Nghiên cứu các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp Bê tông nhựa

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

chơng 1 - Đặt vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu
1.1.

Đặt vấn đề và đặt nhiệm vụ nghiên cứu

Bê tông nhựa là vật liệu chủ yếu để xây dựng đờng ô tô và đợc sử dụng rộng
rãi trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Mạng lới đờng quốc gia ở Việt Nam
hiện nay có khoảng trên 80% có lớp mặt có xử lý bằng bitum, trong đó phần
lớn là dùng bê tông nhựa. Điều này cũng phù hợp trào lu chung của thế giới,
vật liệu gia cố bitum và bê tông nhựa đã và đang là loại vật liệu rất thông
dụng làm lớp mặt của kết cấu áo đờng ôtô. Công nghệ thi công lớp mặt đờng
bằng bê tông nhựa cũng đã quen thuộc với các nhà thầu Việt Nam.
Việc nâng cao chất lợng và tuổi thọ lớp mặt bê tông nhựa ở nớc ta sẽ góp phần
nâng cao chất lợng của cả mạng lới đờng ôtô và có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật to
lớn. Những cố gắng nhằm nâng cao chất lợng và tuổi thọ của lớp mặt bê tông
nhựa của kết cấu áo đờng có thể đi theo các hớng cơ bản sau đây:
- Nghiên cứu sử dụng các loại bê tông nhựa có cấu trúc khác với các loại bê
tông nhựa thông thờng, có cờng độ và tuổi thọ cao, chịu đợc tác dụng của
tải trọng nặng, có những đặc tính phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới.
- Sử dụng kết cấu áo đờng phù hợp với tải trọng giao thông (tải trọng trục xe
và lu lợng xe) và các điều kiện môi trờng.
- Hoàn thiện công nghệ thi công áo đờng và chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa
theo hớng hiện đại hoá thiết bị và công nghệ: từ thiết kế thành phần hỗn
hợp, thí nghiệm đánh giá và kiểm tra chất lợng.
- Hoàn thiện phơng pháp và cải tiến tổ chức để công tác duy tu sửa chữa kết
cấu áo đờng đạt hiệu quả ngày càng cao hơn, đặc biệt trong lĩnh vực tái tạo
độ nhám và phòng ngừa h hỏng.

Việc xây dựng các lớp kết cấu mặt đờng bê tông nhựa đảm bảo chất lợng cao,
kéo dài tuổi thọ, chịu đợc tác động của xe chạy và các yếu tố môi trờng là một
nhiệm vụ quan trọng của chuyên ngành đờng ô tô trên thế giới cũng nh ở Việt
Nam.
Để đáp ứng những yêu cầu chất lợng nêu trên, lớp bê tông nhựa đợc thiết kế,
xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Chống biến dạng d.
- Chống nứt gãy do mỏi.
- Chống nứt gãy do nhiệt độ thấp.
- Dễ thi công với các thiết bị hiện có.
- Bền lâu và chống mài mòn do tác động của các phơng tiện giao thông, điều
kiện khí hậu môi trờng cũng nh của con ngời.
- Đóng góp vào cờng độ chung của kết cấu áo đờng.
- Dễ duy tu bảo dỡng và quan trọng nhất là phải hiệu quả về mặt kinh tế.

Trờng Đại học GTVT hà nội

5


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

- Bảo đảm độ nhám bề mặt trong mọi điều kiện thời tiết.
- Có hệ số sức cản lăn trong phạm vi chấp nhận đợc.
- Hạn chế độ ồn trong phạm vi cho phép.
Để đáp ứng đợc các yêu cầu trên, cần phải thực hiện đồng bộ ở tất cả các khâu
(nh thiết kế, thi công, giám sát, duy tu bảo dỡng, ), trong đó quan trọng nhất
là phải lựa chọn đợc phơng pháp thiết kế và các phơng pháp thí nghiệm xác

định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa đáng tin cậy, phản ánh gần đúng
nhất bản chất, điều kiện làm việc thực tế của bê tông nhựa.
Trên thế giới đã và đang sử dụng nhiều phơng pháp thiết kế, nhiều phơng pháp
thí nghiệm hiện đại để đánh giá các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa phản ánh
gần đúng điều kiện làm việc thực tế của mặt đờng bê tông nhựa; trong khi đó
Việt Nam hiện vẫn đang sử dụng một số phơng pháp truyền thống đơn giản để
thiết kế, kiểm tra, đánh giá chất lợng bê tông nhựa.
Hiện nay, trên thế giới có các phơng pháp chính thiết kế thành phần hỗn hợp
bê tông nhựa nóng (Hot Mix Asphalt-HMA) nh sau:
- Phơng pháp cờng độ của Liên Xô (cũ).
- Phơng pháp Marshall
- Phơng pháp Hveem
- Phơng pháp Hubbard-Field
- Phơng pháp SuperPave
Phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa nóng Marshall đợc
dùng phổ biến ở Việt Nam và các nớc tiên tiến trên thế giới. Trong quá trình
sử dụng nó bộc lộ nhiều nhợc điểm và đến đầu những năm 1990 một số nớc
nh Mỹ, Anh, Đức,... bắt đầu nghiên cứu sử dụng các phơng pháp khác mà
SuperPave là phơng pháp đợc lựa chọn nhiều nhất ở những nớc phát triển này.
Những nghiên cứu mới gần đây ở Việt Nam cũng chỉ ra những tồn tại của phơng pháp Marshall và kiến nghị sử dụng phơng pháp thiết kế mới áp dụng đợc
trong những điều kiện thực tế Việt Nam. Do vậy, cần thiết phải có một nghiên
cứu đầy đủ và toàn diện về các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê
tông nhựa, trên cơ sở đó đa ra định hớng sử dụng ở Việt Nam.
Nh vậy đề tài : Nghiên cứu các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê
tông nhựa và đề xuất khả năng áp dụng trong điều kiện thực tế Việt Nam hiện
nay là cần thiết và có tính thời sự.
1.2.

Phơng hớng giải quyết đề tài

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông
nhựa, phân tích các u, nhợc điểm của từng phơng pháp và đề xuất khả năng áp
dụng trong điều kiện thực tế Việt Nam hiện nay.
1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu
Trờng Đại học GTVT hà nội

6


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

- Nghiên cứu tổng quan về các loại bê tông nhựa, phân tích u nhợc điểm
của các loại BTN.
- Nghiên cứu các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa
đợc sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam. Trong đó đi
sâu nghiên cứu về phơng pháp hiện hành Marshall và phơng pháp
tiên tiến SuperPave.
- Nghiên cứu thực trạng sử dụng bê tông nhựa làm đờng ô tô và công tác
thiết kế thành phần hiện nay ở Việt Nam.
- Bớc đầu thí nghiệm thiết kế mẫu BTN trong phòng và đề nghị phơng
pháp thiết kế thành phần đồng thời nêu đợc các khó khăn và giải pháp
thực tế khi áp dụng.
1.2.3 Phơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu về lý thuyết bê tông nhựa, thành phần và phơng pháp thiết
kế thành phần BTN. Tham khảo các tài liệu nớc ngoài và trong nớc để
hệ thống hoá về nội dung nghiên cứu.
- Bớc đầu tiến hành các thí nghiệm trong phòng để đề xuất phơng pháp

thiết kế thành phần BTN áp dụng.
- Đánh giá, kết luận
1.2.4 ý nghĩa khoa học của đề tài
- Về lý thuyết : Đề tài là một nghiên cứu tổng hợp: Nêu đợc tổng quan
các loại BTN, thành phần, tính chất của BTN, phân tích, đánh giá các
phơng pháp thiết kế thành phần của bê tông nhựa hiện đang đợc sử
dụng ở Việt Nam và trên thế giới và những định hớng áp dụng ở Việt
Nam hiện nay.
- Về thực nghiệm: Bớc đầu dựa trên các kết quả thí nghiệm để phân tích
đánh giá u nhợc điểm của các phơng pháp thiết kế thành phần BTN và
những kiến nghị cho việc áp dụng.
1.3.

