tối ưu là hàm lượng cho độ
rỗng dư bằng 4%. Nếu có chỉ tiêu nào đó nằm ngoài phạm vi yêu cầu thì hỗn hợp cần
phải thiết kế lại.
Phương pháp 2: Chọn hàm lượng nhựa cho tỷ trọng hỗn hợp đã đầm nén lớn nhất,
độ ổn định Marshall lớn nhất và độ rỗng dư 4%. Lấy số trung bình cộng của các giá trị
trên. So sánh giá trị xác định được với các phạm vi yêu cầu của các chỉ tiêu còn lại. Nếu
đảm bảo, giá trị trung bình xác định được đó sẽ là hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn.
Câu 8.
Trình bày về các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp BTN làm mặt đường và phương
pháp xác định, bao gồm:
- Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế thành phần hỗn hợp
- Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường có lớp mặt BTN
- Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng thi công mặt đường BTN.
Trả lời:
a/. Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế thành phần hỗn hợp:
Các chỉ tiêu Marshall:
Các chỉ tiêu Marrshall dùng để lựa chọn hàm lượng nhựa và để kiểm soát chất
lượng hỗn hợp BTN trong quá trình thi công. TN xác định độ ổn định và độ chảy
Marshall ở nhiệt độ 60
0
C, là nhiệt độ của mặt đường vào những ngày nóng của mùa hè.
Một số Quốc gia sử dụng độ cứng (thương số) Marshall như một thông số cơ học đặc
trừng cho cường độ của hỗn hợp. Tuy nhiên, thực tế rất ít có những số liệu chỉ ra mối
quan hệ rõ ràng giữa đặc trưng khai thác của mặt đường với các chỉ tiêu Marshall.
Mô đun đàn hồi:
Thực tế, BTN không phải là vật liệu đàn hồi thuần tuý. Cũng như nhựa đường, là

loại vật liệu thành phần chủ yếu, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng (mô đun đàn hồi)
không phải là tuyến tính mà thay đổi phụ thuộc vào mức độ tải trọng, thời gian tác dụng
của tải trọng và nhiệt độ thí nghiệm. Mỗi mô hình TN có thể cho các giá trị mô đun đàn
hồi khác nhau tuỳ thuộc vào cơ chế gia tải và điều kiện TN.
Mô đun đàn hồi tải trọng lặp (TN kéo gián tiếp tải trọng lặp):
Giá trị mô đun đàn hồi xác định bằng TN kéo gián tiếp tải trọng lặp được dùng
làm thông số cho cường độ của BTN trong tính toán kết cấu mặt đường theo AASHTO.
TN này còn có thể tiến hành với các mẫu khoan hiện trường.
Mô đun phức động:
Còn gọi là mô đun động, với lực tác dụng động theo chiều dọc trục của mẫu. Mô
đun đàn hồi được tính đúng bằng công thức: ứng suất/biến dạng.
Đặc tính mỏi:
Đặc tính mỏi là một tính chất quan trọng của hỗn hợp BTN, ảnh hưởng trực tiếp
đến độ bền khai thác và tuổi thọ của mặt đường BTN. Hiện tượng nứt do mỏi là do ứng
suất kéo tác dụng lặp lại. Mô hình TN mỏi vì thế có thể là mô hình kéo uốn dầm hoặc mô
hình kéo gián tiếp. TN mỏi có thể thực hiện bằng cách duy trì ứng suất tác dụng không
đổi hoặc duy trì một biến dạng không đổi.
Đặc tính từ biến:
Từ biến là thuộc tính rất quan trọng của BTN, cũng bắt nguồn từ đặc tính từ biến
của nhựa đường. TN từ biến xác định khả năng chống lại biến dạng không hồi phục của
hỗn hợp khi cho mẫu hỗn hợp chịu tác dụng của tải trọng dài hạn. Người ta theo dỏi sự
phát triển của biến dạng không hồi phục theo thời gian khi mà tải trọng tác dụng có giá trị
không đổi. Cũng có nhiều mô hình có thể sử dụng để làm TN từ biến, như là: nén dọc
trục nở hông tự donowrnens 3 trục, kéo gián tiếp và TN mô phỏng bánh xe. TN kéo gián
tiếp được dùng để xác định khả năng xuất hiện nứt, còn các TN khác dùng để dự báo
chiều sâu vệt lún bánh xe và xác định khả năng chống lại hằn vệt bánh.
