Nghiên cứu đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng lớp mặt đường Dự án nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình thức BOT

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.19 MB, 105 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
---------------------

PHẠM MẠNH HUY

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG NHỰA NÓNG LỚP
MẶT ĐƯỜNG DỰ ÁN NÂNG CẤP MỞ RỘNG QL1 ĐOẠN KM1063+877
– KM1092+577, TỈNH QUẢNG NGÃI THEO HÌNH THỨC BOT.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
----------------------

PHẠM MẠNH HUY

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ BÊ TÔNG NHỰA NÓNG LỚP
MẶT ĐƯỜNG DỰ ÁN NÂNG CẤP MỞ RỘNG QL1 ĐOẠN KM1063+877
– KM1092+577, TỈNH QUẢNG NGÃI THEO HÌNH THỨC BOT.
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG TP
Mã số: 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Quang Phúc

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy, các cô, các
cán bộ trong Trường Đại học giao thông vận tải đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn tôi
trong xuất quá trình học tập và nghiên cứu tại đây. Tôi đặc biệt cảm ơn thầy TS.
Nguyễn Quang Phúc đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong quá trình làm luận văn.
Tôi cũng trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH BOT Thiên Tân –
Thành An, Công ty CP TVTK GTVT – CTCP (TEDI), Công ty TNHH Xây dựng cầu
đường Quảng Ngãi.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn thân tình tới những người thân trong gia đình
tôi, tới tất cả các bạn của tôi đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong xuất quá trình học tập.
Hà Nội, ngày tháng 4 năm 2016
Tác giả

Phạm Mạnh Huy

MỤC LỤC

MỤC LỤC.........................................................................................................2
Quốc lộ 1 là tuyến giao thông huyết mạch của nước ta, kéo dài từ cửa khẩu Hữu
Nghị (Lạng Sơn) đến Năm Căn (Cà Mau) với tổng chiều dài 2.300km. Tuyến đường
này đã được nâng cấp thành đường cấp III, 2 làn xe từ những năm 1993 theo các
nguồn vốn ODA. Từ năm 2003 đến nay, một số đoạn có lưu lượng giao thông lớn đã
được mở rộng với quy mô 4 làn xe và xây dựng một số tuyến tránh qua các khu đô
thị. Tuy nhiên, do lưu lượng xe ngày càng tăng cao nên xảy ra tình trạng ùn tắc, tai
nạn giao thông trên các đoạn tuyến chưa được mở rộng. Vì vậy, việc mở rộng Quốc

lộ 1 là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của ngành Giao thông vận tải trong giai
đoạn vừa qua. Đề án mở rộng Quốc lộ 1 từ Hà Nội đến Cần Thơ nhằm đáp ứng nhu
cầu vận tải ngày càng cao, cải thiện điều kiện khai thác, giảm ùn tắc và tai nạn giao
thông, phục vụ phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng, phù hợp với
quy hoạch phát triển ngành Giao thông vận tải đã được phê duyệt tại Quyết định số
356/QĐ-TTg ngày 25/02/2013 của Thủ tướng Chính phủ..........................................9

Hình 2.12 Mô hình tương tác nhiệt độ của kết cấu áo đường.........................40
Bảng 2.2 Ảnh hưởng của tải trọng bánh xe đến lún vệt hằn bánh xe..............41
Bảng 2.3 Biểu đồ ứng suất cắt trượt theo chiều sâu........................................45
Hình 2.13 Lún vệt bánh xe tại nút giao thông nơi có xe nặng lưu thông do lực
ngang phát sinh bởi điều kiện tăng, giảm tốc của xe nặng..............................45
Hình 2.14 Điển hình hư hỏng lún vệt bánh xe nơi có xe nặng lưu thông do lớp
móng dưới hoặc nền đất..................................................................................46
Chỉ tiêu............................................................................................................89
- Cỡ sàng (mm)................................................................................................89
12,5..................................................................................................................89
2. Hàm lượng nhựa (tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTNNC).............90
TT....................................................................................................................91
1.......................................................................................................................91
2.......................................................................................................................91
3.......................................................................................................................91
4.......................................................................................................................91

5.......................................................................................................................91
6.......................................................................................................................91

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA
Bê tông nhựa nóng (Hot mix asphalt-HMA)
Hỗn hợp bao gồm các cốt liệu (đá dăm, cát, bột đá) được trộn đồng đều và được bitum
bọc kín. Tại trạm trộn, các cốt liệu được sấy nóng và trộn với nhau sau đó được trộn với
bitum theo 1 tỷ lệ đã thiết kế để tạo ra hỗn hợp bê tông Nhựa nóng. Hỗn hợp này được
vận chuyển ra công trường và đổ vào máy rải, được máy rải phân bố đều trên mặt
đường thành 1 lớp phẳng. Lớp hỗn hợp BTN vừa rải sẽ được lu lèn đến khi đạt độ chặt
thích hợp. Tất cả các công tác vận chuyển, rải và lu lèn đều được tiến hành khi hỗn hợp
bê tông Nhựa vẫn còn nóng.
Bê tông nhựa nóng sau đây được gọi tắt là bê tông nhựa và ký hiệu là BTN.
Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded HMA )
Bê tông nhựa sử dụng cấp phối cốt liệu chặt (thường được gọi là Bê tông nhựa chặt).
Cấp phối cốt liệu chặt là loại cấp phối có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần
tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau
nhất, Bê tông nhựa cấp phối chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-5% (hoặc 3-6%).
Bê tông nhựa sử dụng cấp phối cốt liệu hở (còn được gọi là Bê tông nhựa rỗng). Cấp
phối cốt liệu hở là loại cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp.
Đường cong cấp phối loại này tại vùng hạt mịn có xu thế nằm ngang và có giá trị gần
bằng không (0). Cấp phối này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ
lỗng giữa các hạt thô. Bê tông nhựa rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với Bê tông nhựa
chặt và Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn.
Loại Bê tông nhựa rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột
khoáng, có độ rỗng dư từ 6-12%.
Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt
Là loại Bê tông nhựa rỗng có độ rỗng dư 15-22% hoặc Bê tông nhựa cấp phối gián

