NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP RẮC CÁP VÀ CON LẮC ANH

─1─

MỤC LỤC


─2─

MỤC LỤC BẢNG BIỂU


─3─

MỤC LỤC HÌNH ẢNH


─4─

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Tại thời điểm hiện tại Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển vượt bậc về kinh
tế và xã hội. Gắn liền với sự phát triển đó là sự phát triển về hạ tầng kỹ thuật – giao
thông. Vấn đề an toàn giao thông đã và đang là vấn đề nhức nhối mà nhà nước và
các cơ quan chức năng đang đi tìm phương hướng xử lý và giải quyết.
Các vụ tai nạn thường xảy ra tại các địa điểm, tuyến đường có lưu lượng và tốc
độ cao. Đặc biệt khi trời mưa dẫn đến giảm độ ma sát giữa bánh xe và mặt đường
gây trơn trượt làm khả năng xảy ra tai nạn càng tăng lên đáng kể trong thời điểm đó.

Hình 1.1: Hiện trạng vụ tai nạn tại Hòa Bình do mưa kéo dài gây trơn trượt [1].
Đảm bảo độ nhám của đường là biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng an
toàn giao thông. Khi thiết kế, việc độ nhám mặt đường không tương ứng với tốc độ
thiết kế là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra tai nạn giao thông.

─5─

Hình 1.2: Đường trơn trượt gây khó khăn cho người dân tại Tp. Hồ Chí Minh [2].
Ở Việt Nam hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá tương quan giữa độ
nhám vi mô và độ nhám vĩ mô. Vì vậy việc đánh giá mối tương quan giữa hai độ
nhám cần được thực hiện và đánh giá quan trọng hơn.
Để trang bị được thiết bị con lắc Anh thì cần rất nhiều tiền, số phòng thí nghiệm
được trang bị thì không phổ biến nên việc thí nghiệm được phổ cập rộng rãi là khó
khăn. Trong khi đó thí nghiệm rắc cát dễ chế tạo, ít tiền và dễ thực hiện. Nhiều
trường hợp thí nghiệm rắc cát không thực hiện được như mưa, đọng nước, cốt liệu bị
ướt, … Thí nghiệm con lắc Anh lại không thực hiện được trong trường hợp: vết nứt,
các khe hở, bề mặt gồ ghề, … Cho nên việc xác định mối tương quan giữa hai thí
nghiệm là điều hết sức cần thiết.
Từ những lý do trên chúng ta có thể thấy việc nghiên cứu đánh giá độ nhám
của mặt đường bê tông nhựa chặt là hết sức cấp thiết.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
•

Đánh giá chất lượng độ nhám thay đổi theo cấp phối của bê tông nhựa trong
phòng thí nghiệm.


─6─

•

Đánh giá chất lượng độ nhám hiện hữu của các công trình đo thực nghiệm.

•

Tìm mối quan hệ tương quan giữa hai thí nghiệm bằng phương pháp rắc cát
và con lắc Anh trong thí nghiệm cũng như hiện trường.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu:
•

Nghiên cứu, so sánh, đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt.

 Phạm vi nghiên cứu:
•

Nghiên cứu tổng quan về độ nhám của mặt đường bê tông nhựa của Việt Nam
và các nước trên thế giới.

•

Nghiên cứu, chế tạo cấp phối bê tông nhựa chặt trong phòng thí nghiệm và
đánh giá độ nhám bằng phương pháp rắc cát và con lắc Anh.

•

Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt ngoài hiện trường bằng
phương pháp rắc cát và con lắc Anh.

•

Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh

 Phương pháp nghiên cứu:
Sử dụng trong đề tài là sử dụng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
•

Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của vật liệu bê tông nhựa chặt.

•

Thực hiện các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm bê tông nhựa thuộc trường đại
học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh.

•

1.4

Thực hiện các thí nghiệm hiện trường ở trường đại học Bách khoa Tp. HCM.
Ý nghĩa của đề tài

 Ý nghĩa khoa học:


─7─

•

Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp
và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa;

•

Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trong
phòng thí nghiệm cũng như hiện trường.

•

Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh.

 Ý nghĩa thực tiễn:
•

Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp. HCM.

•

Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ra
giải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô.

1.5

Cấu trúc của luận văn

 Cấu trúc luận văn gồm các chương sau:
•

Chương 1: Mở đầu.

•

Chương 2: Nghiên cứu tổng quan.

•

Chương 3: Đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa chặt.

•

Chương 4: Kết luận và kiến nghị.

 Nội dung nghiên cứu được thể hiện theo sơ đồ sau:


─8─

Hình 1.3: Nội dung thực hiện luận văn.