Nội dung đề tài :

Đề tài đợc thực hiện tại Trờng Đại học GTVT , phần thí nghiệm đợc thực hiện
tại phòng thí nghiệm Công ty cổ phần t vấn Thăng Long. Nội dung của đề tài
bao gồm 5 chơng, 132 trang.
Chơng 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu
Chơng 2: Tổng quan về bê tông nhựa làm đờng ô tô
Chơng 3: Các phơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp BTN
Chơng 4: Đánh giá thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa cho mặt đờng
cấp cao ở Việt Nam
Chơng 5: Kết luận Kiến nghị
chơng 2 Tổng quan về bê tông nhựa

Trờng Đại học GTVT hà nội

7

Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

làm đờng ô tô
2.1. bê tông nhựa và u nhợc điểm của bê tông nhựa

2.1.1 Thành phần của bê tông nhựa
Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu khoáng (đá dăm, cát,
bột khoáng), chất liên kết là nhựa đờng và phụ gia (nếu có) đợc phối hợp với
nhau theo tỷ lệ hợp lý. Mỗi thành phần trong bê tông nhựa đóng một vai trò
nhất định và có liên quan chặt chẽ với nhau trong việc tạo nên một khối liên
kết có đủ cờng độ và các tính chất cần thiết cho quá trình sử dụng:
- Đá dăm: Làm nên bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa, làm cho bê tông
nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngoại lực và tạo độ nhám bề mặt.
- Cát: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm và cùng với đá dăm
làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa.
- Bột khoáng: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn. Bột
khoáng là loại vật liệu có tỷ diện cao (250ữ300 m2/kg), có ái lực mạnh với
nhựa, biến nhựa vốn có ở trạng thái khối, giọt thành trạng thái màng mỏng,
bao bọc dễ dàng với các hạt khoáng vật. Bột khoáng có vai trò nh một chất
phụ gia làm cho nhựa tăng thêm độ nhớt, tăng thêm khả năng dính bám và
tăng tính ổn định nhiệt. Bột khoáng cùng với nhựa tạo ra một chất liên kết
mới có tính chất hơn hẳn các tính chất riêng của nhựa đờng.
- Nhựa đờng: Là chất liên kết, kết dính các hạt cốt liệu khoáng lại với nhau
thành một khối và góp phần lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu.
- Phụ gia: Mặc dù đợc sử dụng với hàm lợng rất nhỏ, nhng phụ gia có vai trò
trong việc cải thiện một hoặc một số tính chất nào đó của bê tông nhựa.
Nh vậy, cờng độ của bê tông nhựa đợc hình thành trên cơ sở nguyên lý hình

thành cờng độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc cấp phối với chất kết dính
là nhựa đờng.
2.1.2 Ưu, nhợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa
a) Những u điểm chủ yếu của bê tông nhựa
Bê tông nhựa đợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới để xây dựng
đờng ô tô và đờng sân bay là do có những u điểm chủ yếu sau đây:




Công nghệ chế tạo và thi công đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng cơ giới
hoá do đó có tốc độ thi công nhanh, dễ đảm bảo chất lợng cao.
Công tác kiểm tra chất lợng trớc, trong và sau khi thi công dễ thực hiện và
đã đợc chuẩn hoá.



Cho phép khai thác sử dụng ngay sau khi thi công.



Mặt đờng có tính toàn khối, bằng phẳng, êm thuận.

Trờng Đại học GTVT hà nội

8


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

ít bụi, không ồn, ít bị bào mòn.



Có tuổi thọ tơng đối dài.



Dễ dàng bảo dỡng, sửa chữa trong quá trình khai thác.



Trần Quốc Đạt

Cho phép tái phục hồi chất lợng nhờ công nghệ tái sinh mặt đờng sau thời
gian khai thác nhất định.

b) Những nhợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa
Bên cạnh những u điểm chủ yếu kể trên, bê tông nhựa còn có một số nhợc
điểm sau:


ổn định nhiệt kém: Khi nhiệt độ thay đổi thì cấu trúc của bê tông nhựa
thay đổi, dẫn đến các đặc trng về cờng độ và biến dạng cũng thay đổi theo:
+ ở nhiệt độ cao, bê tông nhựa thể hiện tính dẻo, cờng độ chịu nén rất
kém, sức chống cắt thấp, biến dạng tăng. Vì vậy mặt đờng dễ gây trợt, lợn sóng, hằn vệt bánh xe, nổi nhựa lên mặt, ảnh hởng nhiều đến chất lợng khai thác và tuổi thọ của mặt đờng.
+ ở nhiệt độ thấp, bê tông nhựa thể hiện tính giòn, khả năng chịu kéo
kém, mặt đờng dễ bị nứt nẻ.

Hiện tợng lão hoá theo thời gian: Do sự bay hơi của các thành phần dầu
nhẹ, quá trình ô xy hoá và trùng hợp của các hợp chất cao phân tử có trong
thành phần nhựa đờng.

- Kộm n nh vi nc. Mt ng rt chúng b phỏ hng nhng ni m
t ln hay ngp nc.
- Cng mt ng b gim dn theo thi gian do hin tng lóo hoỏ ca
nha.
- Cỏc loi xe bỏnh xớch, bỏnh st i li trờn mt ng BTN thng hay
li nhng du vt lm h hng lp trờn mt, nờn thng khụng lm mt
ng BTN cho loi xe ny chy.
- H s bỏm s gim i khi mt ng m t nờn xe d b trt. Khc phc
bng cỏch thm lờn b mt lp vt liu to nhỏm.
- u t ban u tng i ln. Nhng xột ti hiu qu gia chi phớ ban u
v chi chi phớ duy tu, bo dng v vn ti m mt ng BTN em li so
vi cỏc loi mt ng khỏc thỡ cha chc õy ó l nhc im.
c) Những dạng h hỏng chính của mặt đờng bê tông nhựa
Dới tác dụng của tải trọng giao thông và các điều kiện khí hậu môi trờng, mặt
đờng bê tông nhựa thờng xuất hiện một số dạng h hỏng sau:


Mặt đờng bị biến dạng, gồm:
+ Biến dạng vĩnh cửu (vệt hằn bánh xe).

Trờng Đại học GTVT hà nội

9

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

+ Vật liệu bị xô dồn.


Mặt đờng bị nứt, gồm:
+ Nứt mỏi.
+ Nứt do nhiệt độ thấp.
+ Nứt phản xạ.



Vật liệu bị bong bật.



Hiện tợng phùi nhựa lên bề mặt.



Bề mặt bị mài mòn.

Để lớp mặt bê tông nhựa có chất lợng tốt, bền vững, đáp ứng đợc yêu cầu sử
dụng dới tác dụng của tải trọng xe và các điều kiện khí hậu môi trờng, yêu cầu
hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đờng phải đợc thiết kế hợp lý dựa trên
các đặc tính cơ học của bê tông nhựa.

d) Phm vi ỏp dng: do nhng u, nhc im trờn nờn mt ng bờ tụng
nha thng c s dng lm lp mt ca:
- Mt ng cho nhng ng cp cao: cp 60 tr lờn
- Mt ng cao tc
- Lm mt ng thnh ph
- Lm mt ng ca nhng ng cú ý ngha quan trng.
- Lm mt sõn bay, qung trng.
- Lp thm trờn mt cu bờ tụng xi mng
2.1.3 Cấu trúc của bê tông nhựa
Để nghiên cứu các phơng pháp thiết kế thành phần của bê tông nhựa, trớc hết
cần phải nghiên cứu cấu trúc của loại vật liệu này.
Về mặt cấu trúc, bê tông nhựa là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc loại
cuội kết nhân tạo, trong đó các cốt liệu khoáng vật đợc dính kết với nhau nhờ
chất liên kết asphalt. Tuy nhiên cũng còn một vài quan điểm về cấu trúc của
hỗn hợp:
- Quan điểm theo mô hình đơn giản xem bê tông nhựa gồm hai pha cơ bản:
pha rắn là cốt liệu khoáng vật gồm đá, cát và bột khoáng, còn pha lỏng là
nhựa
- Quan điểm xem bê tông nhựa nh là một vật liệu gồm hai thành phần cấu
trúc: một là khung sờn vật liệu khoáng vật gồm đá và cát, hai là chất liên
kết asphalt gồm bitum và bột khoáng.
- Quan điểm xem bê tông nhựa là một hệ thống gồm ba cấu tử để thuận lợi
trong việc nghiên cứu điều chỉnh cấu trúc của bê tông nhựa theo các yêu
cầu sử dụng.
Trờng Đại học GTVT hà nội

