Nghiên cứu khả năng dính bám của đá dăm khu vực phía nam với nhựa đường sử dụng phụ gia chống bong tróc cho mặt đường láng nhựa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
    

NGUYỄN KHOA NAM

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DÍNH BÁM CỦA ĐÁ DĂM KHU
VỰC PHÍA NAM VỚI NHỰA ĐƯỜNG SỬ DỤNG PHỤ GIA
CHỐNG BONG TRÓC CHO MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG
Mã số ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN QUANG HUY – PGS.TS. NGUYỄN
MẠNH TUẤN
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. LÊ ANH THẮNG
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHAN TÔ ANH VŨ
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 4 tháng 10 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1. TS. LÊ BÁ KHÁNH
2. PGS.TS. LÊ ANH THẮNG
3. TS. PHAN TÔ ANH VŨ
4. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN

5. TS. NGUYỄN XUÂN LONG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. LÊ BÁ KHÁNH

PGS.TS. LÊ ANH TUẤN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN KHOA NAM

MSHV: 1770398

Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1979

Nơi sinh: Tp. Đà Nẵng

Chun ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Giao Thông .. Mã số : 60 58 02 05
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DÍNH BÁM CỦA ĐÁ DĂM KHU VỰC
PHÍA NAM VỚI NHỰA ĐƯỜNG SỬ DỤNG PHỤ GIA CHỐNG BONG TRÓC CHO

MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tổng quan về sự dính bám, phụ gia chống bong tróc cho mặt đường láng
nhựa.
- Thực hiện các thí nghiệm trong phịng để xác định tính bám của ba nguồn cốt liệu với
nhựa đường 60/70, và nhựa đường 60/70 dựa theo ba loại tiêu chuẩn khác nhau gồm
TCVN 7504 :2005, EN 12272 và ASTM D7000.
- Thực hiện các thí nghiệm trong phịng để xác định tính bám của ba nguồn cốt liệu với
nhựa đường 60/70 có hai loại phụ gia chống bong tróc dựa theo ba loại tiêu chuẩn khác
nhau gồm TCVN 7504:2005, EN 12272 và ASTM D7000.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 11/02/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 03/08/2020
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. TRẦN QUANG HUY,
và PGS. TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
TP. HCM, ngày 11 tháng 02 năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRẦN QUANG HUY

PGS.TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS. LÊ ANH TUẤN

-iLỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô của Bộ môn Cầu đường, Khoa
Kỹ thuật Xây dựng, Phòng Đào tạo Sau đại học đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn
tơi trong q trình học tập và nghiên cứu tại Đại học Bách khoa. Với những kiến thức
đã được các thầy cô giảng dạy sẽ giúp đỡ tôi rất nhiều trong công việc và cuộc sống.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn đến thầy TS. Trần Quang Huy và thầy PGS.TS. Nguyễn
Mạnh Tuấn đã quan tâm nhiệt tình hướng dẫn giúp tơi hồn thành luận văn.
Xin cám ơn đến những người thân trong gia đình. Sự động viên, chia sẻ và giúp
đỡ của mọi người là niềm động lực cực lớn đối với tôi trong suốt thời gian học tập và
nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn cũng không thể tránh khỏi những sai sót
mà bản thân chưa nhận ra được. Do vậy, những ý kiến đóng góp của Q Thầy Cơ sẽ
giúp cho luận văn của tơi được hồn chỉnh hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2020
Học viên

Nguyễn Khoa Nam


-iiTÓM TẮT
Hư hỏng mặt đường láng nhựa hiện nay là một trong những vấn đề cấp thiết hiện
nay ở Việt Nam. Ngoài các nguyên nhân khác gây ra hư hỏng thì ngun nhân hư
hỏng mặt đường do sự dính bám kém của cốt liệu với nhựa đường cần được xem xét,
đồng thời việc nghiên cứu bổ sung thêm phụ gia để tăng cường tính dính bám giữa
nhựa đường và cốt liệu là cần thiết, nhằm giảm hư hỏng và tăng thời gian khai thác
của mặt đường láng nhựa. Ở Việt Nam, TCVN 7504:2005 được sử dụng để đánh giá
sự dính bám của nhựa đường và cốt liệu tuy nhiên phương pháp này là đánh giá chất
lượng bằng quan sát trực quan. Trong khi đó trên thế giới có các phương pháp xác
định tính dính bám thơng q các giá trị cụ thể. Luận văn giới thiệu phương pháp thí

nghiệm va đập và thí nghiệm quét bề mặt để xác định độ dính bám của nhựa đường
và cốt liệu, đồng thời sử dụng phụ gia chống bong tróc Tough Fix Hyper và Wetfix
Be để đánh giá khả năng dính bám của cốt liệu. Luận văn cịn so sánh hiệu quả của
thí nghiệm va đập, thí nghiệm quét bề mặt với TCVN 7504:2005.