─ Trang 9 ─

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA
1.1.1. Giới thiệu bê tông nhựa
Bê tông nhựa hay bê tông asphalt là một hỗn hợp vật liệu bao gồm: đá, cát,
bột khoáng và phụ gia (nếu có) được phối hợp với nhau theo một tỉ lệ hợp lý để tạo
một cấp phối tốt nhất, được trộn nóng hoặc nguội với nhựa theo một chế độ nhất
định trong trạm trộn rồi được rải nóng (đối với bê tông nhựa trộn nóng) ở nhiệt độ
thích hợp và lu lèn [3], [4].
Trong đó:
•

Cốt liệu thô là bộ khung chịu lực, tăng tính ổn định của bê tông nhựa. Làm
cho bê tông nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngọai lực và tạo độ nhám
cho bề mặt đường.

•

Cốt liệu mịn: đóng vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm, nó sẽ cùng
với đá dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa.

•

Bột khoáng đóng vai trò là thành phần rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông
nhựa, nó vai trò lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu lớn (cát, đá dăm hay sỏi)
không những làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng nhanh tỷ diện bề
mặt các cốt liệu, làm cho màng bitum trên mặt hạt khoáng vật càng mỏng và
như thế sẽ làm lực tương tác của nó tăng lên, cường độ và độ bền của bê tông
nhựa cũng tăng.

•

Bitum là chất kết dính hữu cơ có khả năng dính kết các vật liệu khoáng vật
tạo một hỗn hợp chịu lực mới.

•

Phụ gia: có vai trò trong việc cải thiện một số tính chất nào đó trong bê tông
nhựa như làm tăng tính dẻo, tính ổn định với nhiệt, …Thường phụ gia được


─ Trang 10 ─

thêm vào để cải tiến một số tính chất của bitum như: Bitum có pha thêm lưu
huỳnh, Bitum có pha thêm cao su, Bitum có pha thêm mangan hữu cơ...
•

Như vậy ta có thể thấy rằng cường độ của bê tông nhựa được hình thành trên
cơ sở nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc
cấp phối với chất kết dính là nhựa đường.

1.1.2. Các loại cấp phối bê tông nhựa
 Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu 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. Thường được gọi là BTN chặt. BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ,
thường từ 3-6%.
 Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn,
nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ. Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này
có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian. Cấp phối cốt liệu này tạo khả
năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phân
tầng trong quá trình rải. BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so
với BTN chặt.
 Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ
lệ nhỏ trong hỗn hợp. Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại
vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại
vùng hạt cốt liệu mịn. Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn
lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô. Thường được gọi là BTN rỗng. BTN rỗng có độ
rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn.
Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột

khoáng, có độ rỗng dư từ 12% đến 16%.


─ Trang 11 ─

 Bê tông nhựa có độ nhám cao (Open Graded Friction Course AsphaltOGFCA): [4]
Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng
văng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường
và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy.
Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded friction
course –OGFC hoặc Porous friction course-PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có
độ rỗng dư 10-15% (Very thin friction course-VTO). Cần sử dụng nhựa đường cải
thiện để chế tạo loại BTN này.
 Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt
-SMA): [4]
Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn. Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa
đường, cốt liệu và cốt sợi (fiber). SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựa
đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt.
Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2-8%, tùy thuộc vào việc sử dụng
SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng.
1.1.3.

Phân loại bê tông nhựa
2.1.3.1

Theo độ rỗng còn dư

Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:
•

BTN chặt, có độ rỗng dư từ 3% - 6%.

•

BTN rỗng, bao gồm các loại BTN có độ rỗng dư lớn hơn 6 %.

2.1.3.2

Phân loại theo đặc tính của cấp phối hỗn

hợp cốt liệu
Theo đặc tính của cấp phối cốt liệu, bê tông nhựa thường được phân thành các
loại [4]:
•

BTN có cấp phối chặt (dense graded mix).


─ Trang 12 ─

•

BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix).

•

BTN có cấp phối hở (open graded mix).

2.1.3.3

Phân loại theo cỡ hạt danh định lớn nhất của

cốt liệu
Theo cách phân loại này, BTN thường được phân thành các loại có cỡ hạt
danh định lớn nhất là: 37,5 mm; 25,0 mm; 19,0 mm; 12,5 mm; 9,5 mm và 4,75 mm
(tương ứng với việc phân loại theo cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm; 25,0 mm;
19,0 mm; 12,5 mm và 9,5 mm) [4].

2.1.3.4

Phân loại theo vị trí và công năng trong kết

cấu mặt đường
Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường, BTN thường được phân
thành các loại [4]:
•

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) và 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


─ Trang 13 ─

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.
1.1.4.

