Nghiên cứu bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất danh định 19MM cho đường cao tốc trong điều kiện phía nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HÒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẮCH KHOA

LÂM THÀNH QUÝ

NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG NHỰA NHÁM CAO CÓ CỠ HẠT
LỚN NHẤT DANH ĐỊNH 19MM CHO ĐƯỜNG CAO TÓC
TRONG ĐIỀU KIỆN PHÍA NAM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Mã số ngành: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, năm 2018


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn Cán bộ chấm
nhận xét 1: TS. Lê Anh Tuấn Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lê Văn

Phúc
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đạỉ học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 03 tháng 2 năm 2018.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: TS. Lê Bá Khánh
2. Thư ký: TS. Huỳnh Ngọc Thi
3. Phản biện 1: TS. Lê Văn Phúc
4. Phản biện 2: TS. Lê Anh Tuấn
5. Ưỷ viên: PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đảnh giả luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu cố).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Lê Bá Khánh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG

TS. Lê Anh Tuấn


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHÚ NGHĨA VIỆT

ĐẠI HỌC QUt > c GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
••••

Họ tên học viên: Lâm Thành Quý

MSHV: 13011267

Ngày, tháng, năm sinh: 14/08/1989

Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông Mã số: 60580205

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG NHỰA NHÁM CAO CÓ CỠ HẠT LỚN
NHẤT DANH ĐỊNH 19MM CHO ĐƯỜNG CAO TỐC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÍA
NAM
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về bê tông nhựa nhám cao trên thế giói và Việt Nam.
2. Thiết kế cấp phối bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất danh định
19mm.
3. So sánh, đánh giá chất lượng của bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất
danh định thay đổi 19mm, 12.5mm và 9.5mm thông qua các thí nghiệm độ ổn
định Marshall, thí nghiệm Cantabro, thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo
gián tiếp, thí nghiệm mô đun đàn hồi, thí nghiệm độ nhám bằng con lắc
Anh và rót cát, thí nghiệm hệ số thấm.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/07/2017.
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2017.
V.

CÁN Bộ HƯỚNG DẨN: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2017
CÁN Bộ HƯỚNG DẨN

TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

CHỦ NHIỆM Bộ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Lê Bá Khánh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG

TS. Lê Anh Tuấn

1

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. NGUYỄN MẠNH TUÂN đã
hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Thầy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ nhiều tài
liệu, hướng dẫn thí nghiệm cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin cảm ơn gia đĩnh đã luôn ủng hộ, khuyến khích tạo động lực cho con để có
thể hoàn thành luận văn này nói riêng và trong cuộc sống nói chung.
Em cũng xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn cầu đường - Khoa
Kỹ thuật xây dựng, trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giành thòi
gian quý báu dẫn dắt, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý giá cũng như đã
tạo điều kiện tốt nhất trong thời gian học cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè trong quá trình học tại trường Đại
Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tôi trong toàn bộ quá trình
làm luận văn.
Tuy vậy, với những hạn chế về thời gian thực hiện cũng như năng lực có hạn của
bản thân, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự
đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện
và có đóng góp vào thực tiễn.
Trân trọng cám ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 12 năm 2017
Tác giả luận văn

Lâm Thành Quý


11

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ĐÈ TẢI:
NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG NHỰA NHÁM CAO CÓ CỠ HẠT LỚN NHẤT DANH
ĐỊNH 19MM CHO ĐƯỜNG CAO TỐC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÍA NAM
Nghiên cứu đánh giá khả năng làm việc của bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn
nhất danh định 19mm. Mục tiêu của đề tài huớng đến việc thiết kế một cấp phối bê
tông nhụa có độ nhám cao, độ rỗng du lớn và chịu lục tốt.
Trong nghiên cứu này các mẫu bê tông nhụa đuợc chế bị theo phuơng pháp
Marshall và đuợc đánh giá các chỉ tiêu cơ lý tuân theo 22 TCN 345-06. Các mẫu thí
nghiệm đuợc chế tạo tại hàm luợng nhụa tối uu đã xác định để thục hiện các thí nghiệm
so sánh, đánh giá chất luợng của bê tông nhụa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất danh định
thay đổi 19mm, 12.5mm và 9.5mm thông qua các thí nghiệm độ ổn định Marshall, thí
nghiệm Cantabro, thí nghiệm xác định cuờng độ chịu kéo gián tiếp, thí nghiệm mô đun
đàn hồi, thí nghiệm độ nhám bằng con lắc Anh và rót cát, thí nghiệm hệ số thấm...
Cấp phối 19mm có những uu điểm vuợt trội hơn cấp phối còn lại nhu là về độ ổn
định Marshall, cuờng độ chịu nén gián tiếp. Tuy nhiên, độ nhám mặt đuờng của cấp
phối 12.5mm là tốt nhất so với cấp phối 19mm và 9.5mm.


