“Nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng làm móng mặt đường tại Đồng Nai”

1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Giao thông vận tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh
tế - xã hội. Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển để tạo tiền đề, làm động lực phát
triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đáp ứng tiến
trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh.
Hiện nay hệ thống quốc lộ, đường tỉnh được mở rộng, nâng cấp và xây dựng mới
với yêu cầu đúng về cấp độ kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng nhiều.
Vì vậy nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng và số lượng.
Mặt khác lưu lượng xe tăng, tình hình sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm truyền
thống xuất hiện những nhược điểm nhất định: Khả năng chống bong bật thấp, sự kết
dính trong cấu trúc kém nên khi sử dụng cấp phối đá dăm dễ bị hư hỏng, xuất hiện
các ổ gà, ổ voi…
Trong khi đó mặt đường bê tông nhựa mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng giá thành
cao và đòi hỏi Nghiêm ngặt về thành phần cấp phối, trong khi nguồn cấp phối đá dăm
tại khu vực Đồng Nai và các tỉnh lân cận khá dồi dào nên cần sử dụng vật liệu tại chỗ
sẳn có nhằm khắc phục một số nhược điểm của cấp phối đá dăm truyền thống làm
mặt đường.
Hiện nay trên thế giới nhiều nước đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa để làm vật
liệu làm móng mặt đường mềm. Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp
phối đá dăm trộn nhựa còn chưa rộng rãi, do chưa có quy trình, quy phạm áp dụng.
Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng trong tính
toán còn chưa được phổ cập. Vì vậy, “Nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng làm móng mặt đường tại Đồng Nai” là cần thiết
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng làm móng
và mặt đường, nhằm bổ sung nguồn vật liệu làm móng và mặt đường.
III. Đối tượng nghiên cứu

2

- Nghiên cứu đá khai thác tại một số mỏ ở Đồng Nai và tỉnh lân cận
IV. Phạm vi nghiên cứu
- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với hàm lượng nhựa từ 3% đến 5% so
với cốt liệu. Từ hàm lượng nhựa tối ưu tìm được, đúc mẫu kiểm tra mô đun đàn hồi,
cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo ở các nhiệt độ 150C,300C,600C, so sánh với các
vật liệu cùng cấp trong 22TCN 211-06 và 8119-2011 để đánh giá khả năng sử dụng
cấp phối đá dăm gia cố nhựa, từ đó đề xuất khả năng sử dụng vật liệu này.
V. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thiết kế hỗn hợp
cấp phối đá trộn nhựa. Lý thuyết thí nghiệm các hỗn hợp vật lieu dùng nhựa đường
làm chất dính kết
Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo các mẫu thử tại phòng thí nghiệm, Thí
nghiệm đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá dăm trộn nhựa phụ thuộc vào
nhiệt độ, so sánh với các vật liệu khác đang dùng làm móng mặt đường từ đó đưa ra
đề xuất hợp lý.
VI. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Trên cơ sở thí nghiệm Marshall với các mẫu cấp phối đá dăm trộn nhựa có
hàm lượng nhựa thay đổi từ 3% đến 5%, tìm ra hàm lượng nhựa hợp lý dùng để gia
cố cấp phối đá dăm.
- Kiểm tra các chỉ tiêu của cấp phối đá dăm trộn nhựa với hàm lượng hợp lý
tìm được để so sánh với các vật liệu dùng làm móng mặt đường khác, từ đó đưa ra đề
xuất với vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Đưa ra phương án sử dụng đối với loại vật liệu này cho từng tuyến đường
phù hợp
- Có thể sử dụng vậtliệu địa phương là cấp phối đá dăm với khối lượng dồi

dào, gia cố nhựa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật dùng trong xây dựng đường ô tô.


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA VÀ
NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ
NHỰA
1.1 Giới thiệu chung về mặt đường mềm
Mặt đường là một kết cấu gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau được rải
trên nền đường để đáp ứng các yêu cầu chạy xe về cường độ, độ bằng phẳng, độ
nhám. Mặt đường là bộ phận rất quan trọng của đường ô tô [1,2].
Kết cấu mặt đường gồm có tầng mặt và tầng móng. Từ đáy lớp móng dưới trở
xuống đến hết phạm vi khu vực tác dụng của nền đường được gọi là nền đất (hình
1.1).
Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể kết cấu áo đường mềm


(KÕt cÊu tæng thÓ nÒn mÆt ®­êng)

(Subgrade)

Líp ®¸y mãng (Capping layer)

KÕt cÊu nÒn ¸o ®­êng

Líp mãng d­íi (Sub-base)

(Pavement structure)

Líp mÆt (Surfacing)

¸o ®­êng
(hay kÕt cÊu ¸o ®­êng)

TÇng mÆt

Líp mãng trªn (Base)

Khu vùc t¸c dông 80-100 cm

Líp t¹o nh¸m (nÕu cã)