c/. Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng thi công mặt đường BTN:
* Các chỉ tiêu chất lượng vật liệu thành phần:
Cốt liệu đá dăm:
Đá dăm dùng làm mặt đường BTN được quy định kiểm tra trước khi diển ra hoạt

động chế tạo hỗn hợp và thường xuyên trong quá trình thi công. Các chỉ tiêu kiểm tra:
- Nguồn gốc đá
- Thành phần cỡ hạt
- Cường độ chống va đập và mài mòn Log Angeles (LA)
- Tỷ số nghiền của cốt liệu cuội sỏi
- Hàm lượng sét và hạt bở (lượng đá dăm mềm yếu và phong hóa)
- Hàm lượng hạt thoi dẹt
- Hàm lượng đá gốc silic
- Độ sạch (hàm lượng bụi, bùn, sét)
Cát:
- Mô đun độ lớn và thành phàn hạt của cát
- Hàm lượng chung bụi, bùn, sét (hạt <0,05mm)
- Hàm lượng sét (hạt <0,005mm)
- Hàm lượng tạp chất hữu cơ
- Đương lượng cát
Bột khoáng:
- Thành phần cỡ hạt, % khối lượng
- Độ rỗng, % thể tích
- Độ nỡ của mẫu chế tạo bằng hỗn hợp bột khoáng và nhựa, %
- Độ ẩm, % khối lượng
- Khả năng hút nhựa của bột khoáng (lượng bột khoáng có thể hút hết 15g nhựa bi
tum 60/70)
- Khả năng làm cứng nhựa của bột khoáng (hiệu số nhiệt độ mềm của vữa nhựa
với tỷ lệ nhựa mác 60/70 và 6 bột khoáng theo trọng lượng với nhiệt độ mềm của nhựa
cùng mác 60/70)
Nhựa đường: Các chỉ tiêu của nhựa đường bao gồm:
- Độ kim lún ở 25
0
C
- Độ kéo dài ở 25

0
C
- Nhiệt độ hóa mềm
- Nhiệt độ bắt lửa
- Lượng tổn thất sau khi đun nóng ở 163
0
C trong 5 giờ
- Tỷ lệ độ kim lún sau khi đun nóng ở 163
0
C trong 5 giờ so với độ kim lún ở 25
0
C
- Lượng hòa tan Trichloroethylene
- Khối lượng riêng ở 25
0
C
- Độ dính bám đối với đá
- Hàm lượng Paraphin
* Các chỉ tiêu kiểm soát chất lượng hỗn hợp trong quá trình thi công:
Trong quá trình thi công, các chỉ tiêu sau của hỗn hợp được kiểm tra với tần suất
phụ thuộc vào mỗi dự án:
- Lấy mẫu hỗn hợp tại phểu cấp liệu nguội kiểm tra thành phần cấp phối
- Các chỉ tiêu thể tích với mẫu Marshall đầm nén từ hỗn hợp lấy tại hiện trường và
mẫu khoan hiện trường.
- Các chỉ tiêu Marrshall (độ ổn định, độ dẻo, độ cứng quy ước) với mẫu Marrshall
đầm nén từ hỗn hợp lấy tại hiện trường và mẫu khoan hiện trường.
- Chiết xuất mẫu lấy tại trạm trộn và trên hiện trường xác định hàm lượng nhựa và
thành phần cấp phối
- Kiểm tra nhiệt độ hỗn hợp trong các quá trình thi công.
Câu 9. (trang 9 SGK)

Phân tích liên quan giữa cỡ hạt và thành phần cỡ hạt của cốt liệu làm BTN
mặt đường và vấn đề độ bền khai thác của mặt đường BTN.