Ill

ABSTRACT
THESIS TITLE:
RESEARCH ON FRICTION COURSES ASPHALTIC CONCRETE HAVE DMAX =
19MM FOR HIGHTWAY IN THE SOUTH OF VIET NAM
The research focus on evaluating the performance of the open - graded friction
course whose the maximum sieve size is 19mm. The objective of this study is creating
an asphalt concrete which has high friction on surface, high ah void contents and high
strength.
In this study, asphalt concrete was prepared by Marshall method and evaluated for
mechanical properties according to 22 TCN 345-06. The samples were prepared at the

optimum asphalt content determined for comparative experiments, evaluating the
quality of the open - graded friction course having the nominal maximum aggregate
size (NMAS) of 19mm, 12.5mm and 9.5mm by using Marshall stability tests, Cantabro
abrasion tests, indirect tensile strength tests, resilient modulus, British pendulum tester,
sand path test and permeability coefficient test...
The 19mm NMAS grade has advantages over the other based on Marshall stability,
the indirect strength. However, the surface friction of the NMAS 12.5mm is best in
comparing to the NMAS 19mm and 9.5 mm.


IV

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG
NHỰA NHÁM CAO CÓ CỠ HẠT LỚN NHẢT DANH ĐỊNH 19MM CHO ĐƯỜNG
CAO TỐC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÍA NAM” là công trình nghiên cứu của cá nhân
tôi với sự huớng dẫn, dẫn dắt của thầy TS. Nguyễn Mạnh Tuấn. Các số liệu trong
nghiên cứu là trung thực. Việc tham khảo tài liệu (nếu có) đều đuợc trích dẫn theo đúng
quy định.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này.
TP.HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2017

LÂM THÀNH QUÝ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dựng Công Giao Thông
Trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM


V

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 ...........................................' ........ ' ...................................................... - 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................ - 1 1.1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... -1 -

1.2

Mục TIÊU NGHIÊN cứu ......................................................................... - 3 -

1.3

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN cứu ........................................... - 3 -

1.4

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................. -4-

1.5

NỘI DUNG NGHIÊN cứu ........................................................................... -4-

CHƯƠNG 2 ............................................................................................................ - 6 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .............................................................................. - 6 2.1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM ..................................... - 6 -

2.1.1

Khái quát ............................................................................................... -6-

2.1.2

Yêu cầu vật liệu................................................................................. - 6 -

2.1.3

ưu điểm của vật liệu bê tông nhựa tạo nhám .................................... - 7 -

2.2

TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM ............................................... - 8 -

2.2.1

Trên thế giới ...................................................................................... - 8 -

2.2.2

Việt Nam ........................................................................................... - 1 4 -

CHƯƠNG 3 ............................................................................................................ - 19 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG NHựA NHÁM CAO ...................................... - 19 3.1

ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI THIẾT KẾ ........................................................... - 1 9 -

3.2 ..........................................................................................................

LỰA CHỌN

VẬT LIỆU CHO THIẾT KẾ HỖN HỢP ........................................................................ - 20 -

3.3

THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA NHÁM CAO THEO PHƯONG

PHÁP MARSHALL .............................................................................................. - 26 3.3.1

Trang thiết bị thí nghiệm ................................................................... - 26 -

3.3.2

Trình tự thiết kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall ..................... - 27 -

3.3.3

Chuẩn bị mẫu hỗn họp cốt liệu để đúc mẫu Marshall ....................... - 28 -

3.3.4

Trộn cốt liệu vói nhựa đường, đầm mẫu Marshall ............................ - 29 -

3.3.5

Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn họp BTN 30-

3.3.6

Thí nghiệm xác định độ on định, độ dẻo của các mẫu Marshall ....... - 31 -


VI

3.3.7 Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu ...................................................... - 31 CHƯƠNG 4 ............................................................................................................ - 34 SO SÁNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC LOẠI CẤP PHỐI BÊ TÔNG NHựA

NHÁM CAO .......................................................................................................... - 3 4 4.1

THÍ NGHIỆM MÔ ĐUN ĐÀN HỒI VẬT LIỆU.................................................... - 36 -

4.2

THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO GIÁN TIẾP (ÉP CHẺ)............................... - 39 -

4.3

THÍ NGHIỆM ỔN ĐỊNH MARSHALL ............................................................. - 42 -

4.4

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM .......................................................... - 47 -

4.5

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ MÀI MÒN CANTABRO ....................................... - 49 -

4.6

THÍ NGHIỆM ĐỘ NHÁM MẶT ĐUỜNG BẰNG CON LẮC ANH ....................... - 5 1 -

4.7

THÍ NGHIỆM ĐỘ NHÁM BẰNG PHUƠNG PHÁP RẮC CÁT ............................ - 60 -

4.8

TỔNG HỢP CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CẤP PHỐI ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU VÀ HAI CẤP

PHỐI ĐỐI CHỬNG: .......................................................................................... - 68 CHƯƠNG 5 ............................................................................................................ - 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ - 69 5.1