10


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

+ Một là cấu trúc vi mô (tế vi) gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất
liên kết asphalt
+ Hai là cấu trúc trung gian gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa
asphalt
+ Ba là cấu trúc vĩ mô gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê
tông nhựa.
* Xét cấu trúc tế vi sẽ thấy rõ các quan hệ số lợng, sự bó trí và tơng tác
giữa bi tum và bột khoáng thành phần phân tán hoạt động nhất của bê
tông nhựa. Cờng độ của bê tông nhựa biến đổi rất nhiều tùy thuộc vào hàm
lợng bột khoáng, vào tỷ số nhựa bi tum đối với bột khoáng (B/BK). Khi lợng nhựa nhiều bột khoáng ít, các hạt bột khoáng bọc màng nhựa dày,
không tiếp xúc trực tiếp với nhau, cấu trúc tế vi này ở dạng bazan-cờng độ
sẽ nhỏ, trờng hợp này thể hiện ở khu vực I trên hình 2.1

Hình 2.1 ảnh hởng của tỷ lệ [bitum/bột khoáng] đến cờng độ nén của bê tông nhựa

Khi tăng lợng bột khoáng lên, tỷ lệ bitum trên bột khoáng giảm, đến lúc lợng nhựa vừa đủ để bọc các hạt bột khoáng bằng một màng nhựa mỏng.
Các hạt này sẽ tiếp xúc với nhau trực tiếp qua một màng mỏng bitum có
định hớng (khoảng 0,25 àm); lúc này cấu trúc tế vi có cờng độ cao nhất thể
hiện ở khu vực II. Nếu tiếp tục tăng lợng bột khoáng lên nữa, bi tum sẽ
không đủ để tạo màng bọc khắp các hạt; cấu trúc tế vi sẽ tăng lỗ rỗng, các
hạt không liên kết đợc với nhau, cờng độ sẽ giảm nhanh thể hiện ở khu vực
III.
* Xét về cấu trúc trung gian của bê tông nhựa thì thấy rằng khi đa cát vào
chất liên kết asphalt để tạo thành vữa asphalt thì sẽ làm giảm cờng độ của
Trờng Đại học GTVT hà nội

11

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

hệ thống vì cát đã làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp. Cấu trúc trung
gian cũng ảnh hởng khá lớn đến cờng độ, độ biến dạng, độ chặt và các tính
chất khác của bê tông nhựa.
* Xét về cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa: các viên đá là một yếu tố cơ bản
để làm thành cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa. Cấu trúc này đợc xác định
bằng quan hệ số lợng, vị trí tơng hỗ, độ lớn của đá dăm. Đá dăm đợc liên
kết với nhau tạo thành một khối sờn không gian trong vữa asphalt. Đồng
thời cấu trúc này cũng đợc xác định bằng tính chất của các quá trình tơng
tác ở mặt phân giới bitum-đá.
Vai trò cấu trúc hóa của đá dăm cũng nh của cát, khác nhiều so với bột
khoáng. Vai trò chính của đá dăm là làm thành một sờn không gian đảm
bảo cờng độ cho bê tông nhựa. Với lợng đá dăm quá ít, chúng chỉ nh các
hạt trơ bơi trong vữa asphalt, các hạt đá dăm nằm cách xa nhau bởi các lớp
vữa asphalt dày. Ngời ta thấy rằng nếu hàm lợng đá chỉ độ 10-20% thì còn
làm cho cờng độ của lớp bê tông nhựa giảm đi so với vữa asphalt vì số đá
đó đã làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp. Cũng thấy rằng, trong trờng
hợp này, kích cỡ, tính chất bề mặt của đá dăm, hình dạng của chúng chẳng
có ảnh hởng gì lớn đến tính chất của bê tông nhựa.
Khi tăng lợng đá dăm lên, sẽ làm tăng các tiếp xúc trực tiếp giữa các viên
đá qua một màng mỏng bitum có định hớng. Khi đá dăm tăng lên đến 6065% thì trong hỗn hợp bê tông nhựa sẽ lập thành một sờn không gian, các
hạt đá dăm sẽ tiếp xúc với nhau trực tiếp qua một màng bitum rất mỏng có
tính rắn, giữa các hạt đá dăm này sẽ đợc vữa asphalt lấp đầy, đó là cấu trúc
dạng rỗng của bê tông nhựa. Nếu ta thêm đá dăm vào nữa thì sẽ thành cấu
trúc tiếp xúc, độ rỗng tăng lên nhiều, lớn hơn thể tích vữa asphalt, làm cho

bê tông nhựa giảm cờng độ (hình 2.2) .

Hình 2.2 ảnh hởng của hàm lợng đá dăm đến cờng độ nén của bê tông nhựa

Cấu trúc của ba cấu tử đó có tơng quan với nhau chặt trẽ khi thiết kế một
hỗn hợp bê tông nhựa nhất định.
Trờng Đại học GTVT hà nội

12


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

Để đạt chất lợng đã định trớc cho một dạng bê tông nhựa, cần phải phối
hợp cho đạt đợc một tơng quan hợp lý về măt số lợng giữa cấu trúc vĩ mô,
trung gian va tế vi và giữ tơng quan đó trong suốt quá trình chế tạo bê tông
nhựa.
Có nghĩa là với mỗi cấu trúc vĩ mô đã chọn chỉ tơng ứng với một số cấu
trúc tế vi nhất định nào đó để có các chỉ tiêu cơ lý cao.
Hình 2.3 là mô hình tơng quan phối hợp giữa các cấu trúc vi mô, trung
gian và tế vi của bê tông nhựa.

Hình 2.3 Mô hình tơng quan phối hợp giữa các cấu truc vĩ mô, trung gian và tế vi của
bê tông nhựa

Theo mô hình tơng quan này, tỷ số giữa lợng bitum trên lợng bột khoáng
đối với mỗi dạng cấu trúc của bê tông nhựa (dạng cấu trúc vĩ mô) có thể
lấy nh sau:

- Khi bê tông nhựa có dạng cấu trúc bazan thì [B/BK]=0,5-0,6
- Khi bê tông nhựa có cấu trúc dạng rỗng-bazan thì [B/BK]=0,6-0,9
- Khi bê tông nhựa có cấu trúc dạng rỗng và rỗng-tiếp xúc thì
[B/BK]=0,9-1,1
Tỷ số [B/BK] nói trên sẽ tăng khi độ quánh (nhớt) của nhựa tăng lên.
2.2 Các tính chất cơ bản của bê tông nhựa

Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu trúc của nó; cấu trúc này phụ
thuộc vào tính chất và hàm lợng của các thành phần cấu thành, vào sự phân bố
đều đặn các cỡ hạt và nhựa đờng, vào chất lợng kỹ thuật trong quá trình chế
tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt chặt của bê tông nhựa.
Trờng Đại học GTVT hà nội

13


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

Với các tính chất của vật liệu thành phần, đặc biệt là của nhựa đờng, bê tông
nhựa có tính chất phức tạp là đàn-nhớt-dẻo.
1. Tính đàn-nhớt
Khi lực tác dụng nhanh và giá trị ứng suất nhỏ, nhiệt độ hỗn hợp không cao,
vật liệu có tính đàn-nhớt là chủ yếu.
2. Tính nhớt-dẻo
Khi lực tác dụng chậm và giá trị ứng suất lớn, nhiệt độ hỗn hợp cao, vật liệu
cơ bản có tính nhớt-dẻo.
Các đặc trng về cờng độ và độ ổn định của bê tông nhựa ngoài phụ thuộc vào
thành phần và tính chất của vật liệu cấu thành, còn phụ thuộc vào điều kiện

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

Nh đã trình bày ở trên, tính chất của hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu
trúc của nó; cấu trúc này phụ thuộc vào tính chất và hàm lợng của các thành
phần cấu thành, vào sự phân bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa, vào chất lợng kỹ
thuật trong quá trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt của
hỗn hợp.
Những quy luật và quan hệ về định lợng giữa các cấu trúc và thành phần trong
bê tông nhựa với các tính chất cơ học của nó đã đợc nghiên cứu ở nhiều nớc.
1. Theo GS Rwbep L.A thì cờng độ, độ dẻo và một số tính chất khác của hỗn
hợp bê tông nhựa phụ thuộc vào các tính chất cơ học của chất liên kết asphalt
(nhựa+bột khoáng), vào lực dính bám ở mặt tiếp xúc của các pha và vào độ
rỗng của hỗn hợp theo quan hệ sau:

Trờng Đại học GTVT hà nội

14


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

R=

Trần Quốc Đạt

k1 R*
lg pmax m
X
lg px

Trong đó:
- R : cờng độ của bê tông nhựa (nén, kéo, cắt)
- R*: cờng độ của chất liên kết asphalt có thành phần tiêu chuẩn trong điều
kiện nhiệt độ và đầm nén nhất định
- X: tỷ số của trị số [B/BK] trong bê tông nhựa, đối với trị số [B */BK] trong
chất liên kết asphalt có cờng độ R* (X luôn luôn lớn hơn 1)
- B : hàm lợng nhựa trong bê tông nhựa
- B*: hàm lợng nhựa trong chất liên kết asphalt có cờng độ R*
- BK : hàm lợng bột khoáng
- m : chỉ số lũy thừa, đặc trng cho tính chất dính bám ở mặt phân giới giữa
chất liên kết và bề mặt hạt khoáng vật.
- pmax : độ chặt lớn nhất có thể đạt đợc của cốt liệu khoáng vật của các thành
phần hạt đã cho
- px : độ chặt thực tế của hỗn hợp cốt liệu khoáng vật
- k1 : hệ số rỗng của hỗn hợp bê tông nhựa
2. Theo GS Ivanov N.N thì cờng độ của bê tông nhựa phụ thuộc chủ yếu vào

hai yếu tố: lực ma sát do cốt liệu khoáng vật và lực dính do sự có mặt của bột
khoáng, do có mặt và các tính chất của bitum và do sự móc vớng của các hạt
to với nhau.
Lực ma sát này ít thay đổi theo nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng,
nhng thay đổi the hàm lợng nhựa trong hỗn hợp.
Lực dính C gồm hai thành phần: C 1 là do sự móc vớng giữa các hạt, không
thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng, chỉ giảm một ít khi chịu tác
dụng của tải trọng trùng phục; C2 là thành phần lực dính phân tử, do tác dụng
dính bám tơng hỗ giữa nhựa và đá và do lực dính kết bên trong của bản thân
nhựa. Thành phần lực C2 này phụ thuộc nhiều vào yếu tố độ nhớt của nhựa
bitum , nhiệt độ t, tỷ diện của cốt liệu khoáng vật , ái lực phân tử giữa nhựa
và khoáng vật 1, khả năng trao đổi hóa học 2, mức độ ổn định của các tính
chất liên kết tự nhiên của cốt liệu khoáng vật 3, sự biến đổi độ nhớt ban đầu
của nhựa 4, chiều dày của màng nhựa , tốc độ biến dạng v của hệ thống và
hệ số dẻo m của hỗn hợp.
Biểu diễn sự phụ thuộc của cờng độ hỗn hợp bê tông nhựa vào cấu trúc, chiều
dày trung bình của màng nhựa bọc, nhiệt độ, tốc độ biến dạng, GS Rwbep đã
đề nghị một công thức tổng quát sau:
Trờng Đại học GTVT hà nội

15


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

n

m

p

v t
R2 = R1 1 ữ 2 ữ 1 ữ
2 v1 t2

Trong đó:
- R1, R2 : cờng độ của hỗn hợp bê tông nhựa tơng ứng với tốc độ biến dạng
v1, v2 với nhiệt độ thí nghiệm t1, t2 (theo độ Kelvin), với chiều dày trung
bình của màng nhựa 1, 2.
- m : chỉ số mũ, đặc trng cho mức độ thay đổi cờng độ theo sự biến đổi của
tốc độ biến dạng
- p : chỉ số mũ, đặc trng cho mức độ thay đổi cờng dộ khi nhiệt độ biến thiên
10
- n : chỉ số mũ, đặc trng chất lợng của hõn hợp khoáng (độ chặt, tính dính
bám của bitum với đá)
2.4 Các tính chất lu biến và mô hình lu biến của bê tông nhựa

Một trong những đặc trng chủ yếu của hỗn hợp có dùng nhựa làm chất liên kết
là tính lu biến; vì rằng, các quá trình biến dạng của hỗn hợp này, mà rõ nhất là
bê tông nhựa có liên hệ rất chặt trẽ đến thời gian tác dụng của tải trọng, tốc độ
đặt tải trọng; còn trị số ứng suất thì phụ thuộc vào tốc độ biến dạng và trị số
biến dạng.
Khi nghiên cứu tính lu biến của bê tông nhựa có thể xác định các hằng số lu
biến sau đây để đặc trng cho các tính chất cơ học và cấu trúc của nó: mô đun
đàn hồi, độ nhớt, giới hạn chảy dẻo, thời gian chậm trễ của biến dạng đàn hồi,
thời gian chùng ứng suất. Và trên cơ sở các hằng số lu biến ấy có thể xác định
đợc các yêu cầu cụ thể đối với hỗn hợp bê tông nhựa.
Bê tông nhựa có quy luật chung về biến dạng phụ thuộc vào trị số của ứng suất

thể hiện trên đờng cong lu biến (hình 2.4). Mỗi đoạn của đờng cong lu biến
đặc trng cho các tính chất lu biến của vật liệu làm việc trong từng giai đoạn,
phụ thuộc vào trị số của ứng suất.
Góc nghiêng của đoạn thẳng thứ nhất của đờng cong lu biến đặc trng cho độ
nhớt lớn nhất của vật liệu khi cấu trúc cha bị phá hoại, tơng ứng với giai
đoạn biến dạng rất chậm của vật liệu khi ứng suất còn bé.
0 =

P
d
dt

Đoạn cong AB của đờng cong lu biến tơng ứng với giai đoạn mà cấu trúc ban
đầu của vật liệu đã bị phá hoại phần nào, độ nhớt của vật liệu đã giảm đi ít
nhiều vì ứng suất đã tăng lên dần dần cho đến gần giá trị Pk và gọi là trị số giới
hạn chảy dẻo.
Trờng Đại học GTVT hà nội

16


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Hình 2.4 Đờng cong lu biến

Khi ứng suất vợt quá giới hạn chảy dẻo Pk thì tốc độ biến dạng tăng nhanh và
trở lại tỷ lệ với sự tăng của ứng suất, mức độ phá hoại cấu trúc của vật liệu
tăng lên nhiều. Giai đoạn làm việc này của vật liệu thể hiện ở đoạn thẳng thứ 2

của đờng cong lu biến và tơng ứng với giai đoạn này trị số độ nhớt của vật liệu
bằng độ nhớt ở giai đoạn chảy dẻo d có thể tính bằng công thức:
d =

P Pk
& & 0

Trong đó & 0 là tốc độ biến dạng ứng với điểm B trên đờng cong lu biến

Hình 2.5 Quan hệ giữa độ nhớt của vật liệu ( ) và mức độ phá hoại cấu trúc vật liệu
( ) với ứng suất cắt (P) trong điều kiện chảy ổn định

Trờng Đại học GTVT hà nội

17


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Khi ứng suất tiếp tục tăng nữa thì mức độ phá hoại của cấu trúc tăng đột ngột
và khi đã ở giới hạn hoàn toàn bị phá hỏng thì độ nhớt đã giảm đến trị số bé
nhất m. Trị số m không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào trị số của ứng suất
nữa. Hình 2.5 biểu thị quan hệ giữa trị số độ nhớt của vật liệu và mức dộ phá
hoại cấu trúc của vật liệu với ứng suất cắt trong điều kiện chảy ổn định,
Để biểu diễn một cách dễ thấy tính chất cơ học khi ngoại lực tác dụng và khi
để xác định các nội lực, ứng suất và biến dạng trong khối vật liệu bê tông
nhựa, ngời ta đã dùng các mô hình lu biến khác nhau tùy theo tính chất và giai
đoạn làm việc của bê tông nhựa.

2.4.1. Mô hình Maxvel
Khi làm việc ở nhiệt độ thấp, mặt đờng bê tông nhựa có thể dùng mô hình
Maxvel thể hiện tính đàn-nhớt của bê tông nhựa:
Mô hình Maxvel (hình 2.6) gồm một lò xo đàn hồi lý tởng có mô đun đàn hồi
E1 ghép nối tiếp với một vật cản đựng chất lỏng có độ nhớt 1.