TÇng mãng

4

Tầng mặt: Là bộ phận ở trên, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng bánh xe
gồm lực thẳng đứng, lực ngang lớn và các yếu tố thiên nhiên.Vì vậy - Yêu cầu tầng
mặt phải làm bằng các vật liệu có cường độ, sức liên kết tốt để đủ bền trong suốt thời
kỳ sử dụng, khai thác kết cấu áo đường; phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm
nước, chống được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, chống nứt, chống bong bật; phải có
khả năng chịu bào mòn tốt và không sinh bụi. Để đạt được yêu cầu trên, tầng mặt
thường cấu tạo gồm có 3 lớp: lớp chịu lực chủ yếu, lớp hao mòn, lớp bảo vệ dính kết
với nhựa đường [1,2].
- Lớp chịu lực chủ yếu có cấu tạo từ một hoặc nhiều lớp vật liệu. Do tính chất
chịu nén, chịu uốn và chịu cắt nên lớp chịu lực chủ yếu phải cấu tạo từ vật liệu có
cường độ cao, có khả năng chống trượt nhất định ( thường là đá trộn nhựa và bê tông
nhựa...).
- Lớp bảo vệ và lớp hao mòn được bố trí trên lớp chịu lực chủ yếu cũng có tác

dụng làm giảm tác động của lực ngang, tăng cường sức chống bào mòn cho tầng mặt.
Nhưng tác dụng chủ yếu là để giảm bớt tác động của lực xung kích, chống lại sự mài
mòn trực tiếp của bánh xe và tác động của điều kiện thiên nhiên. Ngoài ra, chúng còn
tăng cường độ bằng phẳng, tăng độ nhám cho mặt đường. Lớp hao mòn, lớp bảo vệ là
các lớp định kì phải khôi phục trong quá trình khai thác ( thường là bê tông nhựa hay
các hỗn hợp trộn nhựa khác ) [1,2].


5

Tầng móng chỉ chịu tác dụng lực thẳng đứng. Nhiệm vụ của nó là phải phân
bố, giảm nhỏ ứng suất thẳng đứng tác dụng xuống nền đường tới một giá trị để đất
nền có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng quá lớn:
- Do lực thẳng đứng truyền xuống ngày càng bé đi nên để tiết kiệm, tầng móng
có cấu tạo gồm nhiều lớp vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống. Thông thường
có lớp móng trên và lớp móng dưới.
- Lớp móng trên thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 1, cấp phối đá
gia cố xi măng, đá dăm láng nhựa, cấp phối đá dăm gia cố nhựa, đá dăm tiêu chuẩn.
Lớp móng dưới thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 2, đất, cát gia cố xi
măng, đất gia cố nhựa, cấp phối sỏi suối, cấp phối sỏi ong, cấp phối sỏi sạn [1,2].
Ví dụ mô tả chi tiết các lớp kết cấu áo đường mềm
Mođun đàn hồi đất nền đường E0 = 60 Mpa
Tổng trục xe khai thác : N = 25.106 trục 100kN
Biến dạng dư sau N = 5.106 lần lặp tải trọng trục 100 kN, y = 11,4 mm.

Hình 1.2 : Ví dụ chi tiết các lớp kết cấu áo đường của một mặt đường mềm

Không phải một kết cấu mặt đường cũng bao gồm đầy đủ các tầng, lớp như
trên, tuỳ theo yêu cầu cường độ, lưu lượng dòng xe chạy, tuỳ theo điều kiện cụ thể để
quyết định lựa chọn một số tầng, lớp hợp lý.

Kết cấu mặt đường phải có đủ cường độ và duy trì được độ bền để hạn chế tối
đa tác động phá hoại do xe cộ và các yếu tố môi trường tự nhiên gây ra. Cụ thể là hạn


6

chế được các hiện tượng tích luỹ biến dạng dẫn đến tạo vệt hằn bánh xe trên mặt
đường, hạn chế phát sinh hiện tượng 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 [1,2].
Bề mặt kết cấu áo đường mềm 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. Tuỳ thuộc quy mô giao thông
và tốc độ xe chạy; tuỳ theo ý nghĩa và cấp hạng kỹ thuật của đường, cường độ thiết kế
yêu cầu sẽ khác nhau được thể hiện trong thiết kế thông qua mức độ dự trữ tải trọng
vận chuyển. Mức độ dự trữ cường độ càng cao thì khả năng bảo đảm kết cấu áo
đường mềm làm việc ở trạng thái đàn hồi càng thuận lợi, khiến cho chất lượng sử
dụng trong khai thác vận doanh sẽ tốt, thời hạn sử dụng lâu bền và chi phí cho duy
tu, sửa chữa định kỳ thấp [1,2].
1.2. Tổng quan một số mặt đường sử dụng nhựa làm chất gia cố
1.2.1. Mặt đường bê tông nhựa [1,2,8].
1.2.1.1. Khái niệm
Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm đá dăm, cát, bột khoáng, Bi tum và phụ gia được
lựa chọn thành phần hợp lý, phối trộn và gia công thành hỗn hợp đồng nhất. Thành
phần của bê tông nhựa thông thường như sau : Đá dăm 20-65%, Cát 30-66%, Bột
khoáng 4-14%, Bi tum 5-7% và phụ gia tùy thuộc vào thí nghiệm để đạt được kết quả
tốt.
Các tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ thi công và nhiệt độ khai
thác, tỷ lệ và tính chất của các vật liệu thành phần phụ thuộc vào sự phân bố chất kết

dính trong hỗn hợp và mức độ kết dính giữa cốt liệu và bitum. Mỗi thành phần trong
hỗn hợp bê tông nhựa đóng một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ đến nhau
trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ tính chất cần thiết của vật liệu làm lớp mặt
đường
Theo các tài liệu quốc tế thì BTN có thể khai thác ở nhiệt độ từ –500C đến +600C.
Các giải pháp để tăng cường độ ổn định nhiệt của BTN cần đặc biệt lưu ý khi sử dụng