KẾT LUẬN: ............................................................................................. - 6 9 -

5.2

KIẾN NGHỊ: .............................................................................................. - 7 0 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... - 71 -


Vll

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Tổng hợp thành phần đường cấp phối bê tông nhựa nhám cao tại Mỹ
[14] .................. .... . ......................................................... . ..................................... - 10Bảng 2. 2: Tổng họp thành phần đường cấp phối bê tông nhựa nhám cao tại các
nước. [16] ............................................................................................................... - 12 Bảng 2. 3: Thành phần cấp phối hỗn họp BTNRTN. [17],[21].............................. - 14 Bảng 2. 4: Thành phần cấp phối cốt liệu của BTNNC theo 22TCN 345-06 [4]. - 15 Bảng 2. 5: Thành phần cấp phối cốt liệu của BTN Novachip [18] ........................ - 16 Bảng 2. 6: Thành phần cấp phối cốt liệu của BTNNC theo luận án Tiến sĩ Nguyễn
Phước Minh [12] .............................................................................................. ....- 17Bảng 2. 7: Thành phần cấp phối cốt liệu của BTNNC theo luận văn Thạc sĩ Nguyễn
Tấn Bá [19] ............................................................................................................. - 17Bảng 3.1: Bảng tổng họp thành phần cấp phối nghiên cứu .................................... - 19 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm [4] ........................................... - 21 Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cốt liệu mịn [4] .................................... - 21 Bảng 3. 4: Các chỉ tiêu nhựa đường sử dụng trong nghiên cứu ............................. - 23 Bảng 3.5: Thành phần hạt quy định của bột khoáng [4] ........................................ - 24 Bảng 3.6: Bảng tổng họp kết quả khối lượng riêng hỗn họp cốt liệu ..................... - 26 Bảng 3.7: Ket quả lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu của các hỗn họp .................... - 33 Bảng 4. 1: cấp phối đề xuất so sánh ....................................................................... - 35 Bảng 4. 2: Thành phần cốt liệu cấp phối nghiên cứu và đối chứng ....................... - 35 Bảng 4. 3: Bảng hiệu chỉnh lại kết quả đo theo nhiệt độ mặt mẫu thí nghiệm.... - 57 Bảng 4. 4: Kết quả đo độ nhám bằng thiết bị con lắc xách tay (SRT) của BTNNC19
........................ ...................................................................... . ............. ............... -57Bảng 4. 5: Ket quả đo độ nhám bằng thiết bị con lắc xách tay (SRT) của
BTNNC12.5 .......................................................................................................... -58Bảng 4. 6: Ket quả đo độ nhám bằng thiết bị con lắc xách tay (SRT) của BTNNC9.5
........................ ...................................................................... . ............. ............... -59Bảng 4. 7: Tiêu chí đánh giá độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của
mặt đường bằng phương pháp rắc cát [30] ............................................................ - 66 Bảng 4. 8: Bảng số liệu kết quả thí nghiệm rắc cát ............................................... - 67 Bảng 4. 9: Bảng tống họp so sánh chỉ tiêu cơ lý của các cấp phối ........................ - 68 -


Vlll

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Đường cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây đoạn qua tinh Đồng
Nai. [2].................................................................................. . ............... ................ - 1
Hình 1. 2: Sơ đồ mạng lưới đường cao tốc tại Việt Nam. [3] ............................ - 2
Hình 1. 3: Sơ đồ nghiên cứu của luận văn.............................................................. - 5
Hình 2. 1: cấu trúc của hỗn họp OGFC. [12] ......................................................... -

6

Hình 2. 2: cấu trúc bề mặt bê tông nhựa chặt và bê tông

nhựa cấp phối hở. [12] - 7

Hình 2. 3: Tình hình sử dụng OGFC của các bang ở Mỹ.

[14] .......................... -

9

Hình 2. 4: Sơ đồ các bang tại Mỹ. [15] .................................................................. -

9

Hình 2.5: Thành phần cấp phối OGFC tại bang Oregon - Mỹ. [14] .................... - 11
Hình 2. 6: Biểu đồ đường cong cấp các bang ở Mỹ (3/4 in - 20mm). [14] .......... -

11

Hình 2. 7: Thành phần cấp phối OGFC tại Anh quốc(l in - 25mm). [14] ............ -

13

Hình 2. 8: Thành phần cấp phối OGFC tại nước (3/4 in - 20mm). [14] .............. -

13

Hình 3.1: Các đường cong cấp phối nghiên cứu và cấp phối chọn ...................... -

20

Hình 3. 2: Máy sàng cốt liệu và cốt liệu sau khi sàng .......................................... -