-iiiABSTRACT
Distresses in asphalt pavement surface treatments is currently one of the most
urgent problems in Vietnam. In addition to other causes of the distresses, the cause
of the damage to the road surface due to the poor adhesion of the aggregate with
asphalt binder should be considered, and the study of adding additives to enhance the
adhesion aggregate and asphalt binder are necessary, reducing the damage and
increasing useful life of the asphalt pavement surface treatments. In Vietnam,
Vietnam specification TCVN 7504: 2005 is used to evaluate the adhesion of asphalt
binder and aggregate, however, this method is to assess quality by visual observation.
Meanwhile, in the world, there are many methods of determining adhesion through
specific values. The thesis introduces the Vialit plate shock test method and Sweep
test to determine the adhesion of asphalt binder and aggregate, and use additives
which are Tough Fix Hyper and Wetfix Be to evaluate the adhesion of asphalt and
aggregate. The thesis also compares the effectiveness of Vialit plate shock test, Sweep
test with TCVN 7504: 2005.


-ivLỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DÍNH
BÁM CỦA ĐÁ DĂM KHU VỰC PHÍA NAM VỚI NHỰA ĐƯỜNG SỬ DỤNG
PHỤ GIA CHỐNG BONG TRÓC CHO MẶT ĐƯỜNG LÁNG NHỰA” là kết quả
nghiên cứu của cá nhân tôi và được hướng dẫn bởi thầy TS. Trần Quang Huy và thầy
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Tuấn. Các số liệu thu được là trung thực, khách quan. Việc
tham khảo tài liệu (nếu có) đều được trích dẫn phù hợp.

Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung được thể thiện trong luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 6 năm 2020

Nguyễn Khoa Nam


-v-

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG.................................................................. 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 1
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 2
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 2
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 2
1.4 Nội dung luận văn ......................................................................................... 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 2
1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài....................................... 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC..................................... 4
2.1 Tổng quan mặt đường láng nhựa ................................................................ 4
2.1.1 Khái niệm ................................................................................................ 4
2.1.2 Phân loại mặt đường ............................................................................... 4
2.1.3 Các phương pháp thiết kế mặt đường láng nhựa .................................... 7
2.1.4 Yêu cầu vật liệu ..................................................................................... 13
2.1.5 Các hư hỏng và nguyên nhân hư hỏng mặt đường láng nhựa............... 22
2.2 Tổng quan về dính bám của nhựa đường và cốt liệu, phụ gia chống
bong
tróc

....................................................................................................................... 26
2.2.1 Sự dính bám của nhựa đường và cốt liệu .............................................. 26
2.2.2 Cơ chế bong mối liên kết ...................................................................... 28
2.2.3 Phụ gia chống bong tróc........................................................................ 31

2.3 Các phương pháp thí nghiệm đánh giá dính bám giữa nhựa đường với
cốt
liệu

....................................................................................................................... 34

2.4 Các nghiên cứu tính dính bám giữa chất kết dính và cốt liệu ................ 35
2.4.1 Một số kết quả nghiên cứu về thí nghiệm va đập và thí nghiệm quét bề
mặt trên thế giới .................................................................................................... 35
2.4.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam .................................................................. 37
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ DÍNH BÁM ....................... 39
3.1 Lựa chọn vật liệu ......................................................................................... 39


-vi3.1.1 Cốt liệu .................................................................................................. 39
3.1.2 Nhựa đường ........................................................................................... 40
3.1.3 Phụ gia chống bong tróc........................................................................ 41
3.2 Phương pháp xác định độ dính bám nhựa với đá theo TCVN
7504:2005.................................................................................................................. 42
3.2.1 Thiết bị dụng cụ .................................................................................... 42
3.2.2 Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 42
3.2.3 Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 43
3.2.4 Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 44
3.3 Phương pháp thí nghiệm va đập EN 12272-3:2003 ................................. 46
3.3.1 Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 46

