Ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định của hỗn hợp bê tông nhựa

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

31

ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC CỐT LIỆU ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH
CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA
INFLUENCE OF MINERAL STRUCTURE ON THE STABILITY OF ASPHALT
CONCRETE
Nguyễn Văn Long1, Phan Văn Quảng2
Trường Đại học GTVT TP HCM, Phân viện phía Nam - Viện Khoa học Công nghệ GTVT

1

2

Tóm tắt: Sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo trên mặt đường bê tông nhựa (BTN), đặc biệt
là lún vệt bánh xe đang thu hút sự quan tâm của các nhà quản lý, các chuyên gia nghiên cứu và cả
xã hội. Một trong những hướng giải quyết vấn đề này là sử dụng BTN có cấp phối cốt liệu hợp lý.
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định
của BTN. Trên cơ sở đó, nhóm tác giả khuyến nghị giải pháp sử dụng BTN nhiều đá dăm làm lớp
mặt nhằm hạn chế sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo trên mặt đường.
Từ khóa: Bê tông nhựa, biến dạng dẻo, cấu trúc cốt liệu, chỉ số dẻo, độ ổn đỉnh, lún vệt bánh
xe.
Abstract: The appearance of different types of plastic deformation in asphalt concrete
pavements, especially rutting now attract the attention of regulators, researchers and the whole of
society. Optimized aggregate gradation for structural asphalt is one of the method to solve the
problem. This paper presents the results of experimental studies on influence of aggregate on the
asphalt concrete stability. Therefore, the authors propose solutions that using higher value of
crushed aggregate in asphalt concrete’s surface of the structure to minimize the plastic
deformation of pavements.
Keywords: Asphalt concrete, plastic deformation, mineral structure, flow, stability, rutting.

1. Giới thiệu
Với mục tiêu phát triển kinh tế xã hội,
Chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu tư
phát triển cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều
công trình đường bộ đã được xây dựng,
nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa với công nghệ tiên tiến.
Tuy nhiên, một thực trạng khá phổ biến
hiện nay là nhiều tuyến đường vừa mới đưa
vào khai thác đã xuất hiện sớm các loại
biến dạng dẻo trên mặt đường BTN, đặc
biệt là lún vệt bánh xe. Đây là vấn đề đang
thu hút sự quan tâm của toàn xã hội. Theo
[1], biến dạng lún vệt bánh xe xuất hiện là
do nhiều nguyên nhân: Chất lượng vật liệu
với sự tích lũy biến dạng dẻo ở trong nền
đất, trong các lớp vật liệu của kết cấu áo
đường; tác động của tải trọng nặng; sự bào
mòn bề mặt áo đường dưới tác dụng của tải
trọng bánh xe và cả yếu tố nhiệt độ.
Sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo
trên mặt đường BTN là một trong những
nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng khai
thác của các tuyến đường, làm giảm an toàn
giao thông, tăng chi phí vận tải và sửa chữa
đường. Một trong những hướng giải quyết
vấn đề này là sử dụng các loại BTN có các

chỉ tiêu cường độ cao và ổn định làm lớp
mặt kết cấu áo đường [1].

Theo [2], các chỉ tiêu cường độ và độ
ổn định của BTN có thể được cải thiện theo
các hướng dưới đây:
- Sử dụng nhựa đường cải tiến;
- Sử dụng vật liệu gia cường (sợi thủy
tinh, sợi cacbon, sợi Cellulose phân tán, ..)
để cải tiến thành phần BTN;
- Sử dụng cốt liệu có chất lượng tốt và
thiết kế cấp phối hợp lý.
Theo [3], độ ổn định và chỉ số dẻo của
BTN phụ thuộc vào hàm lượng và kích cỡ
của cốt liệu. Hàm lượng đá dăm càng cao
thì độ bền của BTN càng lớn.
Trong nội dung bài báo này, nhóm tác
giả đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng đá
dăm trong hỗn hợp đến độ ổn định của các
loại BTN sau:
- BTN C9.5 với các hàm lượng đá dăm
tương ứng là 20, 25 và 30 %;
- BTN C12.5 với các hàm lượng đá
dăm tương ứng là 35, 40 và 45 %;
- BTN C19 với các hàm lượng đá dăm
tương ứng là 50, 57 và 64 %.
Bài báo là kết quả của đề tài nghiên


32

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

cứu khoa học cấp trường Đại học Giao
thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, mã
số KH1505 theo quyết định 879/QĐĐHGTVT-KHCN ngày 15/10/2015.
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu
trúc cốt liệu đến độ ổn định của BTN
Nghiên cứu thực nghiệm được tiến
hành tại Phòng thí nghiệm LAS XD78
thuộc Phân viện phía Nam – Viện Khoa học
Công nghệ Giao thông vận tải và phòng thí
nghiệm Công ty Cổ phần Đầu tư xây dựng
BMT.