22

Hình 3.3: Nhựa đường Polime và tủ sấy nhựa đường .......................................... - 23
Hình 3. 4: Bột khoáng .......................................................................................... - 24
Hình 3.5: Cân mẫu thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cốt liệu lớn .......... - 25
Hình 3.6: Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cốt liệu mịn ...................... - 25
Hình 3.7: Một số dụng cụ và thiết bị đúc mẫu Marshall ...................................... - 27
Hình 3.8: Công tác sấy cốt liệu, khuôn đúc và nhựa đường................................. - 28
Hình 3.9: Cân cốt liệu và trộn cốt liệu với nhựa .................................................. - 29
Hình 3.10: Mẩu bê tông nhựa sau khi đầm .......................................................... - 30
Hình 3.11: Mẩu ngâm ở 60°c trong khoảng 40 phút sau đó nén mẫu .................. - 31
Hình 3. 12: : Các biếu đồ quan hệ giữa hàm lượng nhựa và các chỉ tiêu cơ lý của bê
tông nhựa nhám cao................................................................................................ -32
Hình 4. 1: So sánh đường cong cấp phối của BTNNC19, BTNNC12.5 và
BTNNC9.5 .................... ........ ... . ... ................................................................... -36
Hình 4.2: Thiết bị tạo mẫu mô đun đàn hồi.......................................................... -37
Hình 4. 3: Bảo dưỡng mẫu ở nhiệt độ 15 °c, 30 °c trong tủ làm mát ................... - 37
Hình 4.4: Gia tải đo chuyến vị xác định Modun đàn hồi ..................................... -38

IX

Hình 4. 5: Kết quả thi nghiệm mô đun đàn hồi của các cấp phối ở 15°c, 30°c.38
Hình 4. 6: Bảo duỡng mẫu ở 25°c sau đó tiến hành ép chẻ ..................................... -41
Hình 4. 7: Mau BTNNC sau khi ép chẻ ................................................................... -41
Hình 4. 8: Kết quả thí nghiệm ép chẻ của các cấp phối ........................................... -42
Hình 4. 9: Quá trình chuẩn bị mẫu thí nghiệm Marshall ......................................... -44
Hình 4. 10: Kiểm tra kích thước và cân nặng mẫu Marshall...................................... -44
Hình 4.11: Thiết bị thí nghiệm nén mẫu Marshall ..................................................... -45
Hình 4. 12: Mau BTNNC trước và sau khi nén Marshall .......................................... -45
Hình 4. 13: Kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall của các cấp phối .................. -45
Hình 4.14: Kết quả thí nghiệm độ dẻo Marshall của các cấp phối ............................. -46
Hình 4. 15: Kết quả thí nghiệm độ rỗng còn dư của các cấp phối ............................. -46
Hình 4.16: Thiết bị

thí nghiệm xác định hệ số thấm .............................................. -48

Hình 4.17: Kết quả thí nghiệm hệ số thấm của các cấp phối ..................................... -49
Hình 4. 18: Thiết bị thí nghiệm Cantabro .................................................................. -50
Hình 4. 19: Mau BTNNC trước và sau khi thí nghiệm Cantabro ......................... - 51
Hình 4. 20: Kết quả thí nghiệm Cantabro của các cấp phối .................................. - 51
Hình 4. 21: cấu tạo Thiết bị con lắc Anh. [29] ........................................................... -53
Hĩnh 4. 22: Con lắc Anh ............................................................................................. -54
Hình 4. 23: Mau thí nghiệm độ nhám bằng con lắc Anh ........................................... -57
Hình 4. 24: Một số thao tác trong quá trình thí nghiệm con lắc Anh ......................... -57
Hình 4. 25: Kết quả thí nghiệm độ nhám (SRT) của các cấp phối ............................. -60
Hình 4. 26: Bàn xoa cát. [30] ..................................................................................... -61
Hình 4. 27: Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm rắc cát ........................................................ -62
Hình 4. 28: Thực hiện xoa cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc ........................... -63

Hình 4. 29: Mẩu thí nghiệm trước và sau thực hiện rắc cát ....................................... -66
Hình 4. 30: Biểu đồ kết quả thí nghiệm rắc cát .......................................................... -67


-1 -

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết c&a đề tài
Để tạo tiền đề để phát triển kình tế xã hộỉ và công nghiệp hốa, hiện đại hóa đất
nước; đầu tư cơ sở hạ tầng giao thông, đặc biệt đường tốc độ cao, đường cao tốc là một
trong những nhiệm vụ quan trọng, cần thiết và cấp bách.
Theo quy hoạch đến năm 2030, mạng lưới đường cao tốc sẽ phủ khắp cả nưóc
gồm 21 tuyến với chiều dài khoảng 6.411 km [1]:
•

Tuyến cao tốc Bắc - Nam được quy hoạch 2 tuyến với tồng chiều dài khoảng
3.083 km gồm: Tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Đông, tổng chiều dài 1.814 km.
Tuyến cao tốc Bắc - Nam phía Tây, tổng chiều dàí là 1.269 km.

•

Hệ thống đường cao tốc khu vực phía Bắc gồm 14 tuyến cao tốc hướng tâm kết
nốí với Thù đô Hà Nộí với tổng chiều dài 1.368 km.

•

Hệ thống đường cao tốc khu vực miền Trung và Tây Nguyên gồm 3 tuyến với
tổng chiều dài 264 km.