Cấu trúc của bê tông nhựa

Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt.
Cấu trúc trung gian: gồm cát và các chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.
Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa.
•

Về cấu trúc vi mô: thấy rõ quan hệ số lượng, sự bố trí và tương tác giữa
bitum và bột khoáng – thành phần phân tán hoạt động nhất của bê tông nhựa.
Cường độ bê tông nhựa biến đổi rất nhiều tùy thuộc vào hàm lượng bột
khoáng, vào tỉ số nhựa bitum và bột khoáng. Khi lượng nhựa nhiều, bột
khoáng ít, các hạt bột khoáng bọc màng nhựa dày, không tiếp xúc trực tiếp
với nhau. Khi bột khoáng tăng lên tỉ lệ bitum/bột khoáng giảm, đến lúc lượng
nhựa vừa đủ để bọc các hạt bột khoáng bằng một màng nhựa mỏng và các hạt

tiếp xúc với nhau có định hướng, nếu tiếp tục tăng bột khoáng lên nữa, bitum
sẽ không đủ để tạo màng bọc khắp các hạt, khi đó cấu trúc vi mô sẽ tăng lỗ
rỗng, các hạt không liên kết được với nhau, cường độ sẽ giảm.

•

Cấu trúc trung gian: khi đưa cát vào chất liên kết asphalt để tạo thành vữa
asphalt thì sẽ làm giảm cường độ của hệ thống vì cát đã làm giảm tính đồng
nhất của hỗn hợp. Cấu trúc trung gian cũng ảnh hưởng khá lớn đến cường độ,
độ biến dạng, độ chặt và các tính chất khác nhau của bê tông nhựa.

•

Cấu trúc vĩ mô: cốt liệu đá được bao bọc bởi bitum nhựa đường là một yếu tố
cơ bản để làm thành cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa. Cấu trúc này được xác
định bằng quan hệ số lượng, vị trí tương hỗ, độ lớn của đá dăm. Đá dăm được
liên kết với nhau thành một khối sườn không gian trong vữa asphalt [5].

1.1.5. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa
Các thành phần vật liệu cơ bản của hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm các cốt


─ Trang 14 ─

liệu hạt thô (đá dăm) và hạt mịn (cát) có thành phần cỡ hạt tuân theo một quy luật
nhất định, nhựa đường (bi tum) và bột khoáng (bột đá vôi, xi măng…). Các tính chất
của bê tông nhựa phụ thuộc vào tỉ lệ và tính chất của vật liệu thành phần, phụ thuộc
vào sự phân bố chất kết dính trong hỗn hợp và chất lượng tương tác giữa cốt liệu và
chất liên kết [6].
•

Cốt liệu: bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn với chức năng tạo bộ
khung chịu lực cho hỗn hợp. Thành phần kích cỡ hạt cốt liệu phải đảm bảo
thỏa mãn đường cong cấp phối tiêu chuẩn được quy định cho mỗi loại bê
tông nhựa khác nhau, với mục đích tạo khung chịu lực bền vững mà vẫn đảm
bảo màng chất dính kết đủ bao bọc và kết dính các hạt cốt liệu.

•

Chất liên kết: Hỗn hợp bê tông nhựa thường dùng bitum gốc dầu mỏ để làm
vật liệu xây dựng đường làm chất kết dính. Bitum sử dụng dùng chế tạo bê
tông nhựa phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn cho từng loại bê
tông nhựa khác nhau như bê tông nhựa chặc rãi nóng (bitum đặc).

1.1.6.

Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp

Bailey
2.1.6.1 Nguồn gốc và sự phát triển của phương pháp
Bailey
Phương pháp Bailey được phát triển bởi Robert Bailey vào đầu những năm 1980
dựa trên kinh nghiệm thiết kế hỗn hợp BTN của ông. Sau đó phương pháp này tiếp
tục được phát triển bởi Bill Vavrik và Bill Pine. Trong hỗn hợp BTN, cốt liệu chiếm
90-95% theo khối lượng và 75-85 % theo thể tích nên cốt liệu đóng vai trò quan
trọng trong sự làm việc của BTN. Phần lớn cường độ chịu nén và sức kháng trượt
được tạo ra từ cấu trúc cốt liệu. Phương pháp này cung cấp cho người thiết kế một
cách nhìn và đánh giá tốt hơn về cốt liệu và ảnh hưởng của nó đến các đặc trưng về
thể tích của hỗn hợp BTN. Phương pháp này được sử dụng trong lúc thiết kế hỗn
hợp cốt liệu và có thể dùng nó để kiểm tra, đánh giá và hiệu chỉnh trong quá trình thi