Hình 1. Thành phần cấp phối BTN C9.5 với các
hàm lượng đá dăm khác nhau.

2.1. Thiết kế cấp phối BTN
Trong nghiên cứu này, các tác giả sử
dụng các vật liệu có nguồn gốc như sau:
- Đá được lấy tại mỏ Tân Đông Hiệp
thuộc Công ty Cổ phần Khoáng sản và Xây
dựng Bình Dương, thỏa mãn yêu cầu của
[4];
- Cát được lấy tại mỏ cát sông Đồng
Nai, thỏa mãn yêu cầu của [4];
- Bột khoáng được lấy tại trạm trộn
BTN của công ty Bình An tại Tân Đông
Hiệp, thỏa mãn yêu cầu của [4];
- Nhựa đường Petrolimex 60/70, thỏa
mãn yêu cầu của [5].
Hỗn hợp BTN được thiết kế theo

phương pháp Marshall [6]. Thành phần cấp
phối các hỗn hợp BTN được thể hiện tại
hình 1 đến hình 3. Hàm lượng nhựa tối ưu
của các loại BTN được thể hiện tại bảng 1.
Bảng 1. Hàm lượng nhựa tối ưu của các loại BTN.
Các chỉ tiêu

Hàm lượng nhựa theo
hỗn hợp, %

BTN C9.5, 20% đá dăm

5.20

BTN C9.5, 25% đá dăm

5.15

BTN C9.5, 30% đá dăm

5.10

BTN C12.5, 35% đá dăm

5.05

BTN C12.5, 40% đá dăm

5.00

BTN C12.5, 45% đá dăm

4.95

BTN C19, 50% đá dăm

4.90

BTN C19, 57% đá dăm

4.85

BTN C19, 64% đá dăm

4.80

Hình 2. Thành phần cấp phối BTN C12.5 với các
hàm lượng đá dăm khác nhau.

Hình 3. Thành phần cấp phối BTN C19 với các hàm
lượng đá dăm khác nhau.

Tiến hành chế bị các tổ mẫu thí nghiệm
theo phương pháp Marshall.
2.2. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý
của các loại BTN được thể hiện tại các bảng
2 và 3, các hình 4 và 5.

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

33

BTN C9.5, 20%
đá dăm
BTN C9.5, 25%
đá dăm
BTN C9.5, 30%
đá dăm
BTN C12.5,
35% đá dăm
BTN C12.5,
40% đá dăm
BTN C12.5,
45% đá dăm
BTN C19, 50%
đá dăm
BTN C19, 57%
đá dăm
BTN C19, 64%
đá dăm
Theo [1], [7]

Độ ổn
định, kN

Chỉ số
dẻo, mm

Độ ổn định
còn lại, %

10.02

3.94

92.68

10.42

3.92

92.95

10.88

3.86

93.23

11.55

3.74

93.95

12.43

3.70

90.31

12.52

3.61

90.32

13.99

3.44

91.52

13.99

3.51

91.67

15.92

3.30

92.69

8.0

1.5÷4.0

80

Bảng 3. Các đặc trưng về độ rỗng của các hỗn hợp
BTN với các hàm lượng đá dăm khác nhau.

Loại BTN

BTN C9.5,
20% đá dăm
BTN C9.5,
25% đá dăm
BTN C9.5,
30% đá dăm
BTN C12.5,
35% đá dăm
BTN C12.5,
40% đá dăm
BTN C12.5,
45% đá dăm
BTN C19, 50%
đá dăm
BTN C19, 57%
đá dăm
BTN C19, 64%
đá dăm
Theo [1], [7]

Độ rỗng dư

Độ rỗng cốt
liệu

Độ rỗng
lấp đầy

(%)

(%)

(%)

3.90

15.10

74.17

4.24

15.40

72.50

4.20

15.07

72.14

4.33

15.01

71.16

4.43

15.07

70.62

4.58

15.12

69.72

4.34

14.75

70.58

4.42

14.80

70.16

4.59

14.83

69.09

4.0÷6.0

-

-

Các kết quả thí nghiệm cho thấy:
- Khi hàm lượng đá dăm tăng, độ ổn
định Marshall của BTN tăng, còn chỉ số dẻo
của hỗn hợp giảm;
- Hầu hết các chỉ tiêu cơ lý của tất cả
các hỗn hợp BTN trong nghiên cứu này đều
thỏa mãn yêu cầu tại [1] và [7].

Hình 4. Quan hệ giữa độ ổn định Marshall và hàm
lượng đá dăm.

Chỉ số dẻo, mm

Loại BTN

Độ ổn định Marshall, kN

Bảng 2. Độ ổn định và chỉ số dẻo của các hỗn hợp

BTN với các hàm lượng đá dăm khác nhau.

Hình 5. Quan hệ giữa độ dẻo và hàm lượng đá dăm.