đoạn có độ rỗng dư 10-15%. Loại lớp phủ này có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng màng
nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt giữa của mặt đường
và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy. Loại Bê tông Nhựa này thường sử dụng bitum
cải thiện polymer.
Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu (Maximum size of aggregate)
Cỡ sàng nhỏ nhất mà lượng lọt qua cỡ sàng đó là 100%.
Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate)

Cỡ sàng lớn nhất mà lượng sót riêng biệt trên cỡ sàng đó không lớn hơn 10%.
Cốt liệu thô (Coarse aggregate)
Cốt liệu hầu hết có kích cỡ nằm trên sàng 4,75 mm. Còn được gọi là đá dăm.
Cốt liệu mịn (Fine aggregate)
Cốt liệu có kích cỡ lọt qua sàng 4,75 mm và hầu hết nằm trên sàng 0,075 mm. Còn
được gọi là cát. Là sản phẩm khoáng thiên nhiên (cát tự nhiên) hoặc sản phẩm nghiền
từ đá tảng (cát xay).
Bột khoáng (Mineral filler)
Sản phẩm được nghiền mịn từ đá các bô nát (đá vôi can xit, đolomit ...), từ xỉ bazơ của
lò luyện kim hoặc là xi măng, có ít nhất 70% lọt qua sàng 0,075 mm.
Hàm lượng bitum (Bitumen content)
Lượng bitum trong hỗn hợp BTN. Có hai cách biểu thị hàm lượng bitum, hoặc tính theo
phần trăm của tổng khối lượng hỗn hợp BTN (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khoáng,
bitum), hoặc tính theo phần trăm tổng khối lượng cốt liệu (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột
khoáng).
Cách biểu thị hàm lượng bitum theo phần trăm của tổng hỗn hợp BTN, ký hiệu là Pb,
được áp dụng phổ biến trên thế giới và được sử dụng trong Luận văn này.
Hàm lượng bitum tối ưu (Optimum Nhựa content)
Hàm lượng bitum được xác định khi thiết kế BTN, tương ứng với một tỷ lệ phối trộn
cốt liệu đã chọn và thỏa mãn nhất tất cả các yêu cầu kỹ thuật quy định với cốt liệu và
BTN được chỉ ra tại Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu Bê tông Nhựa đó.

Hàm lượng bitum hấp phụ (Absorbed Nhựa Content)
Lượng bitum bị cốt liệu hấp phụ vào trong các lỗ rỗng ở bề mặt hạt cốt liệu, được biểu
thị bằng tỷ lệ phần trăm khối lượng của hỗn hợp cốt liệu; ký hiệu là Pba.
Hàm lượng bitum có hiệu (Effective Nhựa content)
Hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTN được tính bằng lượng bitum có trong hỗn hợp
BTN trừ đi lượng bitum bị hấp phụ vào hạt cốt liệu, ký hiệu là Pbe. Hàm lượng bitum có
hiệu được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm khối lượng của hỗn hợp BTN. Lượng bitum có
hiệu tạo nên lớp phủ bề ngoài các hạt cốt liệu và là lượng bitum chi phối các đặc tính cơ lý
của hỗn hợp BTN.
Độ rỗng dư (Air voids)

Tổng thể tích của tất cả các bọt khí nhỏ nằm giữa các hạt cốt liệu đã được bọc bitum
trong hỗn hợp BTN đã đầm nén. Độ rỗng dư được biểu thị bằng phần trăm của thể tích
mẫu hỗn hợp BTN đã đầm nén, ký hiệu là Va.
Độ rỗng cốt liệu (Voids in the mineral aggregate)
Thể tích của khoảng trống giữa các hạt cốt liệu của hỗn hợp BTN đã đầm nén, thể tích
này bao gồm độ rỗng dư và thể tích bitum có hiệu cộng lại. Độ rỗng cốt liệu được biểu
thị bằng phần trăm của thể tích mẫu hỗn hợp BTN đã đầm nén, ký hiệu là VMA.
Độ rỗng lấp đầy bitum (Voids filled with nhựa)
Thể tích của khoảng trống giữa các hạt cốt liệu (VMA) bị phần bitum có hiệu lấp đầy.
Độ rỗng lấp đầy bitum được biểu thị bằng phần trăm của thể tích bitum có hiệu chia cho
độ rỗng cốt liệu (VMA), ký hiệu là VFA.
Độ ổn định nhiệt của bê tông nhựa
Là chỉ tiêu đánh giá sự thay đổi các tính chất của bê tông nhựa khi nhiệt độ thay đổi.
Tỷ trọng lớn nhất (Maximum Specific Gravity)
Tỷ trọng của hỗn hợp BTN khi hỗn hợp đó không có độ rỗng dư (độ rỗng dư bằng 0),
được ký hiệu là Gmm.
Tỷ trọng khối (Bulk Specific Gravity)
Là tỷ lệ giữa khối lượng cân trong không khí (sau khi sấy khô) của một đơn vị thể tích