─ Trang 15 ─

công. Phương pháp Bailey có thể sử dụng kèm theo các phương pháp thiết kế bê
tông nhựa như: Marshall, Hveem và Superpave [7].
Mức độ cài móc giữa các hạt cốt liệu là số liệu thiết kế đầu vào của phương
pháp Bailey và nhờ sự cài móc giữa các hạt cốt liệu tạo nên sức kháng lún trồi cho
hỗn hợp BTN. Robert Bailey đã sử dụng phương pháp này để cải thiện khả năng
phục vụ của đường cao tốc Illinos, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu này không được
ông công bố. Mối tương quan giữa cấp phối cốt liệu và các đặc trưng về thể tích của
hỗn hợp BTN được công bố trong các nghiên cứu của Vavrik. Hiện nay phương
pháp Bailey được sử dụng trong các chương trình nghiên cứu trong phòng ở Dubai,
các tiểu vương quốc Ả Rập nhằm cải thiện khả năng kháng lún của hỗn hợp bê tông
nhựa. Các phòng thí nghiệm hiện trường đã được đặt ở Pháp, Canada và nhiều bang
ở Mỹ. Các kết quả nghiên cứu trong phòng và thực nghiệm đã được công bố và sử
dụng rộng rãi [7].
Phương pháp thiết kế Bailey xem xét đến khả năng đầm chặt của hỗn hợp bê tông
nhựa khi chọn tỉ lệ giữa các thành phần hạt để tạo nên cấp phối. Các hệ số trong
phương pháp có liên quan chặt chẽ đến độ rỗng cốt liệu VMA, độ rỗng dư Va khả
năng đầm nén của cấp phối cốt liệu. Để đảm bảo hỗn hợp BTN có hàm lượng nhựa
vừa đủ, VMA được thay đổi bằng cách điểu chình lượng cốt liệu thô và cốt liệu mịn.
Với phương thức này, hỗn hỗn hợp bê tông nhựa có được bộ khung chịu lực cứng để
tạo nên độ ổn định và VMA vừa đủ, qua đó tạo nên hỗn hợp có độ bền cao [7].

2.1.6.2 Các nguyên tắc của phương pháp Bailey
Phương pháp Bailey là một phương pháp tìm ra một tỉ lệ giữa các loại cốt liệu
trộn hợp lý, điều đó tạo ra sự cài móc giữa các hạt cốt liệu tạo nên xương sống của
cấu trúc cốt liệu và cấp phối liên tục được cân bằng đến khi hoàn tất. Phương pháp
Bailey cung cấp một bộ các công cụ cho phép đánh giá mức độ trộn đều của cốt liệu.

Các công cụ này đưa ra một cách nhìn rõ hơn về mối quan hệ giữa cấp phối cốt liệu
và độ rỗng. Phương pháp Bailey cung cấp cho người thi công các công cụ để triển
khai, đánh giá và điều chỉnh cốt liệu khi trộn. Quy trình này giúp đảm bảo sự cài
móc giữa các hạt cốt liệu và hỗn hợp BTN được đầm nén chặt, tạo ra sức kháng lại


─ Trang 16 ─

các biến dạng lâu dài, trong khi vẫn duy trì các tính chất về thể tích điều đó tạo ra
sức kháng lại các yếu tố tác động từ môi trường [7].
Để phát triển một phương pháp kết hợp cốt liệu để có được sự cài móc tốt nhất
giữa các viên cốt liệu và tạo nên các đặc tính thể tích tốt hơn, đều cần thiết là phải
hiểu được một số nhân tố chi phối và sự ảnh hưởng nó đến công tác thiết kế và khả
năng làm việc của các hỗn hợp cốt liệu. Nội dung cơ bản của phương pháp này là:
sự phân biệt giữa cốt liệu thô và cốt liệu mịn, và sự kết hợp cốt liệu theo thể tích để
đảm bảo mức độ gài móc của các hạt cốt liệu [8].
Theo định nghĩa truyền thống, cốt liệu thô là các hạt cốt liệu giữ lại trên sàng
4.75 mm và cốt liệu mịn là các hạt cốt liệu lọt qua sàng 4.75 mm. Theo phương pháp
Bailey, cốt liệu thô là các hạt cốt liệu lớn tạo ra lỗ rỗng và cốt liệu mịn là các hạt cốt
liệu lấp kín những lỗ rỗng do cốt liệu thô tạo nên. Trong phương pháp Bailey để
phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn dùng sàng cấp I PCS (Primary Control Sieve).
Sàng cấp I PCS được tính toán dựa vào cỡ hạt lớn nhất danh định NMAS:
PCS = 0.22 * NMAS