•

Hệ thống đường cao tốc khu vực phía Nam gồm 7 tuyến với tổng chiều dài 983
km.

Hình 1.1: Đường cao tốc TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây đoạn qua tỉnh Đồng
Nai. [2]


■.lí

n *J NM

'3HủĩH[*lí

■jnriỉ4fc t*TT

1« G4f^ • liyin Ọusnụ

□UKTi

I|4f iKairv^ p«v

lfc lAC iWi
Xjg WMiOj
■'. ử rr^K I
MLtarr. ?ftf? ?ĩữti

i4trfcnHnhH1' ‘ii +A Hiíiĩ
IM.Lj*lV-S >* lằlTiĩlul IU-1 -HdH

Uw.r'«aK'4»i.Hni i»C4pI*«0*-rt
CBtiE«nlQịrtfiMỉr
L» WJT*> HỊJÌ:» r i.r^n CM huuvri

:^r 130.216 lý «6IW]
nbTi
MÉ.., ir.Ti m.
UMM

ĨTỈ

ijTiUPiifcjrp

0.1»* »»'
gui^U|j

HJ’UUJUM:^

35 TI3.Q96 TýữOpg
Ffa-PU CJsiHfeil
ũu IKUM X kUũ .Urt1, 3 KI1

§-wa*Tii*4r

59.123 lỹâ&ng

3W w *n ■ oa Hkjkik. u

Hu^'Unnvf niii

Mnta-lte»ak-*Ek*i

““ «-Ji ■ r-Ị

v

wtA M»

—'1 ÍH«ỉc.ị»ir+-H; —«"(BÍiWí WT

9a™»5
Hình 1, 2: Sơ đô mạng lưới đường cao tôc tại Việt Nam. [3]


-3-

Có thể thấy nhu cầu xây dựng đường cao tốc trong tương lai ở nước ta là rất lớn.
Do đó, cần có nhiều giải pháp công nghệ xây dựng đường đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật, kinh tế, phù họp với điều kiện Việt Nam. Đường cao tốc cho phép xe chạy với
tốc độ cao trên 80km/h. Với tốc độ như vậy thì mặt đường yêu cầu phải đảm bảo an
toàn xe chạy và đạt chất lượng khai thác: độ nhám cao, độ ráo nước, cường độ mặt
đường...
Tại các nước phát triển, người ta xây dựng lóp phủ mặt đường cao tốc bằng bê
tông nhựa rỗng có độ nhám cao, lóp vật liệu này yêu cầu phải được thiết kế, chế tạo,
thi công bằng công nghệ đặc biệt, đắt tiền.
Ở Việt Nam, lóp phủ bê tông nhựa tạo nhám đã được áp dụng trên một số đường
cao tốc. Tuy nhiên, theo 22TCN-345-06 [4], quy trình công nghệ thi công và nghiệm
thu lóp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao, lóp phủ này không tính toán trong kết
cấu áo đường và chỉ áp dụng với cỡ hạt lớn nhất danh định dưới 12.5mm.

Như vậy, liệu với lóp bê tông nhựa tạo nhám có đường kính cỡ hạt lớn nhất danh
định 19mm thì có gì khác biệt ? Nó có thể đảm bảo được độ nhám cao, độ rỗng thoát
nước tốt hơn lóp bê tông nhựa tạo nhám thông thường? và đóng vai trò như thế nào
trong tính toán kết cấu áo đường. Đề tài luận án “Nghiên cứu bê tông nhựa nhám cao
có cỡ hạt lớn nhất danh định 19mm cho đường cao tốc trong điều kiện phía Nam” chính
là nhằm tìm câu trả lời trên.
1.2

Mục tiêu nghiên cứu
Đe tài hướng đến việc đánh giá khả năng ứng dụng của bê tông nhựa nhám cao

có đường kính cỡ hạt lớn nhất danh định 19mm; đánh giá khả năng làm việc của bê
tông nhựa nhám cao này so với bê tông nhựa nhám cao thông thường có cỡ hạt lớn nhất
danh định dưới 12.5mm; xem xét khả năng chịu lực của lóp phủ bê tông nhựa nhám
cao nghiên cứu. Thông qua đó có thể đề xuất giải pháp khai thác sử dụng bê tông nhựa
nhám cao vào thực tiễn.
1.3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu trong luận văn này tập trung vào 2 vấn đề chính: vấn đề thứ

nhất là nghiên cứu, chế tạo cấp phối bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất


-4-

danh định 19mm; vấn đề thứ 2 là so sánh, đánh giá khả năng làm việc của bê tông
nhựa nhám cao này.
Phạm vi nghiên cứu trong luận văn tập trung vào nghiên cứu tổng quan về cấp
phối bê tông nhựa nhám cao ở Việt Nam và trên thế giói, cấp phối bê tông nhựa nhám

cao trong nghiên cứu có cỡ hạt lớn nhất danh định 19mm, các mẫu thực hiện trong
nghiên cứu được chế tạo, thí nghiệm đánh giá tuân theo tiêu chuẩn TCVN 22TCN 34506.
Phương pháp nghiên cứu thực hiện trong đề tài là sử dụng lý thuyết kết họp với
thực nghiệm bao gồm nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của vật liệu bê tông nhựa, thực
hiện các thí nghiệm trong phòng tại phòng thí nghiệm bê tông nhựa thuộc đại học bách
khoa thành phố Hồ Chí Minh.
1.4

Ý nghĩa của đề tài
Từ kết quả thí nghiệm trong nghiên cứu đưa ra được các yêu cầu kỹ thuật đặc

trưng vật liệu và quy định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn
nhất danh định 19mm. Nghiên cứu này là giai đoạn thực nghiệm đánh giá chất lượng
bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhất danh định 19mm, đưa ra hàm lượng nhựa tối
ưu trước khi đưa ra áp dụng ngoài hiện trường. Qua quá trình thí nghiệm, một số kết
quả ban đầu đánh giá được tính ứng dụng và làm tiền đề cho quá trình nghiên cứu bền
vững sau này, mang lại hiệu quả kinh tế và phù họp điều kiện thực tiễn Việt Nam.
1.5

Nội dung nghiên cứu
Cấu trúc luận văn gồm các chương sau:
- Chương 1: Mở đầu
- Chương 2: Tổng quan
- Chương 3: Thiết kế cấp phối bê tông nhựa hở tạo nhám 19mm
- Chương 4: So sánh đánh giá chất lượng các loại cấp phối bê tông nhựa tạo
nhám.
- Chương 5: Ket luận và kiến nghị


-5-

Nội dung nghiên cứu được thực hiện theo sơ đồ sau:

Nghiên cứu bê tông nhựa nhám cao có cỡ hạt lớn nhát danh
định 19mm cho đường cao tốc trong điều kiện phía Nam.

NHIỆM VỤ 1:
Tổng quan về bê tông nhựa nhám cao.

NHIỆM VỤ 2:
Thiết kế cấp phối bê tông nhựa nhám cao.

V
NHIỆM vụ 3:
Đánh giá chất lượng của hỗn họp bê tông nhựa nhám cao nghiên cứu thông qua
một số thí nghiệm trong phòng như thí nghiệm xác định độ on định Marshall,
mô đun đàn hồi, cường độ ép chẻ, hệ số thấm, độ mài mòn Cantabro, độ nhám.

Hình 1. 3: Sơ đồ nghiên cứu của luận văn.


-6-

CHƯƠNG2
NGHIÊN CỨU TÔNG QUAN
2.1

Giói thiệu chung về bê tông nhựa tạo nhám

2.1.1 Khái quát

Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở trên thế giới được gọi tên với những thuật
ngữ khác nhau như: Porous Asphalt (PA), Porous Friction Course (PFC), Open Graded
Asphalt Concrete (OGAC), Open Graded Friction Course (OGFC), Porous European
Mix (PEMs) [5],[6],[7],[8],[9].
Tên gọi bê tông nhựa nhám cao ở Việt Nam theo 22TCN345-06: Bê tông nhựa
nhám cao (BTNNC).
Bê tông nhựa cấp phối hở (Open Graded) thường có độ rỗng dư cao, được chế
tạo từ cốt liệu có chất lượng tốt và nhựa đường cảỉ thiện để sản xuất vật liệu bê tông
nhựa cỏ độ nhám cao, tăng sức kháng trượt, giảm ồn [10]
về cấu tạo, lớp mặt bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở rải trên lớp bê tông nhựa
chặt được áp dụng khá phổ biến trên thế giới; do độ rỗng của lớp bê tông nhựa cấp phổi
hở lớn nên nước mưa sẽ nhanh chống thấm qua lớp bê tông nhụa cấp phối hở xuống
lớp bê tông nhựa chặt bên dưới và chảy ra hệ thống thoát nước hai bên mà không bị
đọng thành màng nước.
2.1.2 Yêu cầu vật liệu
2J.2J Cốt liệu
Bê tông nhụa tạo nhám cấp phổi hở (Open Graded Friction Courses Asphalt) là
loạỉ cấu trúc khung dạng vĩ mô, hỗn hợp bao gầm các hạt cốt liệu lớn đồng dạng, có
một ít hoặc không cố hạt cốt liệu nhỏ và bột khoáng.
i i Li ị * LI ị ị

tmtttttt
Hình 2. 1: cấu trúc của hỗn hợp OGFC. [12]


-7-

Thành phần vật liệu của bê tông nhựa cấp phối hở và bê tông nhựa chặt (BTNC)
giống nhau gồm: cốt liệu hạt thô, cốt liệu mịn, chất liên kết và bột khoáng. Tuy nhiên
hàm lượng cốt liệu có sự khác nhau; vật liệu BTNNC cỏ hàm lượng hạt mịn ít hơn nhiều

so với BTNC, với mục đích là tạo độ rỗng dư trong vật liệu cao hơn so với vật liệu BTN
thông thường, đáp ứng đặc tính nhám và thoát nước mà vật liệu mặt đường BTNC chưa
giải quyết được.

