Tiểu luận môn quản lý kỹ thuật cơ sở đánh giá chất lượng mặt đường ô tô cơ sở đảm bảo khả năng chịu mài mòn và ma sát của bê tông nhựa

Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

HỌC VỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
QUẢN LÝ KT VÀ CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẶT
ĐƯỜNG ÔTÔ

Đề bài:
Cơ sở đảm bảo khả năng chịu mài mòn và ma sát của bê tông nhựa

Giáo viên hướng dẫn

:

Nhóm sinh viên thực hiện:
Lớp

TS.Dương Tất Sinh
Nguyễn Tất Dẫn

:

Cao học xây dựng đường ô tô K25

Hà nội 2014


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

CƠ SỞ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU MÀI MÒN VÀ MA SÁT CỦA BÊ
TÔNG NHỰA
PHẦN 1 :TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA
I. Khái niệm cơ bản:
- Nguyên lý sử dụng vật liệu: cấp phối chặt và liên tục.
- Thành phần của hỗn hợp bê tông nhựa(BTN):
+ Cốt liệu: Đá dăm tiêu chuẩn các loại, cát.
+ Chất chèn: Bột khoáng.
+ Chất liên kết: Bitum dầu mỏ.
+ Chất phụ gia(nếu có): phụ gia hoạt tính bề mặt.
- Hỗn hợp vật liệu thường được phối hợp và trộn tại trạm trộn.
II. Ưu, nhược điểm:
1. Ưu điểm:
- Kết cấu chặt, kín.
- Có khả năng chịu nén, cắt, uốn và tác dụng của tải trọng ngang.
- Chịu tải trọng động tốt, ít hao mòn, ít sinh bụi.
- Mặt đường bằng phẳng, có độ cứng vừa phải nên xe chạy tốc độ cao rất êm
thuận, ít gây tiếng ồn.
- Công nghệ thi công quen thuộc, có thể thi công cơ giới hóa hoàn toàn.
2. Nhược điểm:
- Cường độ giảm khi chịu tác dụng của nhiệt độ cao và tác dụng lâu dài của
nước mặt.
- Độ nhám giảm nhiều khi mặt đường bị ẩm ướt.
- Mặt đường bị hóa già theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng trùng phục,
thời tiết.
- Công tác duy tu sửa chữa khó khăn, khó trả lại hiện trạng ban đầu về màu
sắc, độ bằng phẳng.

Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

III. Phân loại:
1. Theo phương pháp thi công:
a. Bê tông nhựa không lu lèn, dày (1÷4)cm:
- Dùng nhựa đặc 10/70 hàm lượng cao (9÷12)%.
- Hàm lượng bột khoáng cao (20÷35)%.
- Nhiệt độ trộn 230oC, nhiệt độ rải (210÷230) oC, không cần lu lèn.
b. Bê tông nhựa phải lu lèn: gồm 03 loại
b.1 BTN rải nóng:
- Dùng nhựa đặc 40/60, 60/70, 70/100, 100/150, hàm lượng nhựa từ (4÷6)%.
- Nhiệt độ trộn 140÷170 oC, nhiệt độ rải >120 oC.
- Bê tông nhựa sau khi rải và lu xong nhiệt độ giảm bằng nhiệt độ không khí
thì cường độ hình thành gần 100%.
b.2 BTN rải ấm:
- Dùng nhựa đặc 150/200, 200/300, nhựa lỏng đông đặc nhanh.
- Nhiệt độ trộn 110÷130 oC, nhiệt độ rải và lu lèn >60 oC.
- Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 15÷20 ngày.
b.3 BTN rải nguội:
- Dùng nhựa lỏng đông đặc chậm.
- Nhiệt độ trộn và lu lèn bằng nhiệt độ không khí.
- Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 20÷40 ngày.
* Hiện nay, loại bê tông nhựa rải nóng được sử dụng phổ biến nhất ở Việt
Nam do có thời gian hình thành cường độ nhanh, cường độ, độ ổn định nước và
nhiệt cao nhất.
2. Theo độ rỗng còn dư:

- BTN chặt, độ rỗng còn dư từ (3,0÷6,0)% thể tích.
- BTN rỗng, độ rỗng còn dư từ (6,0÷10,0)% thể tích.
- BTN thoát nước, độ rỗng còn dư từ (20,0÷25,0)% thể tích.
3. Theo hàm lượng đá dăm(trên sàng 5mm):
- BTN nhiều đá dăm: (50÷60)% .
- BTN vừa đá dăm: (35÷50)% .
- BTN ít đá dăm: (20÷35)% .
- BTN không có đá dăm: BTN cát.
* Bê tông nhựa nhiều đá dăm thường được sử dụng ở Việt Nam do có cường
độ, ổn định nhiệt, độ nhám cao.