Hình 2.6 Mô hình Maxvel

Hình 2.7 Sự chùng ứng suất trong mô hình Maxvel

Khi lực tác dụng lò xo phát sinh gây biến dạng đàn hồi và biến dạng nhớt ở
vật cản tiếp tục phát triển trong suốt cả thời gian tác dụng của lực. Vì thế ở
mỗi thời điểm, biến dạng tổng thể ch sẽ là:
ch = 1 + 2
Trong đó:
- 1 : Biến dạng đàn hồi của lò xo
- 2 : Biến dạng không phục hồi của vật cản có độ nhớt 1
Trờng Đại học GTVT hà nội

18


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Lấy vi phân của biểu thức sẽ có tốc độ biến dạng chung & bằng:
& =

d d 1 d 2 d

=
+
=
+
dt
dt
dt
E1dt 1

Giải phơng trình trên đối với ta sẽ có
(t ) = e



E1
t
1

E1
t
t


1
&

+
E

e

dt ữ
0
1

ữ
0



Nừu giữ độ biến dạng không đổi trong suốt cả thời gian tác dụng lực (=const;
d/dt=0) thì từ phơng trình trên ứng suất sẽ giảm theo quy luật hình 2.7:
= 0e



t
tp

Trong đó:
- tP : thời gian chùng ứng suất (tP=1/E1 là thời gian trong đó ứng suất giảm
đi e lần)
- E1 : mô đun đàn hồi của lò xo
- 1: độ nhớt của chất lỏng chứa trong vật cản
- 0: ứng suất ứng với khi thời gian t=0

Hình 2.8 Sự phát triển của biến dạng theo thời gian trong mô hình Maxvel

Nếu lực là không đổi trong cả quá trình tác dụng (=const; d/dt=0) thì từ phơng trình sẽ có phơng trình từ biến của vật thể đàn hồi-nhớt (hình 2.8):
=

+ t
E1 1

Mô hình Maxvel cha thể hiện một đặc tính của mặt đờng bê tông nhựa là biến
dạng đàn hồi không phát sinh ngay sau khi lực tác dụng mà cần có một
khoảng thời gian chậm trễ để phát triển đó là tính đàn hồi chậm của mặt đờng bê tông nhựa.

Trờng Đại học GTVT hà nội

19


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

2.4.2 Mô hình Kelvin-Foigơtơ
Mô hình Kelvin-Foigơtơ có thể thể hiện đợc tính đàn hồi-chậm của vật liệu,
nó gồm một lò xo đàn hồi có mô đun E2 (vật thể Hook) ghép song song với vật
cản có chứa chất lỏng độ nhớt là 2 (vật thể Niutơn) (hình 2.9). Trong mô hình
này ứng duất tổng cộng bằng tổng số các ứng suất 1, 2 phát sinh trong lò
xo và trong vật cản, còn trị số biến dạng tơng đối trong cả hai yếu tố ấy đều
bằng nhau.
= 1 + 2

Và phơng trình vi phân biểu thị quá trình biến dạng của mô hình này có dạng
= E2 + 2

d

dt

Trong điều kiện đẳng nhiệt E2=const; 2=const, giải phơng trình sẽ có:
(t ) = e



E2
t
2

E2
t
t


1
2
0 + e dt ữ

ữ
2 0



với 0 là biến dạng ban đầu khi t=0
Nếu ứng suất =0=const tác dụng lên vật thể không bị biến dạng ban đầu,
nghĩa là 0=0 thì từ phơng trình sẽ tìm đợc quy luật phát triển của biến dạng
theo thời gian nh sau (hình 2.10):
1

tch . tr
= 1 e
E2


ữ
ữ


với tch.tr là thời gian chậm trễ của biến dạng đàn hồi tch.tr=2/E2

Hình 2.9 Mô hình Kelvin-Foigơtơ

Trờng Đại học GTVT hà nội

Hình 2.10 Sự phát triển của biến dạng đàn hồichậm theo thời gian theo mô hình Kelvin-

20


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Foigơtơ

Thực tế sử dụng mặt đờng bằng hỗn hợp bê tông nhựa cho thấy tính chất biến
dạng của nó còn phức tạp hơn nhiều; nó bao gồm cả biến dạng đàn hồi, biến

dạng nhớt, biến dạng đàn hồi chậm, biến dạng dẻo tùy theo điều kiện thời tiết,
nhất là nhiệt độ và loại bê tông nhựa
2.4.3 Mô hình Burger
Mô hình Burger bao gồm mô hình Maxvel ghép nối tiếp với mô hình Kelvin
(hình 2.11). Biến dạng tổng thể của vật thể Burger bằng tổng cộng biến dạng
của hệ thống Maxvel và biến dạng của hệ thống Kelvin. Nh vậy trong suốt cả
thời gian tác dụng lực, tổng số biến dạng bao gồm cả ba thàng phần: biến
dạng đàn hồi, biến dạng đàn hồi-chậm và biến dạng nhớt đợc biểu diễn bằng
công thức và hình vẽ 2.12
t

1
1
tch . tr
= +
1 e
E1
E2


1
ữ+ t
ữ 1


Trong đó:
- t : thời gian tác dụng của lực
- tch.tr : thời gian chậm trễ trong hệ thống Kelvin
Quan hệ của biến dạng theo thời gian trong
mô hình Burger (hình 2.12) cho thấy rằng sau

khi bắt đầu biến dạng ở thời điểm t 1 thì biến
dạng đàn hồi thực tế đạt đợc ngay giá trị
AB=/E1. Tiếp theo biến dạng nhớt của vật
cản có độ nhớt 1 sẽ phát triển dần theo thời
gian đồng thời lúc ấy biến dạng đàn hồi của lò
xo có mô đun E2 cũng bắt đầu phát triển, nhng
biến dạng đàn hồi này bị vật cản có độ nhớt 2
làm chậm lại.
Đến thời điểm ứng với điểm C thì biến dạng
đàn hồi của lò xo E2 đã phát triển xong. Tiếp
theo là biến dạng nhớt phát triển, biểu diễn
bằng đoạn thẳng CD cho đến khi bắt đầu dỡ
tải (ở điểm D). Kéo dài đoạn DC và gặp AB
kéo dài tại L. Đoạn BL biểu thị giá trị của biến
dạng đàn hồi-chậm trong hệ thống Kelvin
BL=/E2, còn đoạn CC là bằng giá trị của
biến dạng nhớt (của vật cản có độ nhớt 1) cho
đến lúc biến dạng đàn hồi chậm của hệ thống Kelvin đã phát triển xong.
Hình 2.11 Mô hình lu biến Burger
Trờng Đại học GTVT hà nội

21


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

Khi dỡ tải thì biến dạng nhớt sẽ ngừng phát triển và ở thời điểm t 2 này tổng giá
trị của biến dạng nhớt sẽ biểu thị bằng đoạn DM, theo định luật Niutơn thì:

DM =


( t2 t1 )
1

Khi vừa dỡ tải thì biến dạng đàn hồi đợc phục hồi ngay tức khắc (đoạn
DF=AB), còn đoạn cong FK biểu thị sự phục hồi của biến dạng đàn hồi-chậm.
Điểm K ứng với thời điểm mẫu ngừng phục hồi biến dạng, tung độ của điểm
K biểu thị tổng giá trị của biến dạng nhớt, và do đó tung độ của điểm K sẽ
bằng đoạn DM.

Hình 2.12 Phát triển biến dạng theo thời gian trong mô hình lu biến Burger
2.4 Phân loại bê tông nhựa trong xây dựng đờng

Mỗi nớc có sự phân loại bê tông nhựa của mình, tuy có sự khác nhau về hình
thức phân loại nhng nói chung cũng giống nhau ở những nội dung chính trong
quan điểm phân loại đó là: cách phối hợp vật liệu, cách chế tạo và thi công,
phạm vi áp dụng,...
2.4.1 Phân loại bê tông nhựa ở Việt Nam
Theo các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa hiện nay ở
Việt Nam 22TCN 249-90 và 22TCN 249-98 thì có thể phân loại bê tông nhựa
nh sau:
1. Theo nhit khi ri:
+ Bờ tụng nha ri núng: c ch to 140 - 170 0C, nhit lỳc ri khụng
c di 100 - 1200C. Thng dựng nha c ch to t du m cú kim
lỳn 40/60, 60/90 hoc 90/130 ch to loi ny. Cng ca BTN ri
núng hỡnh thnh rt nhanh. Sau khi lu lốn xong, mt ng ngui xung bng
nhit khụng khớ l xem nh c bn ó hỡnh thnh