(2.1)

Tùy theo các cỡ hạt lớn nhất danh định mà có các cỡ sàng PCS khác nhau được
thể hiện ở Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các cỡ sàng cấp I PCS theo các cỡ hạt NMAS [7]
NMAS (mm)

NMPS*0.22

PCS (mm)

37.5

8.250

9.5

25

5.500

4.75

19

4.180

4.75

12.5
9.5
4.75

2.75
2.090
1.045

2.36
2.36
1.18

Phương pháp Bailey sử dụng hai nguyên tắc làm cơ sở cho mối quan hệ giữa
cấp phối cốt liệu và các đặc trưng về thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa: đầm nén cốt
liệu và sự phân định cốt liệu thô, cốt liệu mịn. Để đánh giá về chất lượng của hỗn


─ Trang 17 ─

hợp cốt liệu tiến hành phối trộn cốt liệu theo thể tích và phân tích các mẫu trộn
thông qua các chỉ số Bailey [7].
Các hạt cốt liệu không thể tự sắp xếp lèn chặt vào nhau để lấp đầy các lỗ rỗng
trong hỗn hợp. Mức độ đầm nén phụ thuộc vào các yếu tố: loại và lượng đầm nén,
hình dạng của cốt liệu, thành phần cỡ hạt của cấp phối, độ cứng của các hạt cốt liệu.
Tất cả các hỗn hợp cốt liệu đều có chứa một đỗ rỗng nhất định, chính vì vậy mà hỗn
hợp cốt liệu có đặc tính nén lún khi chịu tải. Khi phối trộn cốt liệu, cần phải xác định
kích cỡ lỗ rỗng được tạo nên từ cốt liệu thô và thể tích cần thiết của cốt liệu mịn lấp
đầy các lỗ rỗng được tạo ra từ cốt liệu thô [7].

2.1.6.3 Phối trộn theo thể tích
Những phương pháp thiết kế hỗn hợp thông thường dựa trên việc phân tích
theo đơn vị thể tích, nhưng để đơn giản cốt liệu được đo lường theo đơn vị trọng
lượng. Để đánh giá chính xác mức độ gài móc giữa các hạt cốt liệu thì người thiết kế
cần phải phân tích cấp phối theo các đặc tính thể tích. Phương pháp Bailey sử dụng
khối lượng chưa đầm và khối lượng sau đầm nén của cốt liệu để phân tích thể tích lỗ
rỗng trong cấp phối cốt liệu. Đối với cốt liệu mịn, khối lượng chưa đầm và khối
lượng sau đầm thay đổi không đáng kể nên chỉ cần xét đến khối lượng sau đầm của

cốt liệu mịn. Thông qua các giá trị khối lượng chưa đầm và sau đầm của cốt liệu tính
được thể tích lỗ rỗng trong cấp phối và đánh giá được mức độ gài móc của cốt liệu
[7].
Khối lượng chưa đầm của cốt liệu thô LUW (Loose Unit Weight of Coarse
Aggregate): là khối lượng cốt liệu lấp đầy một đơn vị thể tích chưa đầm nén (Hình
2.3a). Trong trường hợp này, mức độ gài móc của cốt liệu là thấp nhất. Khối lượng
chưa đầm được xác định đối với mỗi loại cốt liệu tuân theo qui định trong AASHTO
T-19[10], qui định cốt liệu được đựng trong điều kiện tự nhiên – không chặt khít
trong một cái thùng kim loại. Khối lượng chưa đầm (kg/m 3) được tính bằng cách
chia khối lượng của cốt liệu trong thùng cho thể tích của thùng. Sử dụng tỷ trọng
khối của cốt liệu và khối lượng chưa đầm thì thể tích của độ rỗng trong trường hợp
này sẽ được xác định.


─ Trang 18 ─

Khối lượng đã đầm của cốt liệu thô RUW (Rodded Unit Weight of Coarse
Aggregate): là khối lượng cốt liệu lấp đầy một đơn vị thể tích sau khi được đầm chặt
(Hình 2.3 b). Áp lực nén làm tăng mức độ tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu và làm giảm
độ rỗng trong hỗn hợp cốt liệu. Khối lượng đã đầm của cốt liệu được xác định cho
mỗi loại cốt liệu thô sử dụng quy trình được qui định trong tiêu chuẩn AASHTO T19[10], qui định cốt liệu được đựng trong một cái thùng kim loại và đã được đầm
chặt. Khối lượng đã đầm của cốt liệu (kg/m 3) được tính bằng cách chia khối lượng
của cốt liệu trong thùng cho thể tích của thùng. Sử dụng tỷ trọng khối của cốt liệu và
khối lượng đã đầm thì thể tích của lỗ rỗng trong trường hợp này sẽ được xác định.
Khối lượng đã đầm của cốt liệu mịn (Fine Aggregate Rodded Unit Weight):
Với những cấp phối BTN chặt, thể tích các lỗ rỗng phải được lấp đầy với một lượng
cốt liệu mịn tương đương. Khối lượng đã đầm của của cốt liệu được sử dụng để
đánh giá độ chặt của hỗn hợp.