3.3.2 Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 48
3.3.3 Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 48
3.3.4 Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 50
3.4 Thí nghiệm quét bề mặt ASTM D7000 ..................................................... 53
3.4.1 Thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 53
3.4.2 Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 55
3.4.3 Phương pháp thí nghiệm ....................................................................... 56
3.4.4 Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 58
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ...................................... 64
4.1 Đánh giá khả năng dính bám theo TCVN 7504: 2005 ............................. 64
4.2 Đánh giá khả năng dính bám theo thí nghiệm va đập EN 122723:2003 64
4.3 Đánh giá khả năng dính bám theo thí nghiệm quét bề mặt ASTM
D7000 65
4.3.1 Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70.............................................. 65
4.3.2 Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70 + 0,15% Tough Fix Hyper .. 66
4.3.3 Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70 + 0,3% Wetfix Be ............... 67
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .......................................................... 70


-viiDANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Trường hợp sử dụng các kiểu láng nhựa nóng [1] .................................... 7
Bảng 2.2: Các thơng số sử dụng trong các phương pháp thiết kế láng nhựa khác
nhau [4] ..................................................................................................................... 12
Bảng 2.3: Kích cỡ cốt liệu dùng trong mặt đường láng nhựa [3] ............................ 14
Bảng 2.4: Chủng loại cốt liệu dung trong mặt đường láng nhựa [3] ....................... 16
Bảng 2.5: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá nhỏ dùng trong láng nhựa nóng [1] . 17
Bảng 2.6: Các loại kích cỡ đá nhỏ (theo lỗ sàng vng) dùng trong các lớp láng
nhựa nóng [1]............................................................................................................ 18
Bảng 2.7: Một số loại nhựa đường sử dụng ở USA [3] ............................................ 19
Bảng 2.8: Các chỉ tiêu chất lượng của nhựa đường [5] ........................................... 20

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của ba loại đá .............................................................. 39
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của nhựa đường 60/70 ......................................................... 40
Bảng 3.3: Kết quả dính bám theo TCVN 7504:2005 ................................................ 44
Bảng 3.4: Kết quả độ dính bám cơ học ..................................................................... 51
Bảng 3.5: Khối lượng cốt liệu dùng trong thí nghiệm .............................................. 55
Bảng 3.6: Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70 ................................................. 58
Bảng 3.7: Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70 + 0,15% Tough Fix Hyper ..... 60
Bảng 3.8: Kết quả dính bám với nhựa đường 60/70 + 0,3% Wetfix Be ................... 61


-viiiDANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Thi cơng láng nhựa đường hành lang ven biển phía Nam, Cà Mau. ......... 4
Hình 2.2: Các loại mặt đường láng nhựa trên thế giới. [3] ....................................... 6
Hình 2.3: Láng nhựa 1 lớp: 1-nhựa, 2 - đá. [2] ......................................................... 6
Hình 2.4: Láng nhựa 2 lớp: 1- nhựa lớp 1, 2 – đá lớp 1, 3- nhựa lớp 2, 4- đá lớp 2.
[2] ................................................................................................................................ 6
Hình 2.5: Kích cỡ cốt liệu dùng trong mặt đường láng nhựa một lớp. [3] .............. 14
Hình 2.6: Phân bố lựa chọn chất kết dính ở Bắc Mỹ. [3]......................................... 19
Hình 2.7: Chảy nhựa mặt đường. [6] ....................................................................... 23
Hình 2.8: Bong tróc và bong bật mặt đường nhựa. [6] ............................................ 24
Hình 2.9: Bong rời vật liệu bề mặt đường nhựa. [6] ................................................ 24
Hình 2.10: Mài mịn cốt liệu. [6] .............................................................................. 25
Hình 2.11: Ổ gà trên mặt đường. [6] ........................................................................ 25
Hình 2.12: Lượn sóng. [6] ........................................................................................ 26
Hình 2.13: Hiện tượng giảm giao diện giữa bitum-nước khi có nước xuất hiện.
[7] .............................................................................................................................. 29
Hình 2.14: Sự hình thành hiện tượng phồng rộp và rỗ ở hỗn hợp bitum. [7] .......... 30
Hình 2.15: Số lượng cơ quan sử dụng chất kết dính cải tiến. [3]............................. 32
Hình 2.16: Phụ gia chống bong tróc Tough Fix Hyper. [8] ..................................... 32
Hình 2.17: Kết quả thí nghiệm nhựa đường sử dụng Tough Fix Hyper. [8] ............ 33