3. Ảnh hưởng của hàm lượng đá
dăm đến khả năng kháng lún vệt bánh xe
của BTN C19
Thực tế cho thấy, BTN C19 thường
được khuyến cáo sử dụng làm lớp mặt cho
kết cấu áo đường mềm để cải thiện khả
năng kháng lún vệt bánh xe. Vì vậy, trong
nghiên cứu này nhóm tác giả chọn hai loại
BTN C19 có hàm lượng đá dăm cao nhất là
57% và 64% để tiến hành thí nghiệm đánh
giá khả năng kháng lún vệt bánh xe.
Thí nghiệm được thực hiện tại phòng
thí nghiệm Công ty Cổ phần Đầu tư xây
dựng BMT trên thiết bị Hamburg Wheel
Tracker.
Thí nghiệm và tiêu chuẩn đánh giá theo
phương pháp A trong môi trường nước ở
50°C, tần số tác dụng tải (25 ± 2.5) chu
kỳ/phút và áp lực bánh xe 0,7MPa theo [8].
Mẫu thử có dạng tấm với các kích thước
320mm x 260mm x 50mm được đầm nén
bằng thiết bị đầm lăn theo phụ lục C của
[8].
Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên

34

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

các hình 6 và 7 cho thấy hai mẫu BTN C19
với hàm lượng đá dăm 57% và 64% có
chiều sâu vệt lún bánh xe sau 15.000 lượt
tác dụng tải tương ứng là 6mm và 4,6mm,
thỏa mãn [8]. Khi hàm lượng đá dăm tằng
từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt lún bánh xe
giảm 30,43%.

- Đối với hỗn hợp BTN C19, khi hàm lượng
đá dăm tăng từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt
lún bánh xe giảm 30,43%;
- Nhóm tác giả khuyến nghị sử dụng
các loại BTN nhiều đá dăm làm lớp mặt kết
cấu áo đường mềm để hạn chế sự xuất hiện
các loại biến dạng dẻo trên mặt dường

Số lượt tác dụng tải

Tài liệu tham khảo

Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm

[1]

[2]

[3]

Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm

Hình 6. Chiều sâu vệt lún bánh xe của mẫu BTN
C19, 57% đá dăm.
Số lượt tác dụng tải

Hình 7. Chiều sâu vệt lún bánh xe của mẫu BTN
C19, 64% đá dăm.

4. Kết luận và khuyến nghị
Trong điều kiện về vật liệu và thí
nghiệm như trong nghiên cứu này, các tác
giả rút ra một số kết luận như sau:
- Độ ổn định Marshall và chỉ số dẻo
của BTN phụ thuộc vào cấu trúc cốt liệu.
Khi hàm lượng đá dăm tăng thì độ ổn định
Marshall của hỗn hợp tăng, còn chỉ số dẻo
giảm. Điều này chứng tỏ với các cấp phối
càng nhiều đá dăm thì hỗn hợp BTN càng
ổn định đối với các loại biến dạng dẻo;

[4]

[5]
[6]

[7]

[8]

Nguyễn Văn Long, Nguyễn Đức Sỹ (2015),
Nguyên nhân và giải pháp hạn chế lún vệt
bánh xe trên mặt đường BTN, Tạp chí Khoa
học Công nghệ Giao thông vận tải, 2015, số
14 – 2/2015, trang 63-66.
Строкин,
А.С.
(2009)
Повышение
сдвигоустойчивости и срока службы
дорожных покрытий путем применения
асфальтобетона каркасной структуры
на модифицированном битуме, 178с.
Блягоз А.М., Матуа В.П., Матуа Р.В.,
Мирончук С.А. (2012), Лабораторные
исследования
влияния
структуры
минерального остова на деформативные
свойства
асфальтобетона,
Журнал
«Новые технологии», 2012, Вып. 3, с. 7580.
Bộ khoa học và Công nghệ (2011), TCVN
8819-2011, Mặt đường BTN nóng – yêu cầu
thi công và nghiệm thu.
Bộ khoa học và Công nghệ (2005), TCVN
7493-2005, Bitum – Yêu cầu kỹ thuật.

Bộ khoa học và Công nghệ (2011), TCVN
8820-2011, Hỗn hợp BTN nóng – thiết kế
theo phương pháp Marshall.
Bộ Giao thông vận tải (2014), 858/QĐBGTVT, Quyết định về việc ban hành hướng
dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật
hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất
lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN
nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô
giao thông lớn.
Bộ Giao thông vận tải (2014), QĐ 1617/QĐBGTVT, Quyết định Ban hành Quy định kỹ
thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh
xe của BTN xác định bằng thiết bị wheel
tracking.

Ngày nhận bài: 3/10/2016
Ngày chuyển phản biện: 6/10/2016
Ngày hoàn thành sửa bài: 18/10/2016
Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016