(a)

(b)

Hình 2.4: Khối lượng của cốt liệu thô [7].
1.1.7.

Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp

Marshall
Có nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTN, song phổ biến và tin cậy nhất
là phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết về đường cong độ chặt hợp lý của hỗn hợp
vật liệu khoáng, đó là phương pháp thiết kế kết hợp với thực nghiệm. Công tác thiết
kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall nhằm mục đích tìm ra hàm lượng nhựa tối
ưu ứng với hỗn hợp cốt liệu đã chọn. Toàn bộ quá trình thí nghiệm thực hiên theo
TCVN 8820:2011[3].


─ Trang 19 ─

Công tác thiết kế hỗn hợp phải tuân thủ các yêu cầu như sau:
- Đường cong cấp phối của hỗn hợp cốt liệu sau khi phối trộn phải nằm trong giới
hạn đường bao cấp phối và tất cả vật liệu đều phải thỏa mãn các chỉ tiêu cơ lý
được quy định tại tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTN TCVN
8819: 2011 [4].
- Hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn phải thỏa mãn các chỉ tiêu liên quan đến các
đặc tính thể tích và các chỉ tiêu thí nghiệm theo Marshall (độ ổn định, độ dẻo,
…) và các chỉ tiêu bổ sung nếu có theo quy định của tiêu chuẩn thi công và
nghiệm thu mặt đường BTN TCVN 8819: 2011[4].
Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall được tiến hành theo
7 bước được mô tả như sau:

-

Bước 1: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường.
Bước 2: Phối trộn cốt liệu (tìm ra tỷ lệ giữa các nhóm cốt liệu).
Bước 3: Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall.
Bước 4: Trộn cốt liệu với nhựa đường, đầm mẫu Marshall.
Bước 5: Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp

-

BTN.
Bước 6: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo trên các mẫu Marshall.
Bước 7: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu.

Nội dung công việc và yêu cầu của từng bước được thể hiện cụ thể tại mục 8 –
Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall của TCVN 8820 – 2011
[3].
2.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám của
bánh xe với mặt đường. Về phương diện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng
nhất vẫn là độ nhám của mặt đường.
Để nghiên cứu bản chất và các nhân tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với
mặt đường. Về phương điện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất vẫn là
độ bám của mặt đường. Độ nhám của mặt đường được tạo nên bởi hai thành phần
chính: nhám vĩ mô và nhám vi mô.


─ Trang 20 ─

Nhám vĩ mô (nhám thô – macrotexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa

bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng
và biên độ thấp nhất từ 0.5mm cho đến mức mà độ chênh cao đó không ảnh hưởng
đến sự tác động giữa lốp xe và mặt đường. Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám
của toàn bộ mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thước của các hạt cốt
liệu lộ ra trên bề mặt đường [9].
Nhám vi mô (nhám mịn – microtexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa
bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng
và biên độ nhỏ hơn 0.5mm. Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám, độ xù xì của hạt
cốt liệu lộ ra trên mặt đường và khó nhìn thấy [9].

Hình 2.5: Sự khác nhau giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô [10].
Vai trò của độ nhám vĩ mô là tạo ra các kênh thoát nước. Bằng cách giảm áp
lực ở trước và xung quanh lốp xe, nhám vĩ mô cho phép một diện tích lớn của lốp xe
vẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với về mặt mặt đường. Điều này cho phép nhám vĩ mô
phát huy tác dụng kháng trượt.
1.1.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô
Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường: trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốt
liệu lớn nhất nổi lên trên bề mặt đường là nơi mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất. Vì thế