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

4. Theo cỡ hạt lớn nhất danh định:
- BTN Dmax 40mm: BTN rỗng.
- BTN Dmax 31,5mm: BTN rỗng.
- BTN Dmax 25mm: BTN chặt hoặc rỗng.
- BTN Dmax (20÷10)mm: BTN chặt.
- BTN Dmax (5÷6)mm: BTN cát.
* BTN Dmax 25, 20, 15 được dùng phổ biển nhất ở Việt Nam.
IV. Chức năng của các loại cốt liệu trong thành phần hỗn hợp BTN:
- t khoáng và nhựa: tương tác với nhau tạo thành chất liên kết asphalt để liên
kết các hạt khoáng và lấp đầy lỗ rỗng còn lại.
- Chất phụ gia: cải thiện tính liên kết, dính bám giữa nhựa và cốt liệu.
V. Cấu trúc của BTN:
1. Về mặt vật liệu:
Các thành phần trong hỗn hợp BTN phối hợp, tương tác với nhau tạo thành

cấu trúc của BTN. BTN là một hệ thống gồm 3 cấu trúc:
- Cấu trúc tế vi: là sự kết hợp giữa bột khoáng và nhựa tạo thành liên kết
asphalt.
- Cấu trúc trung gian: là sự kết hợp chất liên kết asphalt với cát tạo thành vữa
asphalt.
- Cấu trúc vĩ mô: là sự kết hợp giữa vữa asphalt với các loại đá dăm tạo
thành bê tông nhựa.
2. Về mặt chịu lực:
Cấu trúc bê tông nhựa có dạng động:
- Ở nhiệt độ dương: BTN có cấu trúc đông tụ.
- Ở nhiệt độ âm: BTN có cấu trúc ngưng tụ(giòn, dễ gẫy vỡ).
VI. Sự tương tác của vật liệu khoáng với nhựa:
Có thể bao gồm 3 quá trình sau đây:
1. Bề mặt vật liệu khoáng hấp phụ lớp bitum: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc
với nhựa sẽ xảy ra quá trình hấp phụ bitum trên bề mặt cốt liệu. Trong BTN, do bột
khoáng có tỉ diện rất lớn nên quá trình trên xảy ra mạnh mẽ nhất khi nhựa tiếp xúc
với bột khoáng.
- Khi cốt liệu là các loại đá cácbônát và đá bazơ tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra
sự hấp phụ hóa học : có sự trao đổi i-on trên bề mặt cốt liệu với nhựa, lực dính giữa
bitum và bề mặt cốt liệu khoáng rất lớn, do đó làm cho màng bitum ở trên bề mặt
cốt liệu khoáng bền vững, ổn định nhiệt, ổn định nước.


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

- Khi cốt liệu khoáng là các loại đá axit tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra sự hấp phụ lý
học : các phân tử bitum liên kết với bề mặt cốt liệu khoáng bằng lực hút phân tử
(Van-đéc-van). Liên kết lý học này không làm tăng cường độ, tính chịu nước, tính