Trờng Đại học GTVT hà nội

22


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

+ Bờ tụng nha ri m: c ch to nhit 110 - 130 0C, nhit lỳc ri
khụng di 60 - 800C. Thng dựng nha c ch to t du m cú kim
lỳn 200/300, 130/200 hoc nha lng cú tc ụng c trung bỡnh vi
nht C605 l 130/200. Tc hỡnh thnh cng ca BTN m cú th thay
i t vi gi n 15-20 ngy ờm, tu thuc vo loi nha v bt khoỏng s
dng, vo iu kin thi tit, nhit hn hp lỳc ri v thnh phn, mt
xe chy trờn ng. Tuy nhiờn BTN ri m cú u im l cú th thi cụng
trong lỳc thi tit lnh, c ly chuyờn ch xa hn BTN ri núng.
+ Bờ tụng nha ri ngui: ch to nhit 110 - 120 0C. Thng dựng nha
lng cú tc tc ụng c trung bỡnh vi nht C605 l 70/130 hay
nha c pha du. Nhit lc ri ca loi ny bng nhit khụng khớ,
khong 250C. Cú th ct gi BTN ngui kho bói t 4 - 8 thỏng. Thi gian
hỡnh thnh cng ca mt ng BTN ri ngui rt chm, cú th t 20 - 40
ngy ờm tu thuc vo loi nha v bt khoỏng s dng, vo iu kin thi
tit v thnh phn, mt xe chy trờn ng.
* Do s dng nha c, cú kim lỳn thp nờn dớnh bỏm ca nha vi ỏ
ln. Do vy BTN ri núng cú cng cao nht, tip n l BTN ri m v
cui cựng l BTN ri ngui. BTN ri núng c s dng lm lp mt trờn hay
di ca mt ng cp cao.
BTN ri ngui, m ch c s dng lm lp di trong tng mt ca cỏc loi
mt ng cp cao hay lm lp mt trờn trong ca mt ng ng cp thp

hn. BTN ngui thng hay s dng hn c trong vic duy tu, sa cha mt
ng nha.
2. Theo rng cũn d : phõn lm hai loi (theo 22 TCN 249 - 98)
+ BTN cht: cú rng cũn d t 3 - 6% th tớch. Trong thnh phn bt buc
phi cú bt khoỏng.
+ BTN rng: cú rng cũn d t >6% n 10% th tớch. Trong thnh phn
ca hn hp thng khụng cú bt khoỏng hoc bt khoỏng ch chim di
4%. Loi BTN rng ch dựng cho lp di ca mt ng BTN hai lp hoc
lm lp múng
3. Theo hm lng ỏ dm: ỏ dm l nhng viờn ỏ cú d > 5 mm
* Theo qui trỡnh 22 TCN 22-90: BTN c phõn ra cỏc loi:
+ Bờ tụng nha nhiu ỏ dm (ký hiu BTN loi A): khi hm lng ỏ dm
chim t 50-65% khi lng ỏ dm.
+ Bờ tụng nha va ỏ dm (ký hiu B): khi hm lng ỏ dm chim t 35 50% khi lng.
+ Bờ tụng nha ớt ỏ dm (ký hiu C): khi hm lng ỏ dm chim t 20 35% khi lng

Trờng Đại học GTVT hà nội

23


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

+ Bờ tụng nha cỏt xay (ký hiu D): khi c ht 1.25 - 5 mm chim khụng di
33% khi lng
+ Bờ tụng nha cỏt thiờn nhiờn: khi c ht 1.25 - 5 mm chim khụng di
14% khi lng
vựng khớ hu núng, ớt ma v khi cú nhiu xe nng chy nờn dựng BTN

nhiu ỏ dm. Trỏi li, vựng nhiu ma nờn dựng loi ớt ỏ dm.
* Theo qui trỡnh 22 TCN 249-98: tt c cỏc loi BTN c dựng u l loi
nhiu ỏ dm nờn khụng phõn loi theo tiờu chun hm ny.
4. Theo cht lng ca vt liu khoỏng cht v cỏc ch tiờu c lý ca BTN:
* Theo qui trỡnh 22 TCN 22-90: BTN c phõn ra 4 loi:
+ BTN loi I
+ BTN loi II
+ BTN loi III
+ BTN loi IV
Trong ú BTN loi III, loi IV ch c s dng lm lp mt cho ng cp
60 tr xung hay lm múng ng cp cao hn.
* Theo qui trỡnh 22 TCN 249-98: Ch phõn lm hai loi
+ BTN loi I
+ BTN loi II
Trong ú BTN loi II ch c s dng lm lp mt cho ng cp 60 tr
xung hay lm múng ng cp cao hn.
5. Theo c ht ln nht danh nh ca cp phi ỏ (tng ng vi c sng
trũn tiờu chun m c sng nh hn ngay sỏt di nú cú lng sút tớch lu ln
hn 5%), BTN phõn lm 4 loi:
+ BTN ht ln: c ht ln nht danh nh 40 mm hoc 31.5 mm.
+ BTN ht trung: c ht ln nht danh nh 25 mm hoc 20 mm.
+ BTN ht mn: c ht ln nht danh nh 15 mm hoc 10 mm.
+ BTN cỏt: c ht ln nht danh nh 5 mm.
Theo th t trờn xung, thỡ BTN ht thụ cú cng ln nht, tip n l
BTN ht trung, cui cựng l BTN ht mn. Bi vỡ khi cp phi cú ct liu ch
yu to thỡ h s ma sỏt s tng lờn, do vy mụ uyn n hi cng cao.
BTN ht thụ thng l BTN rng, khụng cú hoc cú rt ớt bt khoỏng, dựng ớt
nha nờn giỏ thnh h v b mt cú g gh dớnh bỏm vi lp ri trờn
nú. Cũn BTN ht mn l loi BTN cht nờn cú b mt kớn, cht ch nht,
chng hao mũn tt hn hai loi ht thụ v ht trung. Do vy thng dựng

Trờng Đại học GTVT hà nội

24


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

BTN mn lm lp mt trờn cựng, BTN thụ dựng lm lp di trong mt
ng BTN hai lp gm BTN ht thụ v BTN ht mn.
BTN ht trung cú th l loi BTN cht hay BTN rng. Nú cú tớnh cht trung
gian gia hai loi trờn nờn cú th lm lp mt trờn hay lp di ca lp BTN
mn.
6. Theo bin phỏp thi cụng: 2 loi
+ Bờ tụng nha khụng cn lu lốn: bờ tụng nha ỳc (gussasphalt, mastic
asphalt) õy l loi vt liu ang c nghiờn cu ỏp dng nc ta, nú cú
u im l cú cng cao, khụng cn phi lu lốn, nhng cú nhc im l
giỏ thnh t v cụng ngh ch to, thi cụng cũn mi m. Loi vt liu ny rt
ph bin c, Phỏp, Anh, H Lan, i Loan, ...
+ Bờ tụng nha thụng thng cn phi lu lốn cht: l cỏc loi bờ tụng nha
cn lu lốn (Hot mix asphalt)
7. Theo phm vi s dng :
+ Bờ tụng nha thụng thng: c dựng lm lp mt ca mt ng lm
mi hoc mt ng nõng cp
+ Bờ tụng nha gm ỏ: Gm cỏc ct liu c trung bỡnh 10/14 hoc ln 12/16
rt cng, nhỏm vo trong hn hp nha núng, nhiu nha nõng cao
nhỏm ca mt ng
+ Bờ tụng nha cho mt ng ớt xe chy: Thng dựng cho nhng ng cú
lng giao thụng <300xe/n.ln vi c im chớnh l cht lng ct liu yờu

cu thp hn mt cp, thng s dng cp phi nhiu cỏt
+ Bờ tụng nha sõn bay: Yờu cu ch yu l tớnh khụng thm nc, lõu b hoỏ
gi v n nh di tỏc dng ca ti trng ln.
+ Bờ tụng nha ci tin: Thng cho thờm cỏc ph gia vi t l thp vo hn
hp bờ tụng nha, cỏc ph gia ny tỏc ng vi nha hoc vi ct liu v ci
thin cỏc c trng ca nha t ú lm tng mt hoc nhiu cỏc c trng
nh: cng mi, cng khỏng ct, cng t bin,... lm tng tui th
ca BTN. (Polime, EVA, SBS, cao su, latex, lu hunh...)
+ Bờ tụng nha thoỏt nc: Lp thm thoỏt nc thng dy khong 4cm, cú
rng sau khi lu lốn ln, cú th n 20% cho phộp thoỏt nc thng ng v
nm ngang. Thng dựng hn hp BTN cú cp phi giỏn on dựng ớt cỏt
to ra cỏc l rng thoỏt nc.
2.4.2 Phân loại bê tông nhựa của Mỹ
Bê tông nhựa của Mỹ, theo định nghĩa của AI, là một hỗn hợp vật liệu đá, cát,
bột khoáng có chất lợng cao, phối hợp theo một cấp phối tốt nhất, trộn nóng
với nhựa theo một chế độ quy định chặt chẽ, đem ra rải thành lớp và đầm nén
thành một lớp chặt chẽ đồng nhất (Asphalt concrete A.C)
Trờng Đại học GTVT hà nội

25


Trần Quốc Đạt

Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Hỗn hợp bê tông nhựa dùng ở Mỹ có thành phần cấp phối thay đổi rất rộng
tuỳ theo mục đích sử dụng và vị trí của từng lớp trong áo đờng.
Viện Asphalt của Mỹ đã phân bê tông nhựa nóng ra các loại, dựa trên hàm lợng đá thô, cỡ hạt mịn và bột khoáng cũng nh hàm lợng nhựa trong hỗn hợp
(Bảng 2.1).