Hình 2. 2: cấư trúc bề mặt bê tông nhựa chặt và bê tông nhựa cấp phối hở. [ 12]
2.1.2.2

Chất Hên kết

Khỉ thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám, chất liên kết thông
thường sử dụng là nhựa cảỉ tiến, vỉệc sử dụng nhựa này nhằm cải thiện đặc tính biến
dạng và độ bền của BTN khỉ sử dụng nơi có nhiệt độ, độ ẩm thay đổi bất thường
Hỉện nay, nhụa cải tiến phổ biến nhất là loại nhựa polìme nhiệt dẻo hay cao su
dẻo nhiệt. Các polỉme dẻo nhiệt hay cao su dẻo nhiệt khỉ được trộn vởỉ nhựa ở nhiệt độ
thích hợp, chúng sẽ làm tăng liên kết với nhựa và tăng độ nhớt của nhựa. Độ nhớt nhựa
và chiều dày màng nhựa ảnh hưởng nhiều đến độ bền của vật liệu, do vậy việc sử dụng
nhựa cảỉ tiến cho vật liệu sẽ hạn chế tổỉ đa hiện tượng chảy nhựa, làm gia tâng liên kết
trong vật liệu, giảm thiểu những hư hỏng do tác động nhiệt độ, độ ẩm môi trường mà
nhựa thông thường khố cố thể kiểm soát được.
2.1.3 Ưu điểm của vật liệu bê tông nhựa tạo nhám
- Giảm sự bắn nước và bụi nước, trượt trên mặt đường ẩm ướt: Nước trên bề mặt cố
thể dễ dàng chảy xuyên qua lớp bê tông nhựa lớp tạo nhám do cấu


-8-

trúc rỗng bên trong vật liệu tạo các kênh thoát nước. Khi xe chạy trên mặt đường
sử dụng vật liệu bê tông nhựa có độ rỗng lớn, khả năng quan sát tầm nhìn, tâm
lý an tâm cho người lái xe khi trời mưa tốt hơn.
-

Giảm sự phản chiếu ánh sáng và độ chói đèn pha: Bê tông nhựa tạo nhám có độ
rỗng lớn đóng vai trò như một lớp thoát nước, cho phép nước thấm qua vật liệu,
do vậy ánh sáng phản chiếu và độ chói đèn về đêm (là những yếu tố nguy hiểm
cho người lái xe) sẽ giảm đáng kể so với mặt đường bê tông nhựa chặt khi ười
mưa, ngoài ra dấu hiệu sơn phân làn trên đường, mép vỉa hè cũng được hiển thị
rõ ràng hơn, làm tăng múc an toàn xe chạy.

-

Giảm tiếng ồn khi xe chạy

-

Tăng sức kháng trượt mặt đường: Tăng sức chống trượt trên bề mặt khi thời tiết
ẩm ướt là ưu điểm của vật liệu bê tông nhựa cấp phối hở tạo nhám. Kết quả
nghiên cứu cũng chỉ rõ trong điều kiện mặt đường ẩm ướt thì vật liệu bê tông
nhựa tạo nhám cấp phối hở sẽ phát huy sức kháng trượt bề mặt của nó

2.2
2.2.1

Tồng quan về bê tông nhựa tạo nhám
Trên thế giói
Bê tông nhựa cấp phối hở có độ nhám cao (Open Graded Friction Course - OGFC)

là một lớp phủ mỏng trên lớp bê tông nhựa truyền thống, được sử dụng rộng rãi tại các
bang của Mỹ vào những năm 1970. Nhật cũng như các nước châu âu cũng sử dụng
OGFC trên đường của họ (Kandhal 2002 [7]).
Nước Mỹ:

California là bang đầu tiên sử dụng OGFC tại Mỹ với cỡ hạt danh định nhỏ, tăng
hàm lượng nhựa nhiều hơn so với cấp phối truyền thống. Cấp phối đã cải thiện được
tiếng ồn, tăng cường độ và chất lượng lái xe [7]. Các bang như Georgia, Texas và
Oregon đã cải tiến, nghiên cứu OGFC, sử dụng nhựa polime, tăng hàm lượng nhựa và
độ rỗng dư, độ cứng thành phần cốt liệu....tạo ra lớp phủ dày và bền hơn.[13]
Năm 1998, một cuộc khảo sát tồng thể tại các sở giao thông trong nước Mỹ được
thực hiện bởi Trung tâm công nghệ nhựa đường (NCAT), đánh giá việc sử dụng, hiệu
suất, thiết kế và công nghệ xây dựng OGFCs.