Hình 2.18: Cấu trúc hóa học của Wetfix Be. [11] .................................................... 34
Hình 2.19: Biều đồ kết quả cốt liệu mất mát. [17] ................................................... 36
Hình 2.20: Biều đồ kết quả mất mát khối lượng các loại cốt liệu [19] .................... 37
Hình 2.21: Kết quả mất mát khối lượng các loại cốt liệu. [20] ................................ 37
Hình 3.1: Ba loại đá: (a) Đồng Nai, (b) đá An Giang, (c) đá Bình Dương.............. 40
Hình 3.2: Phụ gia Tough Fix Hyper trộn với nhựa đường 60/70. ............................ 41
Hình 3.3: Phụ gia Wetfix Be. .................................................................................... 41
Hình 3.4: Đá 30-40mm: (a)Đá Đồng Nai;(b)Đá An Giang; (c) Đá Bình Dương. ... 42
Hình 3.5: Quy trình thí nghiệm TCVN 7504:2005: .................................................. 43
Hình 3.6: Mẫu nhựa đường 60/70 với ba loại đá: ................................................... 44
Hình 3.7: Mẫu nhựa đường 60/70 + 0,15% Tough Fix Hyper với ba loại đá: ....... 45
Hình 3.8: Mẫu nhựa đường 60/70 + 0,3% Wetfix Be với ba loại đá: ...................... 45


-ixHình 3.9: Mẫu nhựa đường với đá Đồng Nai, đá An Giang, đá Bình Dương: ....... 46
Hình 3.10: Tấm thép 200x200mm. ........................................................................... 47
Hình 3.11: Bàn thí nghiệm. ...................................................................................... 47
Hình 3.12: Con lăn cao su. ...................................................................................... 48
Hình 3.13: Đổ nhựa đường lên tấm thép. ................................................................ 49
Hình 3.14: Quy trình thí nghiệm va đập: ................................................................. 50
Hình 3.15: Mẫu thí nghiệm dính bám cơ học nhựa đường 60/70 với ba loại đá: .... 52
Hình 3.16: Mẫu thí nghiệm dính bám cơ học nhựa 60/70 + 0,15% Tough Fix
Hyper với ba loại đá: ................................................................................................ 52
Hình 3.17: Mẫu thí nghiệm dính bám cơ học nhựa 60/70 + 0,3% Wetfix Be với ba
loại đá: ...................................................................................................................... 53
Hình 3.18: Các bộ phận chủ yếu trong thí nghiệm quét bề mặt: .............................. 54
Hình 3.19: Quy trình thí nghiệm qt bề mặt: .......................................................... 58
Hình 3.20: Mẫu nhựa đường 60/70 và đá sau khi thí nghiệm qt bề mặt: ............. 60
Hình 3.21: Mẫu nhựa đường 60/70 + 0,15% Tough Fix hyper và đá sau khi thí
nghiệm qt bề mặt: .................................................................................................. 61

Hình 3.22: Mẫu nhựa đường 60/70 + 0,3% Wetfix Be và đá sau khi thí nghiệm qt
bề mặt: ....................................................................................................................... 62
Hình 3.23: Các mẫu sau khi thí nghiệm quét bề mặt. ............................................... 63
Hình 4.1: Biểu đồ độ dính bám. ................................................................................ 64
Hình 4.2: Biểu đồ độ dính bám cơ học. .................................................................... 65
Hình 4.3: Quan hệ của độ dính bám và thời gian bảo dưỡng- Nhựa 60/70. ............ 66
Hình 4.4: Quan hệ của độ dính bám và thời gian bảo dưỡng- Nhựa đường 60/70 +
0,15% Tough Fix Hyper. ........................................................................................... 66
Hình 4.5: Quan hệ của độ dính bám và thời gian bảo dưỡng- Nhựa đường 60/70 +
0,3% Wetfix Be. ......................................................................................................... 67
Hình 4.6: Kết quả dính bám với thời gian bảo dưỡng 1h. ........................................ 68
Hình 4.7: Kết quả dính bám với thời gian bảo dưỡng 3h. ........................................ 69


-xDANH MỤC CƠNG THỨC

(1)

Giá trị dính bám thí nghiệm va đập. ................................................................... 50

(2)

Khối lượng cốt liệu trong thí nghiệm quét bề mặt. ............................................. 55

(3)

Phần trăm khối lượng mất mát trong thí nghiệm quét bề mặt ............................ 58


-1-

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển của nền kinh tế và cơ sở hạ tầng giao thơng thì lưu
lượng giao thơng ngày càng nhiều dẫn đến mặt đường bê tông nhựa hay mặt đường
láng nhựa trong quá trình khai thác bị hư hỏng. Ngoài các nguyên nhân khác gây ra
hư hỏng thì ngun nhân hư hỏng mặt đường do sự dính bám kém của đá với nhựa
đường cần được xem xét.
Ngoài việc lựa chọn vật liệu đá và nhựa đường đảm bảo u cầu kỹ thuật để thi
cơng thì việc bổ sung thêm phụ gia để tăng cường tính dính bám giữa nhựa và đá là
cần thiết, giảm hư hỏng của mặt đường. Việc đánh giá khả năng dính bám giữa đá với
nhựa đường sử dụng phụ gia chống bong tróc để nâng cao chất lượng mặt đường nhựa,
giảm hư hỏng và giảm chi phí bảo dưỡng trong q trình khai thác là một vấn đề cần
thiết. Nội dung chính của đề tài dựa trên cơ sở lựa chọn loại đá, nhựa đường và phụ
gia chống bong tróc, thực hiện các thí nghiệm tính dính bám của đá và nhựa pha phụ
gia chống bong tróc để đánh giá khả năng dính bám các loại đá với nhựa đường khơng
có phụ gia, khả năng dính bám các loại đá và nhựa đường sử dụng phụ gia chống bong
tróc.
Đề tài “Nghiên cứu khả năng dính bám của đá dăm khu vực phía Nam với
nhựa đường sử dụng phụ gia chống bong tróc cho mặt đường láng nhựa” để nâng
cao chất lượng mặt đường nhựa, giảm hư hỏng và giảm chi phí bảo dưỡng trong quá
trình khai thác là một vấn đề cần thiết.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Thơng qua các thí nghiệm tính dính bám giữa đá, nhựa đường, phụ gia chống
bong tróc để đánh giá khả năng dính bám của các loại đá và nhựa đường khơng sử
dụng phụ gia, khả năng dính bám của các loại đá và nhựa đường sử dụng phụ gia
chống bong tróc. Từ đó có thể lựa chọn được các loại đá phù hợp và nhựa đường có

sử dụng hay khơng sử dụng phụ gia chống bong tróc phục vụ thi công.


-2-

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khả năng dính bám giữa đá dăm, nhựa đường
và phụ gia chống bong tróc sử dụng chủ yếu trong mặt đường láng nhựa.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau:
-

Cốt liệu được sử dụng trong nghiên cứu là 3 loại đá dăm tại khu vực phía Nam
là đá Đồng Nai, đá An Giang và đá Bình Dương.

-

Nhựa đường 60/70 Shell.

-

Phụ gia chống bong tróc gồm Tough Fix Hyper và Wetfix Be.

1.4 Nội dung luận văn
Cấu trúc luận văn bao gồm các chương sau:
-

Chương 1: Giới thiệu.

-

Chương 2: Tổng quan và cơ sở khoa học.

-

Chương 3: Phương pháp xác định độ dính bám.

-

Chương 4: Đánh giá khả năng dính bám.

-

Chương 5: Kết luận, kiến nghị.

1.5 Phương pháp nghiên cứu
Luận văn được thực hiện chủ yếu bằng hai phương pháp sau:
-

Phương pháp lý thuyết đưa ra các phương pháp đánh giá tính dính bám giữa
nhựa đường với đá.

-

Phương pháp thực nghiệm:
+ Thí nghiệm trong phịng tính dính bám của nhựa đường khi khơng có pha phụ
gia và khi có pha phụ gia chống bong tróc với các loại đá dăm theo các phương
pháp TCVN 7504:2005, thí nghiệm va đập EN 12272-3:2003 và thí nghiệm quét
bề mặt ASTM D7000.

+ Đánh giá độ dính bám theo kết quả thí nghiệm.


-3-

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu khả năng dính bám của đá dăm khu vực phía Nam với
nhựa đường sử dụng phụ gia chống bong tróc cho mặt đường láng nhựa” đánh
giá độ dính bám của cốt liệu với nhựa đường trong mặt đường láng nhựa, tính hiệu
quả của phụ gia chống bong tróc, góp phần nâng cao chất lượng, giảm hư hỏng, tăng
thời gian sử dụng và giảm chi phí bảo dưỡng trong q trình khai thác mặt đường láng
nhựa.


-4-

CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

2.1 Tổng quan mặt đường láng nhựa
2.1.1 Khái niệm
Mặt đường láng nhựa là mặt đường được thi công bằng cách tưới phun một lớp
nhựa trên bề mặt rồi rải một lớp vật liệu đá và lu lèn thành một lớp mỏng gọi là láng
nhựa một lớp. Lặp lại quá trình trên hai hoặc ba lần thì được mặt đường láng nhựa hai
lớp hay ba lớp. [1]
Lớp láng mặt bằng nhựa và đá được dùng cho loại đường làm mới hoặc cũ. Lớp