Nhìn vào bảng phân loại bê tông Asphalt của Mỹ ta thấy hỗn hợp IIIa, IIIb,
IIIc, IIId và IIIe giống nh loại hỗn hợp bê tông nhựa nhiều đá dăm (loại A)
Hỗn hợp IVb, IVc, IVd thì tơng tự nh loại bê tông nhựa có vừa đá dăm (loại B)
và hỗn hợp Va, Vb giống nh loại bê tông nhựa ít đá dăm (loại C), trong quy
trình thi công và nghiệm thu mặt đờng bê tông nhựa của Việt nam ban hành
năm 1990.Trớc đây, các nớc có xu hớng chung là dùng loại bê tông nhựa chặt,
hàm lợng đá dăm ít, chỉ vào khoảng 20-25%, nhiều nhất là 50%. Về sau, đặt
ra nhiệm vụ cho bê tông nhựa là phải thoả mãn điều kiện tăng độ bám với
bánh xe, ổn định nhiệt, ít lợng nhựa tự do, vì thế cấp phối bê tông nhựa chặt
phải có hàm lợng đá dăm cao, thờng là từ 50% đến 60-65%.
Bảng 2.1 Các loại hỗn hợp bê tông Asphalt của Mỹ
Loại

2 1/2

1 1/2

Ia
II a
II b
II c
II d
II e
III a
III b
III c
III d
III e
IV a
IV b

IV c
IV d
Va
Vb
VI a
VI b
VII a

100

35-70

100

100

100

1 in

3/4 in

1/2 in

3/8 in

#4

0-15

100
70-100

100
70-100
50-80

100
75-100

100
100
75-100
60-85

100
80-100

100
80-100
70-90
100

100
70-100

100
75-100
75-100

100
80-100

100
85-100
100

100

VIII
a

100
70-100
45-75
35-60
25-60
75-100
60-85
60-85
45-70
40-65
80-100
70-90
60-80
55-75
85-100
85-100
85-100
100

40-85
20-40
20-40
15-35
10-30
35-55
35-55
30-50
30-50
30-50
55-75
50-70
48-65
45-62
65-80
65-80

85-100
100

#8

# 16

0-5
5-20
5-20
5-20
5-20

5-20
20-35
20-35
20-35
20-35
20-35
35-50
35-50
35-50
35-50
50-65
50-65
65-78
65-80
80-95

37-52
37-52
50-70
47-68
70-89

95100

8598

# 30

10-22
10-22

5-20
5-20
5-20
18-29
18-29
19-30
19-30
25-40
25-40
35-60
30-55
5580
7095

# 50

#
100

6-16
6-16
3-12
3-12
3-12
13-23
13-23
13-23
13-23
18-30
18-30

25-48
20-40
30-60

4-12
4-12
2-8
2-8
2-8
8-16
8-16
7-15
7-15
10-20
10-20
15-30
10-25
10-35

#
200
0-3
0-4
0-4
0-4
0-4
0-4
2-8
2-8
0-4

0-4
0-4
4.10
4.10
0-8
0-8
3-10
3-10
6-12
3-8
4-14

40-75

20-40

8-16

Nhựa %

7.5-12.0

3.0- 4.5
4.0-5.0
4.0-5.0
3.0-6.0
3.0-6.0
3.0-6.0
3.0-6.0
3.0-6.0

3.0-6.0
3.0-6.0
3.0-6.0
3.5-7.0
3.5-7.0
3.5-7.0
3.5-7.0
4.0-7.5
4.0-7.5
4.5-8.5
4.5-8.5
7.0-11.0

Nhng từ đó một vấn đề mới lại đợc đặt ra là nếu hàm lợng nhựa ít thì bê tông
nhựa bị già hoá nhanh, tính chịu biến dạng kém nhất là khi làm việc ở nhiệt độ
thấp, vì thế ở một số nớc ngời ta vẫn dùng cấp phối nhiều đá dăm nhng dùng
tỉ lệ nhựa cao và dùng thêm một lợng phụ gia để cải thiện tính chất của lợng
nhựa tự do, mặt khác còn làm tăng các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa theo hớng có lợi.
Trờng Đại học GTVT hà nội

26


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

2.4.3 Phân loại bê tông nhựa của Pháp
Những loại bê tông nhựa chủ yếu dùng để làm lớp trên và lớp dới của mặt đờng bao gồm:
1. Các lớp mặt đờng chặt, rải nóng:

- Bê tông nhựa chặt, bê tông nhựa nougât : Là loại bê tông nhựa có hàm lợng đá dăm nhỏ, lợng cát lớn, dễ rải, dễ đầm nhng không chịu đợc lu lợng
xe lớn và tải trọng nặng vì để lại những vệt hằn bánh xe.
- Bê tông nhựa cỡ 0/10 và cỡ 0/14: Là loại dùng rất phổ biến để làm lớp mặt
trên và mặt dới. Lợng hạt nhỏ hơn 0,08mm từ 5-9% cho lớp trên và 4-8%
cho lớp dới, chọn chính xác phải dựa vào thí nghiệm. Với mỗi hàm lợng
hạt nhỏ hơn 0,08mm cần pahir làm thí nghiệm với 4 lợng nhựa khác nhau
để tìm tối u, với chỉ dẫn chung quanh lợng nhựa tham khảo là 6% (cho cỡ
0/10) và 5,4% (cho cỡ 0/14). Thông thờng ở Pháp dùng loại vừa đá dăm, vì
dùng loại nhiều đá dăm rất khó thi công: chỉ cần có một sự phân tầng nhỏ
thì đã xuất hiện những vùng có quá nhiều đá dăm làm cho việc đầm chặt
bê tông nhựa rất khó khăn.
- Bê tông nhựa 0/10 để ấn đá con lên trên mặt tạo nhám: Là dùng một lớp
bê tông nhựa cỡ hạt 0/10 dày khoảng 5cm rải lên lớp dới hoặc trên mặt đờng cũ, sau đó dùng các viên đá dăm cứng (cờng độ lớn và ít bị bào mòn)
cỡ 10/14 hoặc 12/14 hoặc 14/16 đợc gia công trớc với nhựa, rải một lợt lên
trên và dùng lu ấn xuống. Lợng đá con này cần khoảng 6kg cho 1m 2. Mặt
sẽ trở lên nhám, có thể không cho nớc tạo thành mảng mỏng làm trơn trợt
khi xe chạy.
- Bê tông nhựa cỡ 0/6; 0/10 và 0/14 làm thành lớp mỏng để phục hồi độ
nhám và chống thấm nớc: Thờng dùng loại cỡ 0/6 rải lớp dày 3cm, trên đó
rải đá con cỡ 0/14 gia công trớc với nhựa sẽ có một lớp có độ nhám cao và
không thấm nớc.
- Bê tông nhựa hạt mịn: Bê tông nhựa cát cỡ 0/4 hay 0/6, dùng cát sông, cát
xay hàm lợng nhựa khoảng 7% loại nhựa đặc 60/70 hoặc 80/100. Thờng
dùng cho đờng xe đạp, đờng ít xe trong khu phố với bề dày lớp rải có thể
rất mỏng 1,5-2cm, loại này ít nhám và không kín nớc.
2. Các lớp mặt đờng hở, rải nóng: Bê tông nhựa thoát nớc nhanh, có độ rỗng
đến 20% và hơn nữa, dùng bitum thông thờng hoặc tốt hơn là dùng loại
bitum polyme. Lớp bê tông nhựa này dùng cỡ 0/10 hay 0/14 rải dày
khoảng 4cm. Nớc ma thoát rất nhanh ở ngay lỗ hổng bên trong của lớp
nhất là khi có áp lực của bánh xe chạy qua. Tuy nhiên chỉ nên dùng loại

này khi đã có một lớp dới thật kín nớc. Lớp này có cờng độ yếu, thờng chỉ
dùng ở những đoạn khó thoát nớc ở bề mặt đờng, đoạn chuyển tiếp siêu
cao có độ dốc ngang nhỏ...
3. Bê tông nhựa đúc: rải ở nhiệt độ rất cao
Trờng Đại học GTVT hà nội