cốt liệu (bao gồm cả thể tích của các lỗ rỗng trên bề mặt hạt cốt liệu) chia cho khối
lượng cân trong không khí của một thể tích nước cất tương đương ở cùng một nhiệt độ
xác định.
Tỷ trọng khối (bão hòa-khô bề mặt)(Bulk Specific Gravity-saturated
surface-dry)
Là tỷ lệ giữa khối lượng cân trong không khí (sau khi ngâm bão hòa và làm khô bề mặt)
của một đơn vị thể tích cốt liệu (bao gồm cả thể tích của các lỗ rỗng trên bề mặt hạt cốt
liệu) chia cho khối lượng cân trong không khí của một thể tích nước cất tương đương ở
cùng một nhiệt độ xác định.
Tỷ trọng biểu kiến (Apperent Specific Gravity)
Là tỷ lệ giữa khối lượng cân trong không khí (sau khi sấy khô) của một đơn vị thể tích
cốt liệu (không bao gồm thể tích của các lỗ rỗng trên bề mặt hạt cốt liệu) chia cho khối
lượng cân trong không khí của một thể tích nước cất tương đương ở cùng một nhiệt độ
xác định.

PHẦN MỞ ĐẦU
- Tính cấp thiết của đề tài:
Quốc lộ 1 là tuyến giao thông huyết mạch của nước ta, kéo dài từ cửa khẩu Hữu
Nghị (Lạng Sơn) đến Năm Căn (Cà Mau) với tổng chiều dài 2.300km. Tuyến đường
này đã được nâng cấp thành đường cấp III, 2 làn xe từ những năm 1993 theo các nguồn
vốn ODA. Từ năm 2003 đến nay, một số đoạn có lưu lượng giao thông lớn đã được mở
rộng với quy mô 4 làn xe và xây dựng một số tuyến tránh qua các khu đô thị. Tuy
nhiên, do lưu lượng xe ngày càng tăng cao nên xảy ra tình trạng ùn tắc, tai nạn giao
thông trên các đoạn tuyến chưa được mở rộng. Vì vậy, việc mở rộng Quốc lộ 1 là một
trong những nhiệm vụ trọng tâm của ngành Giao thông vận tải trong giai đoạn vừa qua.
Đề án mở rộng Quốc lộ 1 từ Hà Nội đến Cần Thơ nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày
càng cao, cải thiện điều kiện khai thác, giảm ùn tắc và tai nạn giao thông, phục vụ phát
triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng, phù hợp với quy hoạch phát triển
ngành Giao thông vận tải đã được phê duyệt tại Quyết định số 356/QĐ-TTg ngày

25/02/2013 của Thủ tướng Chính phủ.
Dự án ĐTXD công trình mở rộng Quốc lộ 1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577,
tỉnh Quảng Ngãi theo hình thức hợp đồng BOT, được Bộ Giao thông vận tải phê duyệt
tại Quyết định số 479/QĐ-BGTVT ngày 28/02/2013 với chiều dài khoảng 29,4km được
đầu tư từ nguồn vốn tư nhân và nguồn vốn vay, thi công trong điều kiện đường đang
khai thác nên ngoài yêu cầu đảm bảo về chất lượng, tiến độ thì cần phải đảm bảo sự lưu
thông bình thường và an toàn giao thông trên đường hiện tại. Bên cạnh đó, trong những
năm qua ngoài các dự án xây dựng công trình giao thông đạt tiến độ và chất lượng vẫn
còn một số các dự án đã xuất hiện hư hỏng cục bộ (lún, nứt, trượt trồi, hằn vệt bánh
xe... của lớp bê tông nhựa mặt đường, mặt cầu) sau một thời gian ngắn đưa vào bàn
giao và sử dụng.
Đề tài “Nghiên cứu đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng lớp mặt đường Dự án
nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình
thức BOT” là một hướng nghiên cứu, đánh giá đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng
để khắc phục một số vấn đề trong quá trình thi công nhằm đảm bảo và nâng cao chất
lượng mặt đường bê tông nhựa.

- Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng của Đề tài đó là “Nghiên cứu đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng
lớp mặt đường Dự án nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh
Quảng Ngãi theo hình thức BOT”.
- Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng lớp mặt
đường Dự án nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng
Ngãi theo hình thức BOT.
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài đó là nghiên cứu, đánh giá công nghệ bê tông nhựa
nóng lớp mặt đường đối với Dự án nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 –
Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình thức BOT.

- Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kết hợp với đánh giá
trong quá trình giám sát thi công.
- Kết cấu của luận văn:
Phần I: Đặt vấn đề nghiên cứu:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về bê tông nhựa và kết cấu mặt đường bê tông
nhựa;
Chương 2: Phân tích nguyên nhân phá hoại kết cấu mặt đường bê tông nhựa và
giải pháp khắc phục;
Chương 3: Phân tích đánh giá thiết kế kết cấu mặt đường bê tông nhựa Dự án
nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình
thức BOT.
Chương 4: Phân tích đánh giá thi công lớp bê tông nhựa mặt đường Dự án nâng
cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình thức
BOT.
Phần II: Kết luận-Kiến nghị:

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG
BÊ TÔNG NHỰA.
1.1 Tổng quan về bê tông nhựa:
1.1.1

Khái niệm về bê tông nhựa:

Bê tông nhựa là vật liệu khoáng – bitum xây dựng đường nhận được khi làm đặc
hỗn hợp bê tông nhựa. Hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm đá dăm (hoặc sỏi), cát, bột
khoáng, bitum dầu mỏ, có thể có phụ gia.

Hỗn hợp được thiết kế hợp lý và gia nhiệt từ 120 oC ÷ 160oC thành phần của bê
tông nhựa theo khối lượng thông thường như sau: Đá dăm 20-60%; cát 30-66%; bột
khoáng 4-16%; bitum 5-7% và phụ gia tùy theo kết quả thực nghiệm.
Trên cơ sở chất kết dính hữu cơ (bitum, guđrông, nhũ tương) trong xây dựng
đường thường dùng các hỗn hợp vật liệu khoáng và chất kết dính hữu cơ phổ biến nhất
và chất lượng cao nhất từ vật liệu khoáng – bitum là bê tông asphalt. Bê tông nhựa là
sản phẩm nhận được khi làm đặc và rắn chắc hỗn hợp asphalt – bê tông.
- Ưu điểm
Mặt đường BTN sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam và thế giới do có những ưu
điểm nổi bật như:
+ Tính liên tục và mức độ êm thuận của mặt đường khi khai thác.
+ Tiến độ thi công đưa đường vào khai thác nhanh.
+ Có thể sử dụng tái chế sản xuất mặt đường mới.
+ Công nghệ thi công phổ biến.
+ Làm mặt đường BTN màu, để tạo màu sắc cho các con đường, cung đường có
thể áp dụng một số giải pháp như sau: cho chất tạo màu vào hỗn hợp, sử dụng cốt liệt
có màu xử lý vào bề mặt, dùng cốt liệu có màu với chất kết dính trong (không màu).
+ BTN được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao như đường
cao tốc, đường thành phố, sân bay.
- Nhược điểm
Ngoài những ưu điểm, mặt đường BTN có nhược điểm như:
+ Khả năng chịu lực và mô đun đàn hồi thấp.
+ Độ bền nước thấp.

+ Nhạy cảm đối với sự thay đổi nhiệt độ môi trường, có thể bị hư hỏng dưới tác
dụng của tải trọng nặng như bong tróc, lún về bề mặt, xô dồn,…
1.1.2

Xu hướng sử dụng bê tông nhựa tại Việt Nam và trên Thế giới

- Xu hướng tại Việt Nam

Bảng 1.1 Số liệu mạng lưới đường bộ Việt Nam theo vật liệu lớp mặt đường
- Theo thống kê số liệu mạng lưới đường bộ Việt Nam theo vật liệu lớp mặt thì tỷ
lệ sử dụng mặt đường BTN ở Việt Nam vẫn còn chưa cao, chủ yếu loại mặt đường này
sử dụng cho các tuyến Quốc Lộ, đường đô thị.
- Xu hướng trên Thế giới
Tình hình sử dụng mặt đường BTN ở một số quốc gia trên thế giới như:
Tại Mỹ khoảng 80% số km đường trong đô thị sử dụng BTN; tại Canađa trên 90%;
tại Đức khoảng 75%; tại Áo trên 30%; tại Bỉ khoảng 40%; tại Hà Lan gần 80%; tại
Vương quốc Anh gần 90%; tại Úc trên 30%.
1.1.3

Phân loại bê tông nhựa

Căn cứ các chỉ tiêu như: Phương pháp thi công; nhiệt độ khi rải; Theo độ rỗng dư,
theo kích thước hạt lớn nhất ta có có thể chia ra các loại bê tông nhựa như sau:

Cấp phối ½
rỗng

Cấp phối chặt

Loại
hỗn
hợp

Cấp phối liên tục

BTNC

MA

Cõ
hạt
lớn
nhất
(mm
)

ATPB
37,5

37,5

50

ATPB
31,5

31,5

37,5

31,5

37,5

25

31,5

19

25

Cấp phối gián
đoạn

OGF
C

BTNR
37,5

ATPB

ATB
31,5
BTNC
25

ATB
25

BTNR
25

BTNC
Hạt
trung

BTNR
(VN)

Đá
dăm
đen
AM

SMA

ATB
37,5

Hạt
rất
lớn

Hạt
lớn

ATB

Cấp
phối
gián
đoạn

Cỡ
hạt
lớn
nhất
danh
định
(mm)

Cấp phối rỗng

SMA
19

19

BTNR
19

ATPB
25
AM
19

BTNC
12,5

MA SMA
12,5 12,5

AM
12,5

OGF
C
12,5

12,5

19

Hạt
nhỏ

BTNC
9,5

MA
9,5

AM
9,5

OGF
C
19,5

9,5

12,5

Cát

BTNC
4,75

MA
4,75

4,75

9,5

Độ
rỗng
dư
thiết
kế %

3-6

≤2

SMA
9,5

3-4

6 - 12

Bảng 1.2 Phân loại bê tông nhựa nóng

≥ 18

+ Gussaphalt: Là hỗn hợp của cốt liệu, bột khoáng và chất liên kết được thi công ở
nhiệt độ từ 200 oC – 250oC và không cần lu lèn. Độ rỗng dư rất thấp và kín nước nên
thường thích hợp làm lớp phủ mặt cầu (đặc biệt là cầu thép).
+ Bê tông nhựa rải ấm: nhiệt độ rải từ 90 oC -1100C. Sử dụng cho đường cấp thấp
hoặc duy tu bảo dưỡng.
+ Bê tông nhựa rải nguội: Thường được trộn với nhũ tương hoặc nhựa pha dầu.
+ Bê tông nhựa tái chế: gồm tái chế nóng và tái chế nguội
1.1.4

Cấu trúc bê tông nhựa

Cấu trúc của bê tông nhựa thể hiện mối tương tác giữa các yếu tố cấu tạo sự phối
hợp giữa chúng. Tập hợp các yếu tố này được thể hiện bằng mối liên hệ giữa đặc tính
của vật liệu với độ đặc và độ rỗng của cốt liệu khoáng, cấu trúc và đặc tính của bitum,
sự liên kết với vật liệu khoáng và lấp đầy lỗ rỗng vật liệu khoáng của bitum. Cấu trúc
của bê tông nhựa bao gồm cấu trúc của hỗn hợp vật liệu khoáng và cấu trúc của bitum
trong bê tông nhựa.
Cấu trúc của vật liệu khoáng trong bê tông asphalt được chia ra làm 3 loại: có
khung, bán khung và không có khung. Tùy theo tỷ lệ và khối lượng của đá, cát, bột
khoáng có thể tạo ra một trong 3 loại cấu trúc trên. Tỷ lệ phần trăm của đá thường từ
20-65 %, cát từ 20-40 %, bột đá từ 4-14 %. Độ rỗng của vật liệu khoáng thường từ 1522 %, độ rỗng còn lại 2-7 %.
Cấu trúc có khung là cấu trúc mà độ rỗng của hỗn hợp được lấp đầy hoàn toàn
bằng vữa asphalt. Thể tích vữa asphalt bao gồm hỗn hợp của cát, bột khoáng và bitum
không vượt quá thể tích rỗng của đá dăm, độ lớn của các hạt cát không lớn hơn kích
thước của các lỗ rỗng trong bộ khung đá dăm. Như vậy, các hạt cốt liệu không dễ

chuyển động trong vữa asphalt và tiếp xúc với nhau một cách trực tiếp hoặc thông qua
lớp màng cứng bitum tạo cấu trúc. Sự có mặt các khung cứng không gian làm tăng độ
ổn định động của lớp phủ mặt đường. Cấu trúc khung quen thuộc thường chứa lượng
bột khoáng từ 4-10 %, lượng đá 50-60 %.
+ Cấu trúc bán khung của vật liệu khoáng là cấu trúc có các phần cục bộ của hạt
đá dăm tập trung lớn hơn thể tích của vữa asphalt.
+ Cấu trúc không có khung là cấu trúc trong đó các hạt đá dăm dễ di chuyển do
lượng thừa của chất kết dính asphalt (hệ số lấp đầy lỗ rỗng lớn hơn 1). Cường độ và độ
dính kết của cấu trúc giảm khi chịu nhiệt làm cho lớp phủ mặt đường bị biến dạng dẻo.

- Cấu trúc của bitum trong bê tông nhựa
Khi trộn vật liệu khoáng với bitum trên bề mặt của hạt đá dăm, cát, bột khoáng
được phủ một lớp màng mỏng bitum. Cấu trúc và tính chất của lớp phủ đó ảnh hưởng
đến tính chất và chất lượng bê tông nhựa. Sự liên kết giữa vật liệu khoáng và lớp màng
mỏng của bitum được hình thành nhờ các quá trình vật lý và hóa học phức tạp. Sự dính
bám của bitum với vật liệu khoáng được giải thích là có phụ thuộc nhiều vào tổng diện
tích bề mặt của các hạt. Bề mặt riêng của đá lớn hơn 10 cm 2/g, cát 100-200 cm2/g, bột
đá 2.000-3.000 cm2/g. Ví dụ trong 100 g hỗn hợp có 50% đá dăm, 40% cát và 10% bột
khoáng có kích thước nhỏ hơn 0.071 mm thì diện tích bề mặt của đá dăm sẽ là 500 cm 2,
cát 8.000 cm2 và bột khoáng là 30.000 cm 2. Như vậy, bột khoáng có tỷ diện tích lớn
nhất và chiếm 80% nên lực dính bám trên bề mặt bột khoáng sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc
và tính chất của bê tông asphalt.
1.1.5

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông nhựa.

- Cỡ hạt vật liệu khoáng
Sự thay đổi dần từ cỡ hạt lớn đến cỡ hạt nhỏ là một đặc tính của cốt liệu, cấp phối
hạt ảnh hưởng đến tính công tác, sự ổn định, độ bền của hỗn hợp BTN cũng như là sự

ổn định, khả năng thoát nước của lớp nền do đó cốt liệu phải đáp ứng được mục đích sử
dụng. Tùy thuộc vào từng loại hỗn hợp BTN, cấp phối của cốt liệu thay đổi trong phạm
vi rất lớn.
Vật liệu khoáng trong BTN thường theo nguyên lý cấp phối, hỗn hợp cốt liệu gồm
nhiều cỡ hạt được phân bố chiếm một tỷ lệ nhất định trong hỗn hợp cốt liệu.
Tỷ lệ cỡ hạt vật liệu khoáng trong hỗn hợp cốt liệu. Nếu tỷ lệ cỡ hạt hợp lý hỗn
hợp cốt liệu có thành phần hạt nằm trong giới hạn đường bao tiêu chuẩn đạt cấp phối
chuẩn thì hỗn hợp cốt liệu đặc chắc hơn làm cho cường độ bê tông asphalt cao đồng
thời độ rỗng trong BTN nhỏ hơn. Ngược lại, nếu tỷ lệ cỡ hạt không hợp lý khả năng
hỗn hợp cốt liệu đặc chắc kém hơn cường độ BTN kém hơn, độ rỗng BTN cao hơn.
Hình dạng cốt liệu đôi khi còn quan trọng hơn cấp phối, cường độ và độ bền khi
cốt liệu được nhào trộn vào trong hỗn hợp BTN.
Nếu cốt liệu tròn được sử dụng với cấp phối rỗng thì độ ổn định rất kém. Do vậy,
khi sử dụng cốt liệu rỗng phải sử dụng cốt liệu có góc cạnh. Nếu phải sử dụng cốt liệu
tròn nên nghiền nó ra. Tuy nhiên, khi nghiền cốt liệu sẽ có những vết nứt ngang làm
giảm chất lượng cốt liệu.

Hỗn hợp cốt liệu có độ rỗng nhất định. Nếu độ rỗng càng lớn thì cần nhiều chất kết
dính asphalt bám vào bề mặt cũng như lấp đầy bớt lỗ rỗng của hỗn hợp cốt liệu.
Cốt liệu có lỗ rỗng xốp gây ra hiện tượng thấm hút chọn lọc, khi thấm hút chọn lọc
có thành phần chọn lọc trong asphalt thấm vào, để lại những phần thừa rắn lên trên bề
mặt của cốt liệu điều này sẽ gây ra sự tách rời chất kết dính asphalt khỏi cốt liệu.
- Các nhóm hạt làm nên vật liệu khoáng
Cốt liệu lớn (đá) tạo thành bộ khung chịu lực. Nếu cốt liệu lớn có nhiều thành
phần hạt thoi dẹt, phong hóa lớn hơn quy định khả năng chịu lực cốt liệu kém dẫn tới
cường độ BTN thấp hơn. Yêu cầu cốt liệu lớn phải sạch để khả năng dính bám với vữa
asphalt tốt thì cường độ BTN mới cao.
Cốt liệu nhỏ (cát) chèn lấp một phần khe rỗng cốt liệu lớn, cát phải sạch để khả
năng đính bám với chất kết dính asphalt tốt.

Bột khoáng cỡ hạt không đảm bảo thì khả năng dàn mỏng màng bitum không được
mỏng. Bột khoáng không đảm bảo sạch thì khả năng dính bám kém.
Ngoài ra, nguồn gốc khoáng vật cốt liệu để sản xuất BTN phải là đá có tính bazơ
cao như đá vôi, đá đôlômít để khả năng dính bám với bitum được tốt. Bột khoáng sản
xuất từ đá phải có tính bazơ cao để khi bám vào bề mặt cốt liệu lớn nhỏ màng bitum
bao bọc được dàn mỏng.
- Bitum
Một trong những chức năng quan trọng nhất của bitum là dính bám với bề mặt các
hạt cốt liệu và liên kết chúng lại với nhau hoặc liên kết với bề mặt kết cấu có sẵn.
Sự liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá trình thay
đổi hóa - lý khi hai chất tiếp xúc và tương tác lẫn nhau, chất lượng của mối liên kết này
đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cường độ, tính ổn định nước, ổn định nhiệt
của hỗn hợp bitum và vật liệu khoáng.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dính bám giữa bitum và vật liệu
khoáng. Các yếu tố đó phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu cũng như yếu tố bên ngoài.
- Nhiệt độ sấy và thời gian trộn của bitum với hỗn hợp vật liệu khoáng
Khi nhiệt độ sấy cao làm bay các nhóm chất dầu trong các hy đrôcácbon cao phân
tử có trong bitum làm bitum trở nên giòn.
Khi nhiệt độ sấy thấp bitum không nóng chảy đều cốt liệu không đủ độ nóng nên
khả năng dính bám giữa cốt liệu và bitum không tốt, làm cho màng bitum không đủ độ

dàn mỏng, thời gian sấy ngắn không đủ độ nóng; sấy lâu cao làm bay các nhóm chất
dầu trong bitum đều ảnh hưởng đến chất lượng BTN.
1.2 Kết cấu mặt đường bê tông nhựa:
Phương pháp thiết kế kết cấu mặt đường mềm phổ biến hiện nay tại Việt Nam là
22TCN 211:06. Đây là phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi với giả thiết kết
cấu mặt đường mềm là hệ đàn hồi nhiều lớp đồng nhất và đẳng hướng, với thông số đàn
hồi của mỗi lớp là mô đun đàn hồi hệ số Poisson và tác dụng của bánh xe lên mặt
đường là áp lực tĩnh phân bố trên một vòng tròn có đường kính D tương đương với diện

tích vệt tiếp xúc của bánh xe lên mặt đường được tính toán theo 22TCN 211:06 là tính
toán kiểm tra theo 3 tiêu chuẩn giới hạn:
- Kiểm tra ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vật liệu chịu cắt trượt kém so
với trị số giới hạn cho phép để đảm bảo chúng không xảy ra biến dạng dẻo
- Kiểm tra ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liên kết liền khối
nhằm hạn chế phát sinh nứt dẫn đến phá hoại các lớp đó
- Kiểm tra độ võng đàn hồi so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu
1.2.1 Sơ đồ bố trí các lớp trong kết cấu mặt đường bê tông nhựa
Kết cấu mặt đường bê tông nhựa (hay kết cấu mặt đường mềm) gồm có tầng mặt
làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường và
tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của
nền đường hoặc trên lớp đáy móng.
Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp tạo nhám, tạo
phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng (đây là các lớp không tính vào bề dày
chịu lực của kết cấu mà là các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt
và trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác đường) rồi đến lớp
mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực quan trọng tham gia vào việc hình thành
cường độ của kết cấu áo đường mềm.
Tùy loại tầng mặt, tùy cấp hạng đường và lượng xe, kết cấu áo đường có thể đủ
các tầng lớp trên nhưng cũng có thể chỉ gồm một, hai lớp đảm nhiệm nhiều chức năng.

(KÕt cÊu tæng thÓ nÒn mÆt ® êng)

KÕt cÊu nÒn ¸o ® êng

Líp ®¸y mãng (Capping layer)

(Pavement structure)

Líp mãng d íi (Sub-base)

¸o ® êng

Líp mãng trªn (Base)

(hay kÕt cÊu ¸o ® êng)

Líp mÆt (Surfacing)

(Subgrade)

TÇng
TÇng mÆt
Khu vùc t¸c dông 80-100
cmmãng

Líp t¹o nh¸m (nÕu cã)

Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu mặt đường mềm
1.2.2

Yêu cầu đối với kết cấu mặt đường BTN

Trong suốt thời hạn thiết kế quy định, mặt đường mềm phải có đủ cường độ và
duy trì được cường độ để hạn chế được tối đa các trường hợp phá hoại của xe cộ và các
yếu tố môi trường tự nhiên. Cụ thể là hạn chế được các hiện tượng tích lũy biến dạng
dẫn đến tạo vệt bánh xe trên mặt đường, hạn chế phát sinh hiện tương nứt nẻ hạn chế
bào mòn và bong tróc bề mặt, hạn chế được các nguồn ẩm xâm nhập vào các lớp kết
cấu và phần trên của nền đường trong phạm vi khu vực tác dụng, hoặc phải đảm bảo

lượng nước xâm nhập vào được thoát ra một cách nhanh nhất
Bề mặt kết cấu mặt đường phải đảm bảo bằng phẳng, đủ nhám, dễ thoát nước mặt
và ít gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận, kinh tế, giảm thiểu tác
dụng xấu đến môi trường hai bên đường.
1.2.3

Nội dung công tác thiết kế mặt đường BTN

Công tác thiết kế mặt đường mềm gồm các nội dung chủ yếu sau:
- Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường: Nội dung chính là chọn và bố trí hợp lý các
lớp vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu của các tầng lớp mặt đường, chọn các giải
pháp tăng cường cường độ và sự ổn định cường độ của khu vực tác dụng
- Tính toán kiểm tra cường độ chung và cường độ trong một lớp kết cấu áo đường
xác định bề dày cho mỗi lớp kết cấu áo đường theo các tiêu chuẩn giới hạn cho phép
- Tính toán, thiết kế tỷ lệ phối hợp các thành phần hạt và tỷ lệ phối hợp giữa vật
liệu hạt khoáng với chất liên kết cho mỗi loại vật liệu sử dụng rồi kiểm nghiệm các đặc
trưng cơ học của các vật liệu đó để đưa ra yêu cầu cụ thể đối với vật liệu sử dụng cho

mỗi lớp kết cấu. Chú ý rằng không những phải đưa ra được tỷ lệ phối hợp các thành
phần vật liệu trong chế thử và trong sản xuất đại trà khi tiến hành thiết kế kỹ thuật và
thiết kế bản vẽ thi công.
- Tại các đoạn đường có bố trí siêu cao ≥ 6%, trạm thu phí, điểm dừng đỗ xe thì
cần thiết kế tăng cường cường độ kết cấu mặt đường
1.3 Nhận xét – Kết luận.
Chương này tóm tắt một cách tổng quan về bê tông nhựa gồm khái niệm, sự phân
loại và một số đặc điểm của bê tông nhựa. Trình bày về công tác bố trí các tầng lớp, yêu
cầu đối với kết cấu mặt đường BTN.
Mặt đường BTN ngày càng được sử dụng phổ biến bởi những ưu điểm, tính chất
của nó. Tuy nhiên, trong một thời gian dài ở Việt Nam mặt đường BTN sử dụng mang

tính chất đại trà, áp dụng cùng một loại kết cấu mặt đường cho nhiều nơi khác nhau, mà
không xét đến các sự khác nhau về địa chất, khí hậu cũng như điều kiện khai thác, lưu
lượng và tải trọng xe. Điều này gây ra tình trạng hư hỏng của loại mặt đường này ngày
càng gia tăng trong thời gian gần đây.
Đã có những nghiên cứu, đánh giá được thực hiện để tìm hiểu nguyên nhân cho
những dạng hư hỏng này từ đó đưa ra những phương án phù hợp, từng bước đưa những
công nghệ mới nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cho loại mặt đường này.

CHƯƠNG 2:
PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN PHÁ HOẠI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG
NHỰA VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC.
2.1 Các dạng hư hỏng kết cấu mặt đường BTN:
2.1.1
a)

Nứt mỏi
Khái niệm: Nứt mỏi là hiện tượng mặt đường bị nứt do sự suy giảm cường

độ của vật liệu phối hợp với biến dạng lặp lại đối với bê tông nhựa do tải trọng xe.
b) Nguyên nhân: Hiện tượng nứt mỏi thường do một số nguyên nhân sau:
- Tải trọng nặng trùng phục nhiều trên mặt đường
- Mặt đường có bề dày nhỏ hoặc các lớp phía dưới yếu làm xuất hiện độ võng lớn
trên mặt đường do tải trọng tác dụng. Độ võng mặt đường lớn làm tăng các ứng suất
kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa, dẫn tới hình thành vết nứt.
- Chất lượng xây dựng kém hoặc thiết kế thiếu ngoài ra khả năng thoát nước mặt
đường kém làm giảm cường độ các lớp nền, móng bằng vật liệu không gia cố cũng góp
phần làm tăng khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc chất lượng chất dính bám kém làm
tăng giá trị ứng suất kéo dưới đáy lớp vật liệu bê tông nhựa.

Hình 2.1a: Nứt mỏi dạng nhẹ

Hình 2.1b: Nứt mỏi dạng vừa

Hình 2.1c: Nứt mỏi dạng nặng
Trong trường hợp 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. Mặt đường khi đó cần được
nâng cấp, cải tạo cho phù hợp. Nếu hiện tượng nứt mỏi xảy ra ở cuối thời kỳ thiết kế thì
đó là hiện tượng phát triển một cách tự nhiên theo như được dự đoán trong thiết kế. Nếu
quan sát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với thời kỳ thiết kế cũng có thể đó là
dấu hiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức trong khi thiết kế.
b)

Phân loại mức độ nghiêm trọng: Dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là sự

xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe (dạng nhẹ). Các vết nứt sau đó
được phát triển dần lên do ở một số điểm các vết nứt nối lại với nhau, hình thành các
vùng nứt lớn (dạng vừa). Các vết nứt phát triển cho đến khi trở thành nứt kiểu da cá sấu
(dạng nặng). Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn nữa khi xuất hiện các ổ gà do
xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt bê tông nhựa và làm cho nước mặt có khả năng thấm
xuống làm giảm cường độ các lớp phía dưới.
Với mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, bằng trực quan ước tính độ dài và diện tích
vùng bị nứt mỏi. Nếu trong một khu vực tồn tại nhiều cấp mức độ nghiêm trọng khác
nhau mà không thể dễ dàng phân biệt được thì sử dụng cấp độ cao nhất của mức độ
nghiêm trọng trong khu vực đó để đánh giá.
c)

Chỉ số đánh giá: Chỉ số nứt mỏi được kí hiệu là AC và được xác định thông

qua công thức:

 %L %M %H 

AC = 100 - 40* 
+
+

30
10 
 70

Trong đó: %L; %M; %H là tỉ lệ phần trăm diện tích nứt mỏi ở các cấp độ nghiêm
trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt mỏi, được tính bằng:

%( L, M, H ) =

S
A
32 * B
l

Trong đó: SA: Diện tích nứt mỏi (ở mỗi cấp độ), m2
Bl: Chiều rộng làn đường, m.
d)

Biện pháp sửa chữa: Hiện tượng nứt mỏi cần được sửa chữa triệt để, thông

thường bằng cách đào bỏ và thay thế vật liệu mới hoặc có thể rải tăng cường trên toàn
bộ mặt đường. Nếu không sửa chữa kịp thời, các vết nứt mỏi ban đầu nhanh chóng phát
triển thành nứt lưới và bong bật ổ gà. Ngoài ra, nước thấm xuống qua các khe nứt làm
đất nền ẩm ướt, giảm cường độ và hình thành hố lún dưới tác dụng của tải trọng xe.
2.1.2

Nứt do nhiệt độ thấp:

a) Khái niệm: Nứt ở nhiệt độ thấp thường là nứt ngang, được tạo thành khi ứng
suất kéo tạo ra do trương nở của hỗn hợp lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu.
b) Nguyên nhân: Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa
thường là các vết nứt ngang cách đều nhau. Vết nứt thường xuất hiện khi nhiệt độ bề
mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra một ứng suất kéo do nhiệt lớn hơn cường độ chịu
kéo uốn của vật liệu bê tông nhựa (có xét đến mỏi);

Nghiên cứu đánh giá công nghệ bê tông nhựa nóng lớp mặt đường Dự án nâng cấp mở rộng QL1 đoạn Km1063+877 – Km1092+577, tỉnh Quảng Ngãi theo hình thức BOT

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về