Trả lời:
Về mặt cấu trúc, BTN hình thành dựa trên cơ sở sự phối hợp các thành phần khác
nhau. Khi thiếu hụt hoặc tỷ lệ giữa các thành phần trong hỗn hợp không hợp lý thì cấu
trúc BTN sẽ bị phá vỡ làm cho BTN không đảm bảo điều kiện chịu lực.
Đường cong cấp phối cốt liệu:
Cấp phối cốt liệu là phân bố thành phần cỡ hạt theo % của tổng khối lượng. Cấp
phối cốt liệu cho hỗn hợp được xác định bằng TN sử dụng bộ sàng tiêu chuẩn.
Cấp phối cốt liệu là đặc tính quan trọng nhất của hỗn hợp cốt liệu. Nó ảnh hưởng
đến hầu hết các đặc tính quan trọng của hỗn hợp, bao gồm độ cứng, độ ổn định, độ bền,
độ thấm nước, độ linh động, khả năng chịu mỏi, cường độ chống trượt và khả năng chống
lại các hư hỏng do ảnh hưởng của nước. Chính vì vậy thiết kế thành phần hỗn hợp BTN
là quan trọng nhất đối với thiết kế thành phần BTN.
Theo lý thuyết, thì cấp phối cốt liệu tốt nhất là cấp phối cốt liệu có độ chặt lớn
nhất, để các hạt cốt liệu sát với nhau, chèn móc vào nhau và làm tăng lực ma sát trong bộ
khung cốt liệu. Tuy nhiên, với hỗn hợp BTN cần phải có đủ lỗ rỗng tương ứng với lượng
nhựa đủ để tạo thành hỗn hợp có độ bền, tránh hiện tượng chảy nhựa hoặc vệt lún bánh
xe.
Một trong những cấp phối tiêu chuẩn được nhiều người biết đến là cấp phối liên
tục theo họ đường cong Fuller cho đường cong cấp phối có độ chặt lớn nhất.
P = 100*(d/D)
n
Với: - d: đường kính cỡ hạt cần biết.
- D: kích cỡ hạt lớn nhất của hỗn hợp cốt liệu.
- p: tổng % hạt lọt qua cỡ sàng cần biết đó
- n = 0,45
* Kích cỡ hạt lớn nhất:
Kích thước hạt lớn nhất trong hỗn hợp cốt liệu là yếu tố quan trọng để đảm bảo
đặc trưng khai thác tốt của hỗn hợp BTN mặt đường. Có 2 định nghĩa cho kích cỡ hạt lớn

nhất thiết kế:
- Kích cỡ lớn nhất, là cỡ sàng nhỏ nhất mà 100% hạt cốt liệu của mẫu cốt liệu TN
lọt qua.
- Kích cỡ lớn nhất danh định, là cở sàng lớn nhất thiết kế để có được một số %
nhất định (thường là 10%) các hạt cốt liệu trong mẫu cốt liệu TN sót lại trên đó.
Theo quan điểm thi công, cỡ hạt cốt liệu lớn nhất thường được giới hạn khoảng
11/2 chiều dày lớp đã đầm nén. Trong những năm gần đây, có xu thế sử dụng hỗn hợp có
cỡ hạt lớn nhất để giảm thiểu khả năng hình thành lún vệt bánh xe. Sử dụng cỡ hạt lớn
còn cho khả năng giảm hàm lượng nhựa cần thiết, tuy nhiên nếu sử dụng cốt liệu hạt lớn
hơn 1 inches sẽ làm hỗn hợp có xu thế phân tầng trong khi thi công.
* Đường bao cấp phối tiêu chuẩn:
Đường bao cấp phối tiêu chuẩn cho BTN thường có được từ các tích luỹ hiện
trường. Mỗi Quốc gia khác nhau có thể có các tiêu chuẩn khác nhau cho từng loại BTN
sử dụng với các đặc tính mong muốn.
* Diện tích bề mặt cốt liệu:
Diện tích bề mặt cốt liệu cũng là một đặc tính quan trọng để tính toán hàm lượng
nhựa đủ để bao bọc cốt liệu, tạo một màng nhựa hợp lý, đảm bảo độ bền, độ ổn định và
tĩnh dính kết cho hỗn hợp. Diện tích bề mặt cốt liệu có thể tính toán được từ thành phàn
cỡ hạt của cốt liệu.