bền nhiệt cho bitum và rất dễ bị phá hoại khi có sự xâm thực của nước.
2. Bi tum khuếch tán có chọn lọc vào trong vật liệu khoáng:
Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với bitum sẽ xảy ra hiện tượng bitum khuếch tán vào
trong lỗ rỗng của cốt liệu:
- Nhóm chất dầu có thể theo các mao quản thấm sâu vào trong hạt khoáng.
- Nhóm chất nhựa được hấp phụ trong các lỗ rỗng nhỏ.
- Nhóm axit asphalt và nhóm asphalt được hấp phụ trên bề mặt cốt liệu khoáng.
Như vậy, khi dùng vật liệu khoáng rỗng thì bề mặt hạt khoáng có nồng độ chất
asphalt tăng lên, độ quánh của lớp bitum trên bề mặt hạt khoáng cũng tăng lên làm cho sự liên kết giữa các hạt khoáng tăng theo, do đó tính đàn hồi dẻo giảm
xuống, cường độ bêtông nhựa tăng đáng kể.
3. Sự thay đổi tính chất của vật liệu khoáng do sự tương tác của nó với
bitum:
Quá trình tương tác giữa bitum và vật liệu khoáng không những làm cho màng
bitum hấp phụ thay đổi tính chất mà còn làm cho vật liệu khoáng cũng có những
thay đổi đáng kể.
Do sự khuếch tán của bitum(BT) hay các thành phần của nó vào các mao
quản của vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành của các lỗ
rỗng và mao quản nhờ có quá trình hấp phụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để
nâng cao tính ổn định nước của vật liệu khoáng.
* Do vậy:
- Nếu tỉ lệ BT/ BK quá nhỏ (ít nhựa) , bitum không đủ để tạo màng bao bọc
các hạt khoáng chất, các hạt khoáng sẽ tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông
qua màng nhựa, lực dính BTN vì thế giảm đi, cường độ BTN sẽ giảm nhanh khi
chịu tác dụng của nước. Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc.
- Tỉ lệ BT/ BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc các hạt khoáng tạo thành màng
nhựa có cấu trúc, nhựa tự do hầu như không có. Lúc đó các hạt khoáng tiếp xúc với
nhau thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định
nước và ổn định nhiệt.
- Nếu tỉ lệ BT/ BK quá lớn (thừa nhựa), nhựa trong BTN ở dạng tự do nhiều,
các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa tự do - cường độ thấp, BTN

giảm cường độ, tính ổn định nhiệt rất kém.


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

VII. Nguyên lý hình thành cường độ của mặt đường BTN:
Theo N.N. Ivanov: cuờng độ BTN phụ thuộc vào thành phần lực dính & góc ma sát
trong.
- Lực ma sát: do sự ma sát giữa các hạt có kích thước lớn. Các hạt cốt liệu
càng sần sùi, sắc cạnh và đồng đều lực ma sát càng lớn. Lực ma sát ít thay đổi theo
nhiệt độ & thời gian tác dụng của tải trọng nhưng thay đổi nhiều theo hàm lượng
nhựa.
- Lực dính:
+ Lực dính tương hỗ C1: do sự móc vướng vào nhau của các hạt phụ thuộc
vào độ lớn và độ sắc cạnh của hạt; ít thay đổi khi nhiệt độ - độ ẩm - tốc độ biến
dạng thay đổi nhưng sẽ giảm khi BTN chịu tải trọng trùng phục của xe cộ và hỗn
hợp kém.
+ Lực dính phân tử C2: do lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa nhựa với cốt
liệu và lực dính bên trong của bản thân nhựa. Lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa
nhựa với cốt liệu : phụ thuộc vào tỉ diện cốt liệu, tính chất hấp phụ của cốt liệu đối
với nhựa. Lực dính kết bên trong của bản thân nhựa phụ thuộc vào cấu trúc, độ
nhớt của nhựa; nhiệt độ & tốc độ biến dạng.
PHẦN 2 : CƠ SỞ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU MÀI MÒN VÀ MA SÁT
CỦA BÊ TÔNG NHỰA
1. Ảnh hưởng của nhựa đường đến sự hình thành lớp nhám ở lớp mặt
đường rải bằng asphalt lu nóng
Để duy trì một mặt đường asphalt lu nóng không trơn trượt người ta rải đá găm
tráng nhựa đường lên mặt đường rồi lu lèn, còn lớp vữa bám dính cho đá găm tạo

nhám được trộn bằng cát, bột khoáng và nhựa đường. Lớp vữa này sẽ có độ cứng
thích hợp để các hạt đá găm thâm nhập đủ sâu xuống lớp vữa, phần còn lại phải lộ
trên mặt đường để chống trượt.
Các cuộc thí nghiệm trên mặt đường một cách đầy đủ được thực hiện chung
giữa Phòng nghiên cứu đường bộ và vận tải (TRRL) và Tập đoàn dầu khí quốc tế
Shell vào đầu thập niên 1960 đã chứng minh rõ ràng xuất xứ hoặc chủng loại nhựa
đường là nhân tố cơ bản trong “khả năng chống chịu với thời tiết” của bề mặt vữa
nhựa đường trên đường. Dự án đo hệ số ma sát ngang (SFC) cao, được thực hiện
trong suốt 8 năm (tiêu chuẩn hóa kết quả thu được đối với giá trị hệ số ma sát
ngang mùa hè) cho thấy rõ ràng nhựa đường đã ảnh hưởng đáng kể đến hệ số ma
sát ngang. Nhựa đường hiện đại trộn một phần asphalt thiên nhiên của Trinidad
(TLA) có hệ số ma sát ngang (SFC) cao, trong khi nhựa đường có nguồn gốc
Venezuela có giá trị SFC thấp hơn đáng kể. Sự khác nhau về đặc điểm kỹ thuật đã
góp phần vào sự khác nhau trong mức độ hóa cứng của nhựa đường do sự ôxy hóa
của không khí. Nhựa đường Venezuela quá bền, không bị bong khỏi bề mặt vữa, do