27


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

4. Bê tông nhựa dạng vữa
5. Bê tông nhựa dùng cho đờng băng sân bay
6. Bê tông nhựa rải nguội
7. Các loại bê tông nhựa đặc biệt: có dùng các chất phụ gia khác nhau nh
polyme, copolyme,...
2.4.4 Bê tông nhựa không cần lu lèn: Bê tông nhựa đúc
Bê tông nhựa đúc-BTNĐ (Gussasphalt, mastic asphalt) là loại bê tông nhựa ít
lỗ rỗng, về mặt lịch sử có thể xem BTNĐ có ngay từ đầu khi ngời ta dùng
nhựa để xây dựng đờng, nhng xét về kỹ thuật thì BTNĐ chỉ đợc dùng cho
những mặt đờng cao cấp, loại mặt đờng này vợt qua tất cả những loại mặt đờng khác về mặt tuổi thọ khi chịu lợng giao thông lớn.
Xuất xứ của BTNĐ ngày nay là từ Béc-lin, đợc P. Héc-man phát triển đầu tiên
vào những năm 1920-1930. Từ cuối năm 1950, ở CHLB Đức ngời ta đã áp
dụng BTNĐ vào xây dựng đờng ô tô cao tốc, đờng đô thị và đặc biệt là những
đờng chịu tải trọng nặng.
Hiện nay bê tông nhựa đúc đợc nghiên cứu phát triển và sử dụng ở hầu khắp
các nớc tiên tiến nh Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Hà Lan, Đài Loan,... Thành phần,
tính chất, công nghệ chế tạo, công nghệ thi công và tên gọi của BTNĐ cũng

có khác biệt nh : Đức, Đài Loan Guss asphalt (guasfalt); Hà Lan
Gietasfalt; Anh Mastic asphalt; hoặc Poured Asphalt,...
Trên cơ sở các nghiên cứu, phát triển của BTNĐ trên thế giới có thể tóm tắt
những đặc tính, u nhợc điểm và phạm vi áp dụng của loại vật liệu này nh sau:
Bê tông nhựa đúc là hỗn hợp của cốt liệu, bột khoáng và chất liên kết, trong
đó thể tích tích luỹ của bột khoáng và chất liên kết lớn hơn nhiều thể tích các
lỗ rỗng của bộ khung cốt liệu, nh vậy có thể thi công bằng đúc nóng, không
cần lu lèn.
Đặc điểm đặc biệt của BTNĐ là sử dụng thừa chất liên kết: ở BTNĐ những lỗ
rỗng còn lại của cốt liệu đá luôn luôn đợc chèn đầy bằng chất liên kết
(Overfilled mixes) và ở trạng thái nóng quan sát thấy rất rõ rệt lợng chất liên
kết thừa, có nghĩa là tất cả các hạt khoáng chất bơi chậm chạp trong chất
liên kết.
BTNĐ nóng có tính dẻo hay có sự di động rất cao, nó không cần phải đầm nén
sau khi rải nhng cần phải san trên lớp móng để đạt đợc chiều dày mong muốn
và sau khi nguội thì mặt đờng hoàn toàn dùng đợc.
Hỗn hợp ít rỗng đợc xem là hệ thống ba pha (vật liệu khoáng, chất liên kết và
không khí) mà phần không khí tạo nên do cấu trúc hạt, khi đầm nén thì giảm
đến trị số tối thiểu. Ngợc lại với hỗn hợp ít rỗng, BTNĐ chỉ có hệ thống hai
pha, lập nên từ vật liệu khoáng và chất liên kết, không khí hoàn toàn biến mất
(chỉ đôi khi xuất hiện các bọt khí rất nhỏ). Loại vật liệu này đặc biệt thích hợp
để làm lớp chống thấm.
Trờng Đại học GTVT hà nội

28


Luận án thạc sỹ kỹ thuật

Trần Quốc Đạt

BTNĐ mặc dù thừa chất liên kết nhng không gây ra các biến dạng lớn khi
chịu lực, vì chất liên kết của BTNĐ có chứa rất nhiều các hạt rất nhỏ (bột
khoáng) có nghĩa là chúng rất ổn định. Hỗn hợp vật liệu khoáng để chế tạo
BTNĐ theo quy định ít nhất phải chứa 20% bột đá theo trọng lợng (hạt có
d<0.09 mm), thông thờng dùng bột đá với tỷ lệ 20-25% trọng lợng (khi hàm lợng nhựa trung bình từ 7-7.5% TL thì trong chất liên kết bột đá-nhựa đờng bột
đá chiếm gấp 3 lần). Một chất liên kết có tính dính nh vậy thì một lợng chất
liên kết nhỏ thừa ra cũng hoàn toàn không gây tác hại gì, nhng phải khống chế
chất liên kết thừa đến mức nhỏ nhất, nếu không BTNĐ ở mùa nóng nó sẽ trở
nên mềm. Nhựa để chế tạo bê tông nhựa đúc là loại nhựa đặc, thờng là loại có
độ kim lún từ 25-45.
BTNĐ có thể rải thành lớp rất mỏng từ 2-5cm, nhiệt độ hỗn hợp khi chế tạo và
rải >2000C (từ 200-2300C), trộn hỗn hợp trong trạm trộn, rải bằng loại máy
rải có bộ phận làm nóng, chạy trên ray. Vận chuyển bằng loại ô tô có thùng
chứa và thiết bị quấy.
BTNĐ có thể xem là loại mặt đờng nhựa cứng nhất, có độ bền cao nhất vì khi
BTNĐ khi xây dựng không cần đầm nén cho nên có thể loại bỏ đợc những h
hỏng mà những loại mặt đờng khác hay gặp phải do đầm nén thiếu. Lớp mặt
trên BTNĐ dính bám với lớp dới tốt hơn so với BTN đầm chặt bằng lu và khả
năng chống nứt cũng cao hơn.
BTNĐ đặc biệt thích hợp khi làm các lớp mỏng phủ mặt cầu, lớp mặt trên của
áo đờng, lớp phủ sàn công nghiệp, lớp phòng nớc cho hầm,...
Những u điểm của nó cũng gây ra một số khó khăn khi vận chuyển và khi rải.
Đặc biệt hay gặp phải hiện tợng thừa chất liên kết trên bề mặt của BTNĐ khi
rải và trong quá trình BTNĐ nguội đi (bởi vì chất liên kết nhẹ hơn vật liệu
khoáng)
Khi rải BTNĐ phải té thêm đá cỡ hạt 2-5mm bởi vì bề mặt đờng đợc tạo nên
chủ yếu bằng chất liên kết và bột đá khi ẩm rất dễ gây trợt. Vật liệu đá té ra đờng thờng đợc lu bằng lu nhẹ. Khi những viên đá nhỏ đợc ấn vào hỗn hợp sẽ
tạo nên lớp tạo nhám, đặc biệt ở lớp mặt các đờng cao tốc.
Vấn đề cần quan tâm của BTNĐ là việc hình thành vệt lợn sóng do khi rải gặp

móng đờng quá ẩm, móng đờng ẩm khi bị BTNĐ phủ lên sẽ xuất hiện các túi
hơi nớc, các túi này đội lớp BTNĐ lên và gây hiện tợng lợn sóng.
2.5 yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa

Về các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bê tông nhựa làm đờng thì đợc bổ sung dần
dần và điều chỉnh. Cho đến nay những yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý của bê
tông nhựa ở Mỹ, Nga, Pháp càng xích lại gần nhau. Các nhà khoa học đều có
chung một quan điểm nh sau :
- Bê tông nhựa phải có đủ độ bền (độ ổn định) ở nhiệt độ 50 o-60oC hoặc
bằng phơng pháp Masshall-Field, Hveem, hoặc bằng phơng pháp nén nở tự
Trờng Đại học GTVT hà nội

29