─ Trang 21 ─

mà nó đóng góp phần lớn vào sức kháng trượt của bề mặt đường qua cả nhám vi mô
và nhám vĩ mô. Nhám vĩ mô đạt được nhờ việc thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa và
phụ thuộc trực tiếp vào cấp phối, góc cạnh và hình khối của cốt liệu. Việc dùng một
tỷ lệ lớn các cốt liệu thô trong hỗn hợp sẽ cho kết quả là một diện tích lớn các cốt
liệu thô được nổi lên mặt đường và do đó sẽ có độ nhám vĩ mô cao [11].
Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén: Nếu lượng nhựa quá nhiều
hoặc độ đầm nén quá chặt sẽ làm giảm diện tích nổi lên mặt đường của các cốt liệu
thô, do đó làm giảm sức kháng trượt mặt đường. Ngoài ra, tính chất vật lý của bản

thân loại nhựa cũng ảnh hưởng đáng kể tới độ nhám vĩ mô. Một loại nhựa có thuộc
tính ổn định nhiệt cao (nhựa cải thiện) sẽ hạn chế khả năng chảy nhựa vào mùa nóng
làm cho bề mặt bê tông nhựa dễ duy trì được diện tích cốt liệu thô hơn [11].
Tính chịu mài mòn của cốt liệu: độ bền của nhám vĩ mô phụ thuộc chủ yếu vào
tính chịu bào mòn của cốt liệu. Cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanh chóng bị
mòn đi dưới tác dụng của xe cộ và cho kết quả là mặt đường bị mất sức kháng trượt.
Tính chịu mài mòn được xác định bằng thí nghiệm Los Angeles [11].
Hình khối, góc cạnh của cốt liệu thô: để cho các hạt cốt liệu nhô lên bề mặt
mặt đường không bị gãy vụn ra, để đảm bảo độ nhám vĩ mô bền vững thì các hạt cốt
liệu phải có hình dạng hình khối, không được chứa nhiều hàm lượng hạt thoi dẹt
[11].
1.1.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô
Đối với đá, độ bền của nhám vi mô phụ thuộc vào đặc tính kháng mài bóng.
Sức kháng mài bóng của đá được đánh giá bằng thí nghiệm mài bóng thông qua chỉ
số mài bóng PSV (British Polish Stone Value Test, ASTM D3319). Vật liệu có chỉ số
PSV cao chứng tỏ có sức kháng mài bóng tốt [11].
Đối với cát, độ bền của nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng thạch
anh và silic. Hàm lượng này càng cao thì độ bền của nhám vi mô càng lớn.


─ Trang 22 ─

2.3. TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM
Ở Việt Nam có hai loại thí nghiệm đánh giá độ nhám thường được dùng là thí
nghiệm rắc cát và con lắc Anh. Ngoài ra còn có nhiều phương pháp đánh giá độ
nhám trên thế giới
1.1.10. Phương pháp rắc cát
Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8866 – 2011 [12].
Nguyên lý thực hiện:
Đong một lượng cát tiêu chuẩn bằng ống đong có thể tích xác định, đổ thể tích

cát từ ống đong lên mặt đường đã được làm sạch và che chắn gió. Dùng bàn xoa bịt
cao su có kích thước quy định để xoa cát thành mảng cát tròn liên tục lấp đầy các lỗ
hỗng trên mặt đường cho ngang bằng với đỉnh của các hạt cốt liệu. Xác định đường
kính trung bình của mảng cát, từ đó tính toán chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình
của mặt đường làm cơ sở đánh giá độ nhám,
Thiết bị, dụng cụ:
Vật liệu cát tiêu chuẩn: là cát khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt nằm
giữa hai cỡ sàng 0,15 mm và 0,30 mm và được đựng trong hộp kín.
Ống đong cát có thể tích bên trong là 25cm3, một đầu ống được bịt kín.
Bàn xoa: là dụng cụ đáy hình tròn, bằng gỗ, có đường kính 6 – 7,5 cm, dày từ
6,0 – 10 mm. Mặt đáy của bàn xoa được gắn một lớp cao su mỏng dày khoảng 2mm,
mặt trên có núm để cầm.


─ Trang 23 ─

21 mm

cao su

15mm

6 mm
65 mm

2 mm

Hình 2.6: Bàn xoa cát. [16]
Một bàn chải sắt cứng và một bàn chải lông mềm để quét sạch mặt đường
trước khi rải cát.