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

đó qua một thời gian sử dụng đã tạo ra mặt đường nhẵn bong. Tuy nhiên, thành
phần hòa tan của asphalt thiên nhiên Trinidad (TLA) trên bề mặt đường đã hóa
cứng nhiều hơn rất nhiều so với chất liên kết ban đầu, mặc dù có tác động của dầu
rơi từ các phương tiện giao thông xuống làm mềm hóa.
Do đó, người ta đã cho rằng, nếu tính mẫn cảm với ôxy hóa của nhựa đường
Venezuela có thể được tăng lên đạt đến mức của asphalt thiên nhiên Trinidad, và
nếu sự ôxy hóa là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến tính chống chịu thời tiết, sản phẩm
hỗn hợp này sẽ biểu hiện các đặc tính kỹ thuật trên đường tương tự như của TLA.
Các cuộc thử nghiệm toàn diện trên đường bộ và thí nghiệm nén – oxy hóa đối với

các hỗn hợp Venezuela/TLA và Venezuela/hắc ín than đá đã chứng tỏ rằng các hỗn
hợp này có mức độ hóa cứng cao hơn một cách đáng kể, và trong một số trường
hợp tương đương TLA.
Do đó một yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải tiến hành các thí nghiệm để xác
định các đặc tính kỹ thuật của nhựa đường có liên quan như thế nào với các đặc
điểm kỹ thuật được biểu hiện trên mặt đường trong thực tế. Nhiều đặc tính của
nhựa đường đã được khảo sát trong một nỗ lực nhằm tìm ra một thí nghiệm có thể
phân biệt được các nhựa đường khác nhau về “tính chịu thời tiết”, do đó đưa ra một
thí nghiệm để dựa vào nó loại bỏ những nhựa đường quá bền, làm cho mặt đường
nhẵn và trơn sau một thời gian dài sử dụng. Green đã chứng minh rằng khả năng
của nhựa đường chống chịu với thời tiết dưới tác động kết hợp của nhiều yếu tố
như bức xạ cực tím của ánh sáng mặt trời, sự oxy hóa, nước mưa và sự tích tụ dầu
rơi vãi trong quá trình giao thông liên quan đến hằng số điện môi của nhựa đường

Đối với hỗn hợp asphalt lu nóng có 3 dạng bong cốt liệu.
- Bong cốt liệu bề mặt đối với vữa asphalt


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

Cũng giống hỗn hợp đá nhựa, mặt đường phủ bằng vữa asphalt cũng gặp phải
tình trạng bong cốt liệu. Một lượng nhỏ những hạt vật liệu mịn này bị bào mòn
khỏi vữa asphalt trên mặt đường do áp lực của các phương tiện giao thông. Các khe
nhỏ bị bong cốt liệu hạt nhỏ sau đó tự hàn lại dưới tác động của các phương tiện
giao thông mà không có tác động xấu.
- Bong cốt liệu hạt thô với vữa asphalt
Đây là tình trạng mặt đường bị bào mòn nhựa đường giữa các hạt cốt liệu. Quá
trình này liên quan đến sự bào mòn hỗn hợp vữa asphalt giữa các viên cốt liệu. Do

