Bài 1 hôn hợp bê tông nhựa với độ bền khai thác và tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa - Bài giảng độ bền BT nhựa

bài 1
hỗn hợp bê tông nhự
nhựa với độ bền khai thá
thác
và tuổ
tuổi thọ
thọ của mặt đờng
đờng bê tông nhự
nhựa

Các loạ
loại hình h hỏng của mặt đờng
đờng bê tông nhự
nhựa

Nứt do mỏi:
-

Nguyê
Nguyên nhâ
nhân ???

-

Phá
Phát triể
triển h hỏng ???

-

Biệ

phòng ngừa ???
Biện phá
pháp phò

Ti liu ny c lu tr ti />
1


C¸c lo¹
lo¹i h×nh h− háng cña mÆt ®−êng
®−êng bª t«ng nhù
nhùa

nøt t¹i nhiÖ
nhiÖt ®é thÊp

Nguyª
nh©n ???
Nguyªn nh©
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

C¸c lo¹
lo¹i h×nh h− háng cña mÆt ®−êng
®−êng bª t«ng nhù

nhùa
Nøt däc

nøt l−íi
−íi lín

Nguyª
Nguyªn nh©
nh©n ???
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

Tài liệu này được lưu trữ tại />
2


Các loạ
loại hình h hỏng của mặt đờng
đờng bê tông nhự
nhựa

nứt phả
phản ánh

Nguyê

nhân ???
Nguyên nhâ
Phá
Phát triể
triển h hỏng ???
Biệ
phòng ngừa ???
Biện phá
pháp phò

cơ chế gây nứt phả
phản ánh giả
giải phá
pháp tính toá
toán và khắ
khắc phục

Ti liu ny c lu tr ti />
3


C¸c lo¹
lo¹i h×nh h− háng cña mÆt ®−êng
®−êng bª t«ng nhù
nhùa

nøt x« tr−î
t (nøt h×nh parabol)
tr−ît
parabol)

Nguyª
nh©n ???
Nguyªn nh©
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

biÕn d¹ng cña mÆt ®−êng
®−êng bª t«ng nhù
nhùa

lón vÖt b¸nh xe

Nguyª
Nguyªn nh©
nh©n ???
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

Tài liệu này được lưu trữ tại />

4


lón vÖt b¸nh xe
MÆt c¾t
ngang
ban ®Çu

Líp Bª t«ng nhùa

NÒn ®Êt yÕu hoÆc líp mãng d−íi yÕu

BiÕn d¹ng nÒn
®Êt

MÆt c¾t
ngang ban
®Çu

Líp bª t«ng nhùa yÕu
MÆt c¾t

biÕn d¹ng cña mÆt ®−êng
®−êng bª t«ng nhù
nhùa

l−în
−în sãng vµ trå
tråi lón

Nguyª
Nguyªn nh©
nh©n ???
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

Tài liệu này được lưu trữ tại />
5


mÊt m¸t vËt liÖ
liÖu bÒ mÆt ®−êng
®−êng

bong trãc – bong bËt

Nguyª
nh©n ???
Nguyªn nh©
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸

ph¸p phß

mÊt m¸t vËt liÖ
liÖu bÒ mÆt ®−êng
®−êng

æ gµ

Nguyª
Nguyªn nh©
nh©n ???
Ph¸
Ph¸t triÓ
triÓn h− háng ???
BiÖ
phßng ngõa ???
BiÖn ph¸
ph¸p phß

Tài liệu này được lưu trữ tại />
6


hỗn hợp bê tông nhự
nhựa - các thà
thành phầ
phần cơ bản

các vật liệ
liệu thà

thành phầ
phần cơ bản

Nhự
Nhựa đờng
đờng
Cốt liệ
liệu (thô
thô/ mịn)
mịn)