7

BTN trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Trong quá trình khai thác BTN chịu ảnh
hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời tiết nên nó bị già đi, nứt nẻ, bị mài mòn và biến
dạng làm giảm tuổi thọ khai thác của BTN. Tuổi thọ trung bình của các lớp phủ mặt
đường bằng BTN khoảng 10 đến 15 năm. Trong điều kiện thiết kế, thi công, bảo
dưỡng và khai thác hợp lý thì tuổi thọ tối đa có thể đạt đến 20 năm [1,2,4,8].
BTN được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao như đường
cao tốc, đường thành phố và sân bay. BTN còn có thể sử dụng làm vỉa hè, khu vui
chơi giải trí, công trình thể thao và các công trình thuỷ lợi. BTN chủ yếu có màu đen
nhưng trong điều kiện yêu cầu cũng có thể chế tạo BTN có màu khác [1,2,4,8].
1.2.1.2. Cấu trúc của BTN [1,2,8].
Tính chất vật lí, cơ học của BTN phụ thuộc vào chất lượng, tỉ lệ thành phần
các vật liệu chế tạo và cấu trúc bê tông. Cấu trúc phụ thuộc vào tỉ lệ của các vật liệu
và độ chặt của hỗn hợp.
Về mặt cấu trúc, BTN là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc loại cuội kết
nhân tạo, trong đó các cốt liệu khoáng vật được kết dính với nhau nhờ chất liên kết
asphalt.
Cấu trúc của vật liệu khoáng trong BTN được chia làm 3 loại: có khung, bán
khung và không có khung.
Cấu trúc có khung: là cấu trúc trong đó hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt của bộ
khung cát, đá dăm bằng chất liên kết bitum là nhỏ hơn hoặc bằng 1. Như vậy các chất

liên kết nhựa không dễ chuyển động, những hạt đá dăm và cát tiếp xúc với nhau một
cách trực tiếp hoặc thông qua lớp liên kết bitum tạo cấu trúc. Bộ khung có thể chỉ là
đá dăm. Trong trường hợp này đá dăm không chuyển động được cùng với hỗn hợp
vữa (hỗn hợp gồm cát, bột khoáng và bitum). Sự có mặt các khung cứng không gian
làm tăng độ ổn định của lớp phủ mặt đường. Cấu trúc khung quen thuộc thường chứa
lượng bột khoáng từ 4-10% và lượng bitum từ 5-7%.
1.2.1.3. Phân loại BT nhựa [1,2,8].
1.2.1.4 Theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu:
- BTN có cấp phối chặt (dense graded mix);


8

- BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix);
- BTN có cấp phối hở (open graded mix).
1.2. Theo độ rỗng rỗng:
BTN được phân ra 2 loại:
- BTN chặt (viết tắt là BTNC): có độ rỗng dư từ 3% đến 6% , dùng làm lớp mặt trên
và lớp mặt dưới. Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng;
- BTN rỗng (viết tắt là BTNR): có độ rỗng dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp
móng.
1.2.3.3 Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường:
- BTN có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấp cao,
đường cao tốc, các đoạn đường nguy hiểm. Lớp BTN này được phủ trên mặt BTN,
ngay sau khi thi công các lớp BTN phía dưới hoặc được phủ sau này, khi nâng cấp
mặt đường.
- BTN dùng làm lớp mặt (surface course mixture), bao gồm:
- BTN dùng làm lớp mặt trên (wearing course mixture): thường sử dụng BTN chặt.
- BTN dùng làm lớp mặt dưới (binder course mixture): thường sử dụng BTN chặt.
- BTN dùng làm lớp móng (base course mixture): loại BTN chặt và BTN rỗng đều có

thể sử dụng làm lớp móng. BTN rỗng có giá thành thấp hơn do không cần sử dụng
bột khoáng và hàm lượng nhựa thấp hơn so với BTN chặt.
- BTN cát (sand-asphalt mixture): sử dụng làm lớp mặt tại khu vực có tải trọng xe
không lớn, vỉa hè, làn dành cho xe đạp, xe thô sơ. Có thể sử dụng để làm 1 lớp bù
vênh mỏng trước khi rải lớp BTN lên trên. Cốt liệu sử dụng cho BTN cát là cát
nghiền, cát tự nhiên hoặc hỗn hợp của hai loại cát này
1.2.3.4. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của BTN chặt:
BTN được phân ra 4 loại:
- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm),


9

viết tắt là BTNC 9,5;
- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 19 mm),
viết tắt là BTNC 12,5;
- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết
tắt là BTNC 19;
- BTN cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 9,5 mm),
viết tắt là BTNC 4,75
Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 75722:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC quy định tại Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTN chặt (BTNC)