sự kết dính giữa các hạt cốt liệu bị phá vỡ, chúng bị bong khỏi mặt đường. Mặc dù
độ rỗng trung bình của lớp mặt đường là thỏa mãn, nhưng độ rỗng quá cao do các
hạt cốt liệu lớn tạo ra đạt tới từ 5-10 mm là không thể chấp nhận được. Với độ rỗng
lớn như vậy lớp vật liệu mặt đường có thể bị thấm không khí và nước và dễ bị bong
cốt liệu sớm.
Bong đá găm tạo nhám và bào mòn vữa asphalt
Để các hạt đá găm tráng nhựa đường có thể ăn sâu xuống lớp vữa nhựa đường
trên mặt đường khoảng 1,5 mm, người ta rải đá găm tráng nhựa đường với mật độ
khá dày. Điều đó không để tránh khỏi một phần nhỏ các đá găm tạo nhám này sẽ
không được gắn chặt vào hỗn hợp asphalt , chúng sẽ bị bong ra trong ngày đầu xe
lưu thông trên đường. Đây là những đặc điểm kỹ thuật đã được thừa nhận đối với
loại vật liệu này, tới 5% đá găm tráng nhựa đường bị mất đi được xem là chấp nhận
được.
Khi tỷ lệ tổn thất lớn xảy ra thì có thể do:
Do đặc điểm kỹ thuật của lớp vữa nhựa đường không phù hợp, các hạt đá găm
tạo nhám không thể kết dính chặt với mặt đường;
Các hạt đá găm tạo nhám không thâm nhập đủ sâu xuống lớp vữa nhựa đường;
Độ bám dính giữa các hạt đá găm tráng nhựa đường và hỗn hợp asphalt không
tốt.
Tình trạng các hạt đá găm tạo nhám không thâm nhập được sâu vào lớp mặt
đường có thể do một hoặc nhiều lý do sau đây:
Hỗn hợp bêtông asphalt quá cứng;
Nhiệt độ của hỗn hợp asphalt quá thấp khi đầm nén;


Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

Trong quá trình rải mặt đường hỗn hợp asphalt bị mất nhiệt quá sớm do thời tiết

không thuận lợi;
Rải với mật độ quá dày các hạt đá găm tráng nhựa đường tạo nhám.
Công tác đầm nén không được thực hiện tốt.
Một phương pháp để xử lý tình trạng đá găm tạo nhám không gắn kết với
mặt đường là làm nóng lại bề mặt đường bằng một thiết bị gia nhiệt bằng tia hồng
ngoại. Khi mặt đường đã đạt nhiệt độ cần thiết, lu lại để đá găm thâm nhập sâu hơn
xuống mặt đường. Nếu áp dụng một cách đúng kỹ thuật, phương pháp này sẽ
không làm nhựa đường rắn hơn một cách đáng kể, ngoại trừ ở ngoài mặt đường.
Một phần đá găm tạo nhám bị bong khỏi mặt đường có thể do độ bám dính
kém giữa đá găm tráng nhựa đường và lớp bêtông asphalt. Người ta đã phát hiện ra
rằng màn nhựa đường trên bề mặt đá găm tạo nhám thể bị “cứng hóa” trong quá
trình tồn chứa với khối lượng lớn ngay sau khi được sản xuất ra. Do đó màng nhựa
đường trên mặt đá găm tạo nhám, không còn khả năng kết dính với hỗn hợp bêtông
asphalt trong quá trình thi công. Có thể kiển tra độ bám dính của lớp màng nhựa
đường tráng trên bề mặt đá găm bằng thí nghiệm cát nóng.
Khi đá găm tạo nhám bị bong ra khỏi mặt đường, lớp vữa asphalt phải chịu
các tác động trực tiếp của các phương tiện giao thông. Kết quả là mặt đường bị bào
mòn, xuống cấp nhanh chóng.
2. Hiện tượng nhựa đường sùi lên mặt đường
Hiện tượng nhựa đường sùi lên mặt đường xuất hiện do áp lực của xe cộ đi lại,
tải trọng giao ép xuống đường làm giảm các khoảng rỗng trong khối bêtông asphalt
và cuối làm nhựa đường chảy ra bề mặt đường. Tình trạng này sẽ xảy ra tồi tệ hơn
nếu hàm lượng nhựa đường trong hỗn hợp quá cao hay độ rỗng trong khối bêtông
asphalt quá thấp. Hiện tượng nhựa đường nổi lên mặt đường, bị các phương tiện
giao thông bóc đi làm cho mặt đường nhẵn bong, trơn trượt trong điều kiện thời tiết
ẩm ướt. Hiện tượng này thường xuất hiện ở hầu hết các tuyến đường có nhiệt độ
cao, như vậy việc giới hạn điểm mềm hay độ nhớt của nhựa đường ở 60 0C sẽ hạn
chế được hiện tượng này.

Nguyễn Tất Dẫn

Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự

PHẦN 3 : KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả thực tế,ta thấy từ những loại vật liệu thông thường sẵn có
ở trong nước, có thể chế tạo được bê tông hạt mịn chất lượng cao để tăng tính ma
sát, tăng tính chịu mài mòn của mặt đường bê tông nhựa
Thi công lớp phủ mỏng và siêu mỏng trên bề mặt của kết cấu bằng vật liệu có
thành phần hạt mịn chất lượng cao