chất phụ gia

Bột khoá
khoáng

Phụ thuộ
thuộc tính
chất cần cải thiệ
thiện
của hỗn hợp

hỗn hợp bê tông nhự
nhựa - các thà
thành phầ
phần theo thể
thể tích

mẫu bê tông nhự
nhựa

đ đầm nén

WT

VV

Độ rỗng d

0

VEAC

Lợng
ợng nhự
nhựa có hiệ
hiệu

WEAC

VAAC

Lợng
ợng nhự
nhựa hấp thụ

WAAC

VAgg

Cốt liệ

liệu

WAgg

VT

Ti liu ny c lu tr ti />
7


các ch
chỉỉ ti
tiê
êu vật lý
Độ rỗng cốt liệ
liệu (VMA)
VMA):
Độ rỗng d (VTM)
VTM):
Độ rỗng đợ
đợc lấp đầy bằng nhự
nhựa đờng(VFA
đờng(VFA )
Các loạ
loại dung trọ
trọng

Độ rỗng không
thấm nớc

Lợng nhựa hấp thụ
Lợng nhựa có hiệu

Độ rỗng thấm
nớc

Độ rỗng còn d

dung trọ
trọng hạt

Độ rỗng
không thấm
nớc
Độ rỗng thấm nớc

khố
khối lợng
ợng hạt cốt liệ
liệu sấy khô
khô
Dung trọ
trọng hạt =

thể
thể tích cốt liệ
liệu + thể
thể tích lỗ rỗng khô
không thể
thể

ngấm nớc
ớc

Ti liu ny c lu tr ti />
8


dung trọ
trọng thể
thể tích (khô
khô)

Độ rỗng
không thấm
nớc
Độ rỗng thấm nớc

khố
khối lợng
ợng hạt cốt liệ
liệu sấy khô
khô
Dung trọ
trọng thể
thể tích =

thể
liệu + thể
thể tích lỗ rỗng có
thể tích cốt liệ

và khô
không ngấm nớc
ớc

dung trọ
trọng thể
thể tích bão hoà
hoà, khô
khô bề mặt

Độ rỗng
không thấm
nớc
Độ rỗng thấm nớc

Dung trọ
trọng thể
thể tích =

KL hạt cốt liệ
liệu sấy khô
khô + KL nớc
ớc
trong lỗ rỗng thấm nớc
ớc
thể
thể tích cốt liệ
liệu + thể
thể tích lỗ rỗng có
và khô

không ngấm nớc
ớc

Ti liu ny c lu tr ti />
9


dung trä
träng cã hiÖ
hiÖu cña cèt liÖ
liÖu

§é rçng kh«ng thÊm n−íc
§é rçng thÊm n−íc kh«ng lÊp ®Çy
nhùa
§é rçng thÊm n−íc lÊp ®Çy b»ng
nhùa

KL h¹t cèt liÖ
liÖu sÊy kh«
kh«
Dung cã hiÖ
hiÖu cña CL =

thÓ
liÖu + thÓ
thÓ tÝch lç rçng kh«
kh«ng ngÊm n−íc
−íc + thÓ
thÓ

thÓ tÝch cèt liÖ
tÝch lç rçng cã thÓ
thÓ ngÊm n−íc
−íc - thÓ
thÓ tÝch nhù
nhùa hÊp thô

dung trä
träng thÓ
thÓ tÝch lín nhÊt
theo lý thuyÕt cña bª t«ng nhù
nhùa

ThÓ tÝch cèt liÖu
§é rçng kh«ng
thÊm n−íc

ThÓ tÝch lç rçng kh«ng cã nhùa
ThÓ tÝch lç rçng lÊp ®Çy nhùa

Dung trä
träng theo lý thuyÕt
lín nhÊt cña hçn hîp

=

KL h¹t cèt liÖ
liÖu + KL cña nhù
nhùa ®−êng
®−êng

Tæng thÓ
thÓ tÝch hçn hîp

Tài liệu này được lưu trữ tại />
10


c¸c tÝnh chÊt cña hçn hîp víi
®é bÒn khai th¸
th¸c cña mÆt ®−êng
®−êng BTN
®é rçng d−

c¸c tÝnh chÊt cña hçn hîp víi
®é bÒn khai th¸
th¸c cña mÆt ®−êng
®−êng BTN
®é rçng d−