Thiết kế thành phần cỡ hạt thoã mãn đường bao cấp phối tiêu chuẩn:
Thiết kế thành phần cỡ hạt là xác định tỷ lệ phối hợp của 2 hay nhiều cốt liệu để
tạo ra được 1 hỗn hợp có thành phần cấp phối đảm bảo nằm trong đường cong cấp phối
tiêu chuẩn.
* Điều chỉnh để đảm bảo độ rỗng:
Mối liên hệ giữa thành phần cấp phối với các đặc tính cơ lý, các đặc trưng khai
thác và tuổi thọ mặt đường BTN đã được nhìn nhận và được thảo luận. Tuy nhiên việc
định lượng cho mối quan hệ này là rất khó. Một nghiên cứu đã được tiến hành nhằm đưa
ra công thức xác định cấp phối tối ưu để từ đó có được một độ rỗng phù hợp sao cho khối
lượng nhựa cần dùng là ít nhất, độ rỗng dư phù hợp để hỗn hợp BTN ổn định dưới tác
dụng của các tải trọng. Do đó, nếu có yêu cầu về việc hiệu chỉnh độ rỗng thì thường là

thay đổi cấp phối cốt liệu.
* Kiểm tra tính ổn định của hỗn hợp:
Nếu hỗn hợp không ổn định, mặt đường thể hiện tính kháng trượt và kháng nén rất
thấp dẫn đến biến dạng dưới tác dụng của tải trọng nặng có diện tích tiếp xúc nhỏ hoặc
hiện tượng xô đẩy hay những vệt hằn bánh xe, sự đổi hướng của tải trọng thể hiện những
dấu hiệu của hổn hợp có tính dẻo - chảy. Một số lưu ý về cốt liệu có liên quan đến tính ổn
định của hỗn hợp:
- Đặc tính bề mặt của cốt liệu:những cốt liệu tròn cạnh thì có nhiều vấn đề về mất
ổn định hơn những cốt liệu sắc cạnh. Cốt liệu dùng cho BTN yêu cầu phải có một số mặt
vỡ nhất định.
- Một yếu tố có liên quan đến vấn đề ổn định là hàm lượng vật liệu lọt qua cỡ sàng
75µm. Cùng với nhựa, phần cốt liệu này tạo nên tính liên kết của hỗn hợp BTN. Tính liên
kết cao tạo ra khả năng chịu kéo và tỉnh dẻo để chống lại tác dụng của lực cắt. Việc phân
bố cũng như tỷ lệ phần trăm của cốt liệu mịn cần được kiểm soát để đảm bảo tính ổn định
của hỗn hợp.
- Sự đều đặn của đường cong cấp phối là một nhân tố ảnh hưởng đến sự ổn định
của hỗn hợp.
Câu 10: Phân tích tính chất lý học, hóa học của nhựa bitum và mối liên hệ của
chúng đối với tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa
Trả lời:
1. Các tính chất lý hóa:
- Từ biến: là đặc tính quan trọng của bitum ảnh hưởng đến đặc trưng khai thác và độ
bền của mặt đường BTN, các đặc tính từ biến của nhựa đường trong hỗn hợp BTN mặt
đường sẽ thay đổi trong quá trình khai thác của mặt đường BTN.
- Tính chất hóa cứng và quá trình hóa cứng của nhựa đường trong mặt đường BTN:
Quá trình hóa cứng của bitum được chia làm 2 giai đoạn ngắn hạn và dài hạn. Lão hóa
ngắn hạn xảy ra trong quá trình trộn hỗn hợp, rãi và lu lèn. Tính chất bitum thay đổi trong
giai đoạn này thể hiện ở việc độ kim lún giảm đi và độ nhớt tăng lên do ô xi hóa và các
dầu nhẹ bị bay hơi. Quá trình này sẽ tiếp tục khi hỗn hợp BTN mặt đường nguội và đưa
vào khai thác trong khoảng 2 năm sau khi mặt đường được đưa vào khai thác gọi là lão

hóa dài hạn. Tốc độ hóa cứng dài hạn của nhựa đường phụ thuộc vào độ rỗng dư của hỗn
hợp đã đầm nén, độ rỗng càng lớn cho tốc độ hóa cứng càng nhanh, chiều dày màng nhựa
càng lớn cho tốc độ lão hóa chậm hơn.