Một thước dài 500 mm khắc vạch đến 1 mm để đo đường kính mảng cát.
Các tấm chắn gió thích hợp đặt trên mặt đường để che cho cát khi thí nghiệm
không bị gió thổi hoặc luồng không khí xoáy do phương tiện giao thông chạy trên
đường gây ra.
Một cân thí nghiệm có độ chính xác 0,1 g để kiểm tra thêm, đảm bảo lượng cát
dùng cho các lần thí nghiệm không thay đổi về khối lượng.
Cách tiến hành:
Tại các vị trí đo, mặt đường phải khô, bề mặt đồng đều, không có những đặc
điểm cá biệt như vết nứt, các mối nối. Quét sạch mặt đường bằng bàn chải sắt cứng,
dùng bàn chải lông mềm dọn sạch các mảnh vụn, hoặc các hạt cốt liệu dính kết rời
rạc khỏi mặt đường. Nếu trời có gió, phải đặt các tấm chắn gió xung quanh diện tích
thử nghiệm để cát khỏi bay. Không được thử nghiệm khi mặt đường ẩm ướt.
Đong cát, đổ đầy cát vào ống đong, gõ nhẹ đáy của ống đong nhiều lần trên
một mặt cứng. Cho thêm cát vào ống đong cho đầy tới miệng rồi dùng thước rồi gạt
phẳng miệng ống đong.


─ Trang 24 ─

Đổ ống đong chứa cát lên vị trí mặt đường đã làm sạch. Dùng bàn xoa có bịt
cao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn
liên tục, lấp đầy các lỗ ng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt
cốt liệu. Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài. Cần chú ý để
mảng cát khi xoa có dạng hình tròn.
Đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớn
nhất, nhỏ nhất và trung gian. Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm,
lấy tròn đến mm để làm trị số tính toán.
Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí thử nghiệm (hi), tính bằng milimét,
chính xác tới 2 chữ số thập phân, theo công thức sau:

Trong đó:
+ Hi là độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) tại vị trí thử
nghiệm thứ i, mm; V là thể tích cát đựng trong ống đong, 25000 mm3
+ D là đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đo được, mm.
Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo công
thức sau

+ Htb là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của đoạn
đường, mm;
+ Hi là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) của mặt đường tại vị trí thử
nghiệm thứ i, mm; N là số điểm thử nghiệm trên đoạn mặt đường đồng nhất.
Trường hợp các phép thử mắc lỗi các do thao tác sai hoặc nếu mảng cát đo có
dạng hình elip quá dẹt (giá trị hai trục nhỏ nhất và lớn nhất của hình elíp chênh nhau
quá 1,2 lần) thì nên loại bỏ kết quả đo ở những điểm này. Loại bỏ các kết quả đo có
trị số hi khác biệt với trị số Htb quá 0,13 mm.


─ Trang 25 ─

Để thuận tiện cho việc xoa cát tạo nên mảng hình tròn, vẽ các đường tròn đồng
tâm có bán kính lệch nhau từ 2,0 cm đến 5,0 cm, sau đó đổ cát vào tâm đường tròn
và dùng bàn xoa san cát theo đường tròn vạch sẵn.
Quy định về xử lý số liệu: Độ lệch bình phương trung bình của các trị số độ
nhám thu được tại các điểm đo trên đoạn mặt đường được xem là đồng nhất không
nên vượt quá 27% của giá trị độ nhám trung bình (Htb) của đoạn chia. Trường hợp
độ lệch bình phương trung bình cao hơn, phải xem xét lại các giá trị sai số thô có thể
đã mắc phải, hoặc tăng thêm số lần đo, hoặc phân chia lại các đoạn được xem là
đồng nhất cho phù hợp.
Tiêu chí đánh giá độ nhám
Tiêu chuẩn kiểm tra nghiệm thu độ nhám đối với mặt đường mới làm

Đối với mặt đường bê tông xi măng mới làm, khi kiểm tra trong quá trình thực
hiện dự án, độ nhám Htb phải bằng hoặc lớn hơn 0,50 mm. Khi nghiệm thu bàn giao
thì phải bảo đảm 95% tổng số điểm đo nhám có chiều sâu cấu trúc vĩ mô 0,50 mm
với điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường.
Đối với mặt đường bê tông nhựa, khi kiểm tra trong quá trình thực hiện dự án,
chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình Htb phải lớn hơn hoặc bằng 0,45 mm. Khi
nghiệm thu bàn giao thì phải bảo đảm 95% tổng số điểm thử nghiệm có độ nhám lớn
hơn hoặc bằng giá trị quy định với điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòng
một năm từ khi làm xong mặt đường.
Đối với mặt đường bê tông nhựa có tính năng đặc biệt (bê tông nhựa mỏng tạo
nhám), giá trị chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình H tb phải thoả mãn quy định của
tiêu chuẩn thi công tương ứng.
Tiêu chuẩn đánh giá độ nhám mặt đường đang khai thác
Đối chiếu giá trị đo nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đường
với các giá trị tại Bảng 2.2 để đánh giá độ nhám của các đoạn đường hiện có, đề ra
được các biện pháp khắc phục như: cải thiện độ nhám, tăng cường một lớp tạo