Tài liệu này được lưu trữ tại />
11


các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
độ ổn định và độ dẻo Marshall

các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
mô đun đàn

đàn hồi

Ti liu ny c lu tr ti />
12


các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
mô đun đàn
đàn hồi
thí nghiệ
nghiệm kéo giá
gián tiếp tải trọ
trọng lặp

MR =

P
( 0.27 + à )
Ht

MR: mô đun đàn hồi, psi
P : lực tác dụng, lb
H: chuyển vị ngang, inches
t: chiều cao mẫu, inches
à: hệ số Poisson

các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
thí nghiệ

nghiệm kéo giá
gián tiếp,
tiếp, tải trọ
trọng lặp xác định
mô đun đàn
đàn hồi

van

Khuyếch
đại

PLC

ADC

Ti liu ny c lu tr ti />
13


các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
thí nghiệ
nghiệm kéo giá
gián tiếp,
tiếp, tải trọ
trọng lặp xác định
mô đun đàn
đàn hồi

các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
mô đun đàn
đàn hồi phứ
phức động
thí nghiệ
nghiệm nén dọc trục,
trục, tải trọ
trọng động

E=




với
E = mô đun động
= ứng suất tác dụng
= biến dạng dọc
trục đo đợc

Ti liu ny c lu tr ti />
14


các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
mô đun đàn
đàn hồi
thí nghiệ

nghiệm uốn mẫu dầm

E=

(

Pa 3l 2 4a 2
48Id

)

E = mô đun kéo uốn
a = khoảng cách giữa gối và điểm đặt lực
P = tổng tải trọng động với 1/2 P tác dụng
tại điểm thứ 3, lb
l = khẩu độ hoạt động của dầm, inches
I = mô men mặt cắt của mẫu, in4
d = độ võng động tại điểm giữa tại đáy dầm

các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
đặc tính mỏi

1
N f = K1


n1

Nf

= số chu kỳ gia tải đến phá hoại mẫu



= ứng suất kéo uốn, psi

K1, n1 = các hằng số hồi quy

1
N f = K 2


n2

Nf

= số chu kỳ gia tải đến phá hoại mẫu



= biến dạng kéo, inch/inch

K1, n1 = các hằng số hồi quy

Ti liu ny c lu tr ti />
15


các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự

nhựa
toá
toán đồ xác định độ bền mỏi

các tính chất cơ học của hỗn hợp bê tông nhự
nhựa
tính chất từ biến
thí nghiệ
nghiệm nén dọc trục nở hông tự do

Ti liu ny c lu tr ti />
16


c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña hçn hîp bª t«ng nhù
nhùa
tÝnh chÊt tõ biÕn
thÝ nghiÖ
nghiÖm weel tracking

Tài liệu này được lưu trữ tại />
17


bài 2

NHựA ĐƯờNG Và
Độ BềN KHAI THáC
CủA MặT ĐƯờNG BÊ TÔNG NHựA

Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.
HOá
HOá CứNG Và QUá
QUá TRì
TRìNH HOá
HOá CứNG CủA NHự
NHựA ĐƯờNG

-

Quá trì
Quá
trình???
nh???

-

Nguyê
Nguyên nhâ
nhân ???

-

ảnh hởng
ởng đến độ bền khai thá
thác của mặt đờng
đờng ???

-

Kiểểm soá
Ki
soát quá
quá trì
trình ???

-

Các thí nghiệ
nghiệm mô phỏ
phỏng

Ti liu ny c lu tr ti />
1


Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.
độ kim l ún

nghiệm ???
Thí nghiệ
Thay đổi chỉ
chỉ tiê
tiêu độ kim lún trong quá
quá trì
trình khai thá
thác ???
Mối quan hệ với độ bền khai thá

thác của mặt đờng
đờng ???

Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.

độ kéo dài

Thí nghiệ
nghiệm ???
Mối quan hệ với độ bền khai thá
thác của mặt đờng
đờng ???

Ti liu ny c lu tr ti />
2


Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.

độ nhớ
nhớt

Thí nghiệ
nghiệm ???
Mối quan hệ với độ bền khai thá
thác của mặt đờng
đờng ???

Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.
độ ổn định với nhiệ
nhiệt độ

Các chỉ
chỉ tiê
tiêu
- ch
chỉỉ số độ kim lún - PI
- chỉ
chỉ số độ kim lún - độ nhớ
nhớt - PVN
- độ nhạ
nhạy nhiệ
nhiệt độ - độ nhớ
nhớt - VTS
Mối quan hệ với độ bền khai thá
thác của mặt đờng
đờng ???
Độ kim lún tại 250C

Giá trị PVN tối thiểu cho
phép (không gây nứt)

Độ nhớt tại 1350C tối
thiểu (centistokes)

60

- 0.80

390

65

- 0.95

330

70

- 1.10

290

75

- 1.25

250

Ti liu ny c lu tr ti />
3


Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.

khả

khả năng chố
chống cắt

-

Khá
niệm: ứng suất cắt/ biến dạng cắt
Khái niệ
Mối quan hệ với chỉ
chỉ tiê
tiêu lý học
Chỉ
Chỉ tiê
tiêu tốc độ tăng tính nhạ
nhạy cảm cắt/ tăng độ nhớ
nhớt
Quan hệ với đặc tr
trng khai thá
thác của mặt đờng
đờng

Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.
độ cứng của nhự
nhựa đờng
đờng

- Tính phụ thuộ
thuộc vào tải trọ
trọng thời gian nhiệ

nhiệt độ
- Mối quan hệ với đặc tr
trng mặt đờng
đờng
- Cách xác định

Ti liu ny c lu tr ti />
4


Các đặc tính cơ - lý của nhựa đờng và ảnh hởng của
chúng đến độ bền khai thác của mặt đờng bê tông nhựa.

phân loại nhựa đờng
nhự
nhựa đờng
đờng đặc phâ
phân loạ
loại theo độ kim lún

Cấp độ kim lún
TT

Phơng pháp thử

40-50

60-70

85-100

40-50

60-70

85-100

1

Độ kim lún, 25 độ C, 1/10 mm

2

Nhiệt độ bắt lửa, độ C

232 min

232 min

232 min

3

Độ kéo dài, cm

100 min

100 min

100 min

4

Hàm lợng hoà tan trong
Trichloroethylen, %

99 min

99 min

99 min

5

Thí nghiệm sau khi làm thí nghiệm
màng mỏng ở 163 độ 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

Ti liu ny c lu tr ti />
5


phân loại nhựa đờng
nhự
nhựa đờng
đờng đặc phâ
phân loạ
loại theo độ nhớ
nhớt
Trị số tiêu chuẩn theo độ nhớt
TT

Các chỉ tiêu thí nghiệm

AC-5

AC-10

AC-20

AC-40

500
100

1000
200

2000
400

4000
800

110

150

210

300

120

70

40

20

177

219

232

232

99.0

99.0

99.0

99.0

- Độ nhớt ở 60oC, P; max.

2500

5000

10000

20000

- Độ kéo dài ở 25oC, cm; min.

100

50

20

10

60oC,

1

Độ nhớt ở

2

Độ nhớt ở 135 oC, CSt; min.

3

Độ kim lún ở

P

25oC,

mm

oC

4

Nhiệt độ bắt lửa,

5

Hoà tan trong Trichloethylene,
%; min.

6

Thí nghiệm (sau khi thí
nghiệm màng mỏng)

phân loại nhựa đờng
các chỉ
chỉ tiê
tiêu cơ lý của nhự
nhựa đờng
đờng và ảnh hởng
ởng của nhiệ
nhiệt độ
Tín h q u á n h

(Đ ộ k im lú n h o ặ c đ ộ n h ớ t)

Đ ộ k im lú n

C ứng

Đ ộ n hớt

A
B
C

Đ ộ nhớt

M ềm
-15

25

60

135
N h iệ t đ ộ , 0 C

Ti liu ny c lu tr ti />
6


phân loại nhựa đờng theo superpave
chơ

ng trì
chơng
trình nghiê
nghiên cứu shrp các nội dung và
và kết quả
quả chính

1. Nhựa đờng và bê tông nhựa:
Superpave cho phép kỹ s thiết kế mặt đờng đa ra đợc loại hỗn
hợp bê tông nhựa phù hợp với tải trong giao thông và điều kiện
khí hậu, và nh vậy mặt đờng sẽ bền hơn và ít xuất hiện vệt lún
bánh xe trong thời tiết nóng và nứt khi thời tiết lạnh.
Phân loại - chọn loại chất dính kết phù hợp.
Quy trình thiết kế hỗn hợp tối u trong phòng, và đáp ứng điều
kiện thực tế.