Quy định
2. Cỡ sàng mắt vuông, mm
1. Cỡ hạt lớn nhất danh định,

BTNC
4,75

BTNC 9,5

BTNC
12,5

BTNC 19

Lượng lọt qua sàng, % khối lượng
4,75

9,5

12,5

19

25

-

-

-

100

19

-

-

100

90÷100

12,5

-

100

90÷100

71÷86

9,5

100

90÷100

74÷89

58÷78

4,75

80÷100

55÷80

48÷71

36÷61

2,36

65÷82

36÷63

30÷55

25÷45

1,18

45÷65

25÷45

21÷40

17÷33

0,600

30÷50

17÷33

15÷31

12÷25

0,300

20÷36

12÷25

11÷22

8÷17

0,150

15÷25

9÷17

8÷15

6÷12

0,075

8÷12

6÷10

6÷10

5÷8

3. Hàm lượng nhựa đường

6,0÷7,5

5,2÷6,2

5,0÷6,0

4,8÷5,8

mm

tham


10

khảo, % khối lượng hỗn hợp
BTN
4. Chiều dầy lớp BTN hợp lý
(sau khi lu lèn), cm

3÷5

4÷5

Vỉa hè,

6÷8

Lớp mặt

làn dành
5. Phạm vi nên áp dụng

5÷7

cho
xe đạp, xe

Lớp mặt

trên

Lớp mặt

trên

hoặc lớp

dưới

mặt dưới

thô sơ

1.2.3.5. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với BTN rỗng [1,2,8].
BTN được phân thành 3 loại:
- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25mm), viết
tắt là BTNR 19;
- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5mm),
viết tắt là BTNR 25;
- BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50mm),
viết tắt là BTNR 37,5.
Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 75722:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNR quy định tại Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTN rỗng (BTNR)
Quy định
1. Cỡ hạt lớn nhất danh định,
mm
2. Cỡ sàng mắt vuông, mm

BTNR 19
19

BTNR

BTNR

25

37,5

25

37,5

Lượng lọt qua sàng, % khối
lượng

50

-

-

100

37,5

-

100

90÷100

25

100

90÷100

-

11

19

90÷100

-

40÷70

12,5

-

40÷70

-

9,5

40÷70

-

18÷48

4,75

15÷39

10÷34

6÷29

2,36

2÷18

1÷17

0÷14

1,18

-

-

-

0,600

0÷10

0÷10

0÷8

0,300

-

-

-

0,150

-

-

-

0,075

-

-

-

4,0÷5,0

3,5÷4,5

3,0÷4,0

8÷10

10÷12

12÷16

Lớp móng

Lớp

Lớp

trên

móng

móng

3. Hàm lượng nhựa đường tham
khảo, % khối lượng hỗn hợp
BTN
4. Chiều dầy lớp BTN hợp lý
(sau khi lu lèn), cm
5. Phạm vi nên áp dụng

1.2.2. măt đường láng nhựa [1,2].
1.2.2.1 Khái niệm:
Tưới nhựa lên lớp mặt đường đã rải hoàn thiện, sau đó rải đó nhỏ, lu lèn chặt
tạo nên một lớp vỏ mỏng, kín, chắc, không thấm nước, có khả năng chịu được lực đẩy
ngang.
Chiều dày lớp láng nhựa thường không quá 4 cm. Trên mặt đường cao cấp, lớp láng
mặt dày độ 1-2.5 cm. Trên mặt đường giản đơn dùng láng 2 đến 3 lớp, tổng dày

khoảng 2.5 – 4 cm.
Theo quy định, chiều dày của lớp láng nhựa không được tính vào chiều dày của kết
cấu áo đường khi tính toán thiết kế.
1.2.2.2. Phân loại:


12

Căn cứ vào lượng tưới nhựa và ra đá ta chia làm 3 loại
+ Tưới nhựa 1 lớp : tưới nhựa 1 lần và ra đá 1 lần, chiều dầy 1- 1.5 cm
+ Tưới nhựa 2 lớp : tưới nhựa 2 lần và ra đá 2 lần, chiều dầy 2- 2.5 cm
+ Tưới nhựa 3 lớp : tưới nhựa 3 lần và ra đá 3 lần, chiều dầy 3- 3.5 cm
Căn cứ vào biện pháp thi công chia làm 2 loại
+ Thi công lớp láng nhựa theo phương pháp tưới
+ Thi công lớp láng nhựa theo phương pháp rải đá nhựa đã trộn sẵn.
Căn cứ vào phương pháp thi công sử dụng nhựa chia làm
+ Lớp láng nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhựa nóng
+ Lớp láng nhựa dùng nhựa dưới hình thức nhũ tương
1.2.3 Mặt đường thấm nhập nhựa:
1.2.3.1 Khái niệm:
Mặt đường thấm nhập nhựa là mặt đường sử dụng đá dăm có kích cỡ chọn lọc
(tương đối đồng đều), rải, lu lèn đến một độ chặt nhất định. Dùng nhựa tưới thấm
nhập vào các khe hở đến một độ sâu nhất định, nhựa liên kết các hòn đá lại. Sau đó
dùng đá kích cỡ nhỏ hơn chèn các khe hở rồi lu lèn đến độ chặt yêu cầu.
Cường độ của mặt đường được hình thành dựa trên lực chèn móc, ma sát giữa
các hòn đá theo nguyên lý đá chèn đá kết hợp với lực dính liên kết các viên đá lại với
nhau của nhựa
1.2.3.2 Phân loại
Theo chiều sâu thấm nhập nhựa phân làm 3 loại
+ Mặt đường thấm nhập nhẹ: dầy 4.5-6 cm và nhựa thấm nhập hết chiều dày mặt