- Độ kim lún: của nhựa đường ở 25
0
C thể hiện độ quánh của nhựa đường ở nhiệt độ
phục vụ trung bình năm và nó có thể ảnh hưởng đến một số đặc tính khai thác của mặt
đường, theo thời gian khai thác cùng với quá trình hóa cứng độ kim lún sẽ giảm dần.
Nghiên cứu của Hubbard và Gollomb cho một số kết luận:
+ Khi độ kim lún của nhựa đường trong BTN mặt đường tại 25
0
C giảm xuống dưới
20 mặt đường sẽ có hiện tượng nứt nghiêm trọng, sẽ có xuất hiện vết nứt khi độ kim lún
từ 20 - 30.
+ Cường độ chống nứt của hỗn hợp cải thiện nếu hỗn hợp được thiết kế tốt và được
đầm nén hợp lý để độ kim lún trong BTN mặt đường ở khoảng trên 30. Để đảm bảo độ
bền dài hạn của mặt đường nên sử dụng loại nhựa đường mềm có độ kim lún cao đến
mức có thể phù hợp với điều kiện tự nhiên khu vực để đảm bảo độ ổn định của hỗn hợp ở
nhiệt độ cao và tránh tích luy biến dạng không hồi phục.
- Độ kéo dài: là một trong những chỉ tiêu chất lượng chính của nhựa đường, thí
nghiệm độ kéo dài còn được cải tiến để xác định một chỉ tiêu quan trọng của nhựa đường
cải tiến bằng phụ gia polymer, chỉ tiêu độ đàn hồi. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi độ kim lún
giảm xuống nhỏ hơn 30, nhựa đường có độ kéo dài thấp cho đặc trưng phục vụ kém hơn
là loại nhựa đường có độ kéo dài lớn hơn và có cùng độ kim lún.
- Độ nhớt: tại một nhiệt độ bất kỳ có mối tương quan với cường độ chống cắt của
nhựa đường (là tỷ số giữa ứng suất cắt và biến dạng cắt). Độ nhớt của nhựa đường tại
60
0
C liên quan đến đặc trưng độ bền khai thác của mặt đường BTN trong điều kiện nhiệt
độ cao về mùa hè. Độ nhớt nhỏ tại 60

0
C có thể liên quan đến hiện tượng chảy nhựa hoặc
lún vệt bánh xe của mặt đường BTN (đây là loại hư hỏng có thể xảy ra nếu hàm lượng
nhựa trong hỗn hợp BTN mặt đường quá lớn)
- Độ ổn định nhiệt độ: Nhựa đường là loại vật liệu nhiệt dẻo, có tính chất thay đổi
nhiều khi nhiệt độ thay đổi. Độ ổn định nhiệt là một chỉ tiêu thể hiện khả năng thay đổi
các tính chất như độ quánh, đọ nhớt …thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Nhựa đường có tính
nhạy cảm nhiệt độ cao có thể đưa đến các khó khăn trong thi công cũng như các hư hỏng
có thể xảy ra đối với mặt đường BTN. Một số các chỉ tiêu thể hiện độ ổn định nhiệt độ
của nhựa đường:
+ Chỉ số độ kim lún PI: được xác định từ nhiệt độ hóa mềm của nhựa đường và độ
kim lún của nhựa đường tại 25
0
C, thường giá trị PI = -1 ÷ +1; nhựa đường có PI=-2 sẽ có
tính nhạy cảm với nhiệt độ rất lớn và thường gây ra vết nứt ngang trên mặt đường trong
điều kiện khí hậu lạnh.
+ Số độ kim lún - độ nhớt PVN: là chỉ số được xác định từ độ kim lún tại 25
0
C và
độ nhớt hoặc tại 135
0
C hoặc tại 60
0
C, hầu hết các loại nhựa đường PVN = -2 ÷ +0,5