-9-

I I DonotuseOGFC
n Lricỉ rtiM
respond!
Hình 2. 3: Tình hình sử dụng OGFC của các bang ở Mỹ. [14]

Hình 2. 4: Sơ đồ các bang tại Mỹ. [15]


-10-

Bảng 2, 1: Tổng hợp thành phần đường cấp phối bê tông nhựa nhám cao tại Mỹ
[14]
Lượng lọt qua sàng (%)
1 in.
3/4 in. 1/2 in. 3/8 in. No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 200
25.0mm 19.0mm 12.5mm 9.5mm 4.75mm 2.36mm 1.18mm 0.60mm 0.075m
m
AL

100 85-100 55-65 10-25
5-10
2-4
CT
95-100
20-35
5-19
1-5
DE
100 88-98 25-42
5-15
2-5
FL
100 85-100 55-75 15-25
5-10
2-4
IN
100
83
28
13
2-4
KY
100 90-100 25-50
5-15
2-5
MO
100 85-100 55-75 10-25
5-10
2-4

MS
2-5
100 80-100 15-30 10-20
NE
100 95-100 40-80 15-35
5-12
0-3
NY
95-100 40-56 20-30
6-14
4-12
3-9
2-5
TN
100 85-100 35-60 10-25
5-10
2-4
OH
100 85-96 28-45
9-17
2-5
100 85-100 55-75 15-25
5-10
2-4
sc
LAI
100 90-100 25-50
5-15
2-5
LA 2

100 85-100 55-75 10-25
5-10
2-4
NV1
100 90-100 35-55
5-18
0-4
NV 2
95-100 40-60 12-22
0-5
CAI
78-89 28-37
7-18
CA 2
29-36
7-18
OR 1 99-100
1-6
85-96
55-71
10-24
6-16
OR 2
99-100 90-98
18-32
3-15
1-5
NCI
100 75-100 25-45
5-15

1-3
NC 2
100 75-100 25-45
5-15
1-3
NC3
100 85-100 55-75 15-25
5-10
2-4
GAI
100
100 85-100 20-40
5-10
2-4
GA 2
100 85-100 55-75 15-25
5-10
2-4
GA 3
100 80-100 35-60 10-25
5-10
1-4
TX1
1-20
1-10
1-4
100 80-100 35-60
TX2
100 95-100 50-80
0-8

0-4
0-4
Sở Giao thông Oregon (DOT) đã sử dụng OGFC trên hệ thống đường cao tốc
Bang

kể từ cuối những năm 1970. OGFC được sử dụng làm lóp phủ bề mặt rộng rãi vì những
ưu điểm vượt trội của nó. Hơn 3000km đường ở bang Oregon được phủ bời OGFC. Lóp
F OGFC có cỡ hạt danh định lớn nhát là 25mm( 1 in) và chiều dày 50mm (2 in).


-11 Đường cong cấp phối BTNNC tại bang Oregon

Hình 2. 5: Thành phần cấp phối OGFC tại bang Oregon - Mỹ. [14]
OGFC được sử dụng rộng rãi tại Washington, California, Nevada...với chiều
dày 20mm (3/4 in)

Hình 2. 6: Biếu đồ đường cong cấp các bang ở Mỹ (3/4 in - 20mm). [14]
Tại Châu Âu, lóp phủ tương tự OGFC tại Mỹ thường được gọi là Porous European
Mixes (PEMs). Có độ rỗng dư từ 18 - 22%, cao hơn so với OGFC của


- 12-

Mỹ thường là 15%. Nước Pháp bắt đầu sử dụng PEMs vào năm 1976. Hà Lan sử
dụng PEMs vào những năm 1980. [13]
Bảng 2. 2: Tổng hợp thành phần đường cấp phối bê tông nhựa nhám cao tại các
nước. [16]
Cỡ British (20mm) British (10mm) Spanis 1(P-12) Spanish (PA-12)
Hạt
Min

Max
Min
Max
Min Max
Min
Max
(mm)
28
100
95
20
100
100
100
19
14
55
80
100
13.2
12.5
75
70
100
100
10
90
100
60
90

50
80
9.5
6.3
30
40
55
20
5
32
50
15
30
4.75
3.35
14
30
8
22
2.5
10
18
10
22
2.36
2
0.63
13
6
12

6
3
3
0.008
6
6
0.075
7
7
2
2
—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—
—

Ita ian South Africa
Min Max Min Max
—

100
—

75-

—

—

—

—

—

—

—

100

100
—

90

—
—

100

—

—

—

—

—

—

40

—

—

15

25

65

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

20

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

5

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

0

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

10
8

15

15

12

—

—

—

—

—

—

—

—

—

0

7

2

8

—


- 13-

Lượng lọt qua sàng (%)

Hình 2. 7: Thành phần cấp phối OGFC tại Anh quốc(l in - 25mm). [14]

Nước Nhật:
Năm 1981, thử nghiệm đầu tiên về mặt đường BTN rỗng giảm tiếng ồn được tiến
hành trên đường vành đai 7 tại Tokyo cho độ ồn mặt đường thấp (Độ rỗng còn