2. Bê tông xi măng và kết cấu.
3. Bảo trì đờng
4. Đặc tính làm việc của mặt đờng - LTPP (nghiên cứu đặc
tính làm việc dài hạn đờng)

phân loại nhựa đờng theo superpave
nghiê
nghiên cứu về nhự
nhựa đờng
đờng và bê tông nhự
nhựa của shrp - superpave
các ấn phẩ
phẩm xuất bản
33 ấn phẩm công bố rộng rãi - 38 ấn phẩm không công bố rộng rãi

1.

Các đặc tính của nhựa đờng: tính chất hóa học, tính chất vật lý,
ảnh hởng l o hóa (ngắn hạn, dài hạn); phơng pháp, thiết bị thí
nghiệm xác định các đặc tính.
2. Tơng tác-đá nhựa đờng: dính bám đá-nhựa đờng (adhesion),
thẩm thấu đá-nhựa đờng (absorption), độ nhạy cảm của nhựa đờng
với nớc, quan hệ giữa các đặc tính của nhựa và khả năng làm việc
của hỗn hợp đá-nhựa, chất lợng nhựa đờng qua thí nghiệm nứt của
bê tông nhựa ở nhiệt độ thấp.
3. Đặc tính của bê tông nhựa : nứt ở nhiệt độ thấp, nứt mỏi, biến dạng
vĩnh cửu, mô hình dự báo đặc tính làm việc của bê tông nhựa theo
thời gian, các hệ thống thiết bị thí nghiệm xác định cờng độ của bê
tông nhựa
4. Hệ thống nhựa đờng và bê tông nhựa theo Superpave; chỉ dẫn kỹ
thuật thiết kế hốn hợp bê tông nhựa cho lớp phủ mới và lớp tăng
cờng.

Ti liu ny c lu tr ti />
7


phân loại nhựa đờng theo superpave
cơ sở nghiê
nghiên cứu của superpave

Nghiên cứu tiêu chuẩn phân loại nhựa đờng phơng pháp
chọn loại nhựa đờng quy trình thiết kế hỗn hợp dựa
trên các nghiên cứu cơ bản về các cơ chế gây h hỏng

của mặt đờng bê tông nhựa:

Hiệện tợng
Hi
ợng phá
phát triể
triển các vệt hằn bánh xe (biến dạng
vĩnh cửu) của phầ
phần trê
trên của lớp mặt đuờng nhự
nhựa, do tác
dụng của tải trọ
trọng bánh xe ôtô .
Hiệ
Hiện tuợ
tuợng mỏi của vật liệ
liệu nhự
nhựa trong mặt đờng
đờng do tác
dụng trù
trùng phục của xe với lu lợng
ợng lớn.
Hiệ
Hiện tợng
ợng nứt vì nhiệ
nhiệt, phá
phát sinh khi mặt đuờng ở nhiệ
nhiệt
độ thấp.
thấp.

Hiệ
Hiện tuợ
tuợng lão hoá
hoá sớm của nhự
nhựa trong mặt đờng
đờng.
ờng.

superpave các phơ
ng phá
phơng
pháp thí nghiệ
nghiệm chính
Thí nghiệ
nghiệm độ nhớ
nhớt BrookfieldBrookfield-RS (Rotational ViscometerViscometer-ASTMASTM-D4402)

Mục đích
Mẫu tiến hành nhiệt độ 1350C
Kết quả - đơn vị Pa.s (1Pa.s = 1000 cP) - 3Pa.s

Ti liu ny c lu tr ti />
8