đường
+ Mặt đường thấm nhập sâu: Dầy 6-8 cm và nhựa thấm nhập hết chiều dày mặt
đường
+ Mặt đường bán thấm nhập: Dầy 8-15 cm và nhựa thấm nhập đến một mức độ nào


13

đó thường là 4.5-6 cm.
Theo hình thức sử dụng nhựa
+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhựa nóng.
+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhũ tương.
1.2.4. Mặt đường cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Cấp phối đá dăm gia cố nhựa được hiểu như một hỗn hợp cốt liệu đá có đường
cấp phối liên tục hoặc gián đoạn trộn nóng với nhựa đường, khác với bê tông nhựa,
cấp phối đá trộn nhựa không có bột khoáng vì vậy, hàm lượng nhựa dùng để trộn
không cao, các chỉ tiêu cơ lý kỹ thuật của cấp phối đá dăm gia cố nhựa cũng kém hơn
so với bê tông nhựa. Về cơ bản cấp phối đá dăm gia cố nhựa có nguyên lý hình thành
cường độ giống với bê tông nhựa.
Các chỉ tiêu đánh giá có thể kể tới :
-

Mô đun đàn hồi của cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Độ bền ép chẻ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Độ bền và độ dẻo Marshall

Hiện nay, trong 22TCN 211 – 06 chưa có số liệu nêu rõ chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được
của cấp phối đá dăm gia cố nhựa [11].
1.3 Các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu gia cố nhựa trên thế giới và ở Việt Nam
Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa trong kết cấu

áo đường mềm từ rất lâu. Giải pháp dùng cấp phối đá dăm trộn nhựa làm móng mặt
đường không những giảm được chiều dày chung toàn kết cấu mà còn có tác dụng tốt
cho khả năng bảo vệ chống nhiễm lạnh áo đường. Đây là một trong những điều kiện
kiểm toán quan trọng đối với các nước có mùa đông lạnh [19].
Bảng 3.1 giới thiệu dạng kết cấu định hình No 9 về mặt đường mềm ở pháp, năm
1977 [19].
Kết cấu định hình cho thấy lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa được đưa vào sử dụng và
đóng vai trò như lớp móng trên của mặt đường bê tông nhựa
Bảng 3.1 : Định hình kết cấu áo đường mềm No 9 của pháp, năm 1977 [19].


14

T0

T1

PF1

PF2

1 7cm BTN-I
2 7cm BTN-II
3 15cm ÐTN-III

1 8cm BTN-I
2 18cm ÐTN

1 8cm BTN-I
2 18cm ÐTN

4 28cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

1 7cm BTN-I
2 7cm BTN-II
3 15cm ÐTN

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

3 22cm CPÐgcxm

3 20cm CPÐgcxm

4 28cm CPÐgcxm

T2

T3

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN

1 6cm BTN-I
2 12cm ÐTN

3 28cm CPÐgcxm

3 28cm CPÐgcxm

PF3

1 6cm BTN-I
2 12cm ÐTN
3 20cm CPÐgcxm

Ghi chú bảng 3.1:

(1) BTN: Bê tông nhựa nóng
(2) ĐTN: Cấp phối đá dăm trộn nhựa nóng
(3) CPĐgcxm: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng
Ở Đức kết cấu áo đường có cường độ cao cũng có lớp cấp phối đá trộn nhựa,
lớp này được xếp ngay trên lớp cấp phối đá dăm và ở dưới lớp bê tông nhựa chặt [15].


15

Hình : Mặt cắt ngang một kết cấu áo đường tại Đức [15].

Tại việt nam, việc dùng cấp phối đá dăm gia cố nhựa còn ít được chú trọng,
nhiều công trình thiết kế móng cấp phối đá dăm có chiều dày lớn như.
(1) Đường xa lộ Hà Nội mở rộng

16

1 7 cm BTN hat min
2 8 cm BTN hat trung

3 80 cm CPÐD-I

4 20 cm CP soi do

(2) Đường ĐT 741 – Tỉnh Bình Dương

1 4 cm BTN hat trung
2 6 cm BTN hat tho
3 20 cm CPÐD-I

4 35 cm CPÐD-II

5 20 cm CP soi do

Tuy vậy quan điểm thiết kế hiện nay đã dần thay đổi, một số công trình lớn
hiện nay đã bắt đầu quan tâm và sử dụng lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa có thể kể đến
như
Công trình đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng [15].
Phần đường chính dà 71 cm lớp cấp phối đá trộn nhựa được đặt trên lớp cấp
phối đá dăm loại 1 và dưới lớp bê tông nhựa hạt trung C19 cụ thể chiều dày các lớp
như sau
+ Lớp BTN hạt mịn: 5cm;
+ Bê tông nhựa hạt trung C19 : 14 cm chia hai lớp rải mỗi lớp 7cm;
+ Lớp móng CPĐD gia cố nhựa ATB dày 12 cm;

+ Lớp CPĐD loại 1 dày 40 cm.
Phần dừng xe khẩn cấp: dày 66 cm bao gồm 7,5cm ATB và 68,5 cm CPĐD.
Cân nhắc kỹ thuật cho làn dừng xe khẩn cấp ở công trình này được lý giải


17

+ Mặt đường làn dừng xe khẩn cấp chỉ có 7,5 cm ATB đặt trên móng đá dăm
dày khoảng 60cm và thấp hơn mặt đường chính 5cm. Đây là một kết cấu đủ chịu lực,
không có vấn đề gì khi xe nặng đỗ hay di chuyển chậm. Kết cấu này cũng thuộc loại
mặt đường cấp cao A2, cho đường quốc lộ. Nó cũng là mặt đường kín, không sợ nước
thấm xuống dưới. Với lượng xe trục 10T dưới 100 ngàn xe chạy qua thì châu Âu cũng
chỉ dùng mặt đường này. Việc dùng kết cấu như thế trong dự án của chúng ta là rất
hợp lý, không chỉ là rẻ tiền mà liên quan đến an toàn giao thông [15].
Đường cao tốc Sài Gòn – Long Thành – Dầu Giây, Công trình nâng cấp và mở rộng
quốc lộ 1A, Công trình nâng cấp quốc lộ 5 cũng đã đưa cấp phối đá dăm gia cố nhựa
vào sử dụng như lớp móng trên. Và sử dụng các tiêu chuẩn của bê tông nhựa rỗng
trong việc kiểm soát chất lượng thi công lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa tại công
trường [17].
Nhận xét chương 1:
- Nguyên lý hình thành cường độ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa gần giống với
bê tông nhựa, phụ thuộc vào cấp phối hạt, hàm lượng, tính chất của nhựa, nhiệt độ lúc
thi công và làm việc
- Nhiều nơi do điều kiện kinh tế khó khăn nên lớp mặt đường vẫn là cấp phối đá
dăm, cường độ chống trượt thấp, dễ chịu tác động của môi trường, gây hư hỏng mặt
đường.
- Kết cấu của áo đường mềm gồm nhiều lớp, hiện nay do tải trọng trục xe ngày
càng lớn, chúng ta thường đặt lớp bê tông nhựa trên lớp cấp phối đá dăm dày, dẫn đến
bất lợi về kết cấu và trạng thái ứng suất chịu kéo uốn sinh ra khi chịu tải, sớm gây
biến dạng, mất bằng phẳng mặt đường, hoặc gây nứt mặt đường.

18

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO CẤP
PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN NHỰA Ở KHU VỰC ĐỒNG NAI VÀ CÁC TỈNH LÂN
CẬN
2.1. Yêu cầu về vật liệu cấp phối đá dăm dùng làm móng mặt đường [5].
2.1.1. Yêu cầu về đường cong cấp phối hạt [5].
Ở nhiều nước, đã có nhiều tác giả nghiên cứu thành phần hạt của cấp phối sỏi
sạn hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tục
khác nhau. Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên
cơ sở thực nghiệm.
Đã nhiều năm nay, các nhà nghiên cứu về lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên thế
giới đã quan tâm nghiên cứu nhiều về thành phần của các vật liệu hạt cốt liệu có kích
cỡ khác nhau, phối hợp với nhau như thế nào để đạt được một hỗn hợp, sau khi đầm
nén có được độ chặt lớn nhất, dùng trong xây dựng nền móng đường ô tô. Nhìn
chung, đường cong cấp phối cốt liệu được nghiên cứu thường theo các dạng liên tục.
Việc nghiên cứu đường cong cấp phối cốt liệu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn
phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm.
Các đường cong cấp phối lý thuyết được các học giả phương Tây nghiên cứu có
tính khả thi là các lý thuyết sau:


Lý thuyết cấp phối của Fuller;



Lý thuyết cấp phối của Talbot;



Lý thuyết cấp phối của Ivanop.
4.1.1. Lý thuyết cấp phối của Fuller


19

Kết quả nghiên cứu của Fuller đã chỉ ra rằng, đường cong cấp phối có dạng càng
gần với đường cong Parabol thì cấp phối đó có độ chặt càng lớn. Đường cong cấp
phối lý tưởng của Fuller có dạng:
P2=K.d

(2.1)

Trong đó:
P: Lượng lọt qua sàng (%);
d: Đường kính lỗ sàng (mm);
K: Hệ số.
Nếu một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 50 mm, lượng lọt qua sàng tương ứng là
100%, thì:

d=50 (mm); P=100 (%)

Thay vào công thức trên ta có: 1002=K.50

K=1002/50=200

Như vậy, công thức đường cong cấp phối lý tưởng của Fuller với đường kính cỡ
hạt lớn nhất là 50 mm sẽ là:

P2=200.d

P=14,14.d0,5

(2.2)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 37,5 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=266,67.d

P=16,33.d0,5

(2.3)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 25 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=400.d

P=40.d0,5

(2.4)

Từ công thức (4.2) và (4.3) ta dễ dàng tính được tỷ lệ % lọt qua sàng khác nhau.
4.1.2. Lý thuyết cấp phối của Talbot
Theo nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối cốt liệu phù hợp với công thức sau thì
sẽ đạt được độ chặt lớn nhất:
n

d
P =   x100

D

(2.5)


20

Trong đó:
P: Lượng lọt qua sàng, %;
d: Kích cỡ lỗ sàng, mm;
D: Kích cỡ lỗ sàng lớn nhất, mm;
n: Hệ số, thông thường n= 0,3 -0,5.
Nếu chọn n= 0,5, D=50, thay vào công thức (2.5) ta có:
P=14,14.d0,5

1/ 2

d 
P= 
 50 

(2.6)

x100

Nếu chọn n= 0,5, D=37,5, thay vào công thức (3.5) ta có:
 d 
P=

 37.5 

P=16,33.d0,5

1/ 2

(2.7)

x100

Nếu chọn n= 0,5, D=25, thay vào công thức (3.5) ta có:
d 
P= 
 25 

P=20.d0,5

1/ 2

(4.8)

x100

So sánh công thức (2.2) với (2.6), công thức (2.3) với (2.7) và công thức (2.4)
với (2.8) ta nhận thấy với n = 0,5 thì công thức của Talbot và công thức của Fuller là
như nhau.
Nhận xét: Công thức của Fuller là trường hợp riêng của công thức Talbot.
4.1.3. Lý thuyết cấp phối của Ivanop
Trên cơ sở thực nghiệm, Ivanop và Okhotina đã đưa ra các luận điểm cơ bản về
lý thuyết cấp phối tốt nhất như sau:
1

Độ rỗng của cấp phối hạt có kích cỡ kề nhau chênh nhau 2 lần sẽ như nhau khi tỷ lệ
về khối lượng của các hạt kề nhau không đổi.

2

Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước của các hạt chèn vào lỗ rỗng của
các hạt to hơn sẽ lần lượt giảm đi 16 lần và khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ


21

hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn). Hệ số K=0,43 được
gọi là hệ số giảm khối lượng.
3

Khi chọn cấp phối hạt có kích cỡ hạt chênh nhau 1/8; 1/4; 1/2 thì độ rỗng của cấp
phối sẽ lớn hơn và do đó khối lượng hạt chèn phải tăng lên. Vì vậy để cấp phối vẫn
đảm bảo có độ chặt lớn nhất (độ rỗng nhỏ nhất ) thì khối lượng của các loại hạt sau
(hạt nhỏ hơn) sẽ bằng 55%, 66% và 81% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn
hơn) (hệ số K=0,55; 0,66 và 0,81) tương ứng với kích cỡ hạt chênh nhau là 1/8; 1/4;
1/2 lần.
Dựa vào nguyên tắc đã nêu trên và dựa vào thực nghiệm, Ivanop đã định ra
đường cong giới hạn của cấp phối. Trong trường hợp các cỡ hạt chênh nhau 2 lần,
khoảng bao của hệ số K theo Ivanop là K = 0,70 - 0,84. Ở CHLB Đức dùng đường
cong cấp phối tương ứng với K < 0,7, Thụy Điển: với K < 0,65, ở Mỹ sử dụng đường
cong cấp phối tương ứng với hệ số khối lượng giảm dần K = 0,75-0,85 [5].
Việc so sánh lý thuyết của Ivanop với lý thuyết Talbot được tiến hành trên cơ sở
số liệu của đường bao cấp phối Ivanop và công thức Talbot với loại cấp phối D max=32
mm, là loại có cỡ hạt thích hợp với cấp phối đá dăm.

Trình tự tiến hành như sau:
Tiến hành xác định các giá trị lượng lọt qua sàng trên cơ sở đường cong cấp phối



Ivanop với Dmax=32 mm, hệ số K=0,65; 0,88 và 0,9.
Tiến hành xác lập công thức cấp phối theo Talbot với D max=32 mm tương ứng với



số mũ n=0,6; 0,5; 0,4 và 0,3. So sánh giữa cấp phối Talbot và Ivanop.
Kết quả so sánh được thể hiện ở bảng 4.1.
Bảng 2.1. So sánh lý thuyết cấp phối của Ivanop với Talbot

Kích cỡ sàng
(mm)

Lượng lọt sàng, %
Lý thuyết Talbot

Lý thuyết Ivanop

n=0.6

n=0.4

n=0.3

K=0.65

K=0.88

K=0.9

32

100

100

100

100

100

100

16

66

76

81

62

79.8

83


22

8

44

57

66

44

60

72

4

29

44

54

30

45

62

2

19

33

44

20

35

53

1

13

25

35

14

27

46

0.5

8

19

29

9

21

37

0.25

5

14

23

6

16

31

0.12

4

11

19

4

11

25

0.06

2

8

15

3

9

19

0.03

2

6

12

2

7

14

0.015

1

5

10

1

4

10

0.008

0.7

3.6

8.3

0.5

2.5

5

Nhận xét:


Đường cấp phối Ivanop với K= 0,65 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,6.



Đường cấp phối Ivanop với K= 0,88 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,4.



Đường cấp phối Ivanop với K= 0,90 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,3.
Kết luận: Về lý thuyết, đường cong cấp phối của Fuller và Ivanop đều tuân theo
lý thuyết của Talbot. Để tiện cho việc phân tích ở các phần sau, sử dụng công thức
của Talbot làm cơ sở để so sánh với các tiêu chuẩn vật liệu cấp phối đá dăm.
4.1.4. Xác định đường cong cấp phối lý thuyết theo Talbot
Trên cơ sở các công thức lý thuyết về cấp phối lớn nhất của Talbot, tiến hành
tính toán thành phần cấp phối theo lý thuyết để đạt được độ chặt lớn nhất với ba loại

cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm và 25 mm. Với công thức
Talbot, ta chọn hệ số n với các giá trị là 0,3; 0,4 và 0,5. Để tiện cho tính toán, các
công thức tương ứng với đường kính hạt lớn nhất 50 mm; 37,5 mm và 25 mm, với
n=0,3; n=0,4 và n=0,5 được thống kê ở bảng 4.2:


23

Bảng 2.2. Công thức xác định thành phần cấp phối theo Talbot
Công thức cấp phối theo Talbot
n=0,5

n=0,4

n=0,3

P=20,91.d 0,4

P=30,92.d 0,3

P=23,46.d 0,4

P=33,71.d 0,3

P=27.59.d 0,4

P=38.07.d 0,3

Dmax=50 mm
P=14,14.d0,5

Dmax=37,5 mm
P=16,33.d0,5
Dmax=25 mm
P=20.00.d0,5

Căn cứ vào các công thức ở bảng 4.2, thành phần cấp phối theo lý thuyết để đạt
được độ chặt lớn nhất với hai loại cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm;
37,5mm và 25 mm theo Fuller và Talbot được tính toán và thể hiện ở bảng 4.3, 4.4 và
4.5.
Bảng 2.3. Đường cong cấp phối chuẩn theo Talbot, Dmax=50 mm
Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

50

100.0

100.0

100.0

37.5

86.6

89.1

91.7

25

70.7

75.8

81.2

19

61.6

67.9

74.8

12.5

50.0

57.4

66.0

9.5

43.6

51.5

60.8

4.75

30.8

39.0

49.3

2.0

20.0

27.6

38.1

1.18

15.4

22.3

32.5

0.60

11.0

17.0

26.5

0.425

9.2

14.8

23.9

0.075

3.9

7.4

14.2


24

Bảng 2.4. Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=37,5 mm

Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

37.5

100.0

100.0

100.0

25

81.7

85.0

88.5

19

71.2

76.2

81.5

12.5

57.7

64.4

71.9

9.5

50.3

57.7

66.2

4.75

35.6

43.8

53.8

2.36

25.1

33.1

43.6

2.0

23.1

31.0

41.5

1.18

17.7

25.1

35.4

0.60

12.6

19.1

28.9

0.425

10.6

16.7

26.1

0.075

4.5

8.3

15.5

Bảng 2.5. Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=25 mm

Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

25.0

100

100

100

19.0

87.2

89.6

92.1

12.5

70.7

75.8

81.2

9.5

61.6

67.9

74.8

4.75

43.6

51.5

60.8

2.36

30.7

38.9

49.3

2.0

28.3

36.4

46.9

1.2

21.7

29.5

40.0


25

0.6

15.5

22.5

32.7

0.425

13.0

19.6

29.5

0.075

5.5

9.8

17.5

2.1.2 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý cần đạt được
Theo TCVN 8859-2011 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD được quy định
Chỉ tiêu

Cấp phối đá dăm
Loại I

Loại II

≤ 35

≤ 40

≥ 100

-

3. Giới hạn chảy (WL) 1), %

≤ 25

≤ 35

4. Chỉ số dẻo (IP) 1), %

≤6

≤6

≤ 45

≤ 60

≤ 18

≤ 20

1. Độ hao mòn Los-Angeles của cốt liệu
(LA), %
2. Chỉ số sức chịu tải CBR tại độ chặt
K98, ngâm nước 96 h, %

Phương pháp thử

TCVN
7572-12 : 2006
22TCN
332 06
TCVN
4197:1995
TCVN
4197:1995

5. Tích số dẻo PP 2)
(PP = Chỉ số dẻo IP x % lượng lọt qua

-

sàng 0,075 mm)
6. Hàm lượng hạt thoi dẹt 3), %

TCVN
7572 - 2006
22 TCN 333 06

7. Độ chặt đầm nén (Kyc), %

≥ 98

≥ 98

(phương pháp
II-D)

1) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo được xác định bằng thí nghiệm với thành phần hạt
lọt qua sàng 0,425 mm.
2) Tích số dẻo PP có nguồn gốc tiếng Anh là Plasticity Product 3) Hạt thoi dẹt là
hạt có chiều dày hoặc chiều ngang nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài; Thí nghiệm
được thực hiện với các cỡ hạt có đường kính lớn hơn 4,75 mm và chiếm trên 5 %
khối lượng mẫu; Hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu lấy bằng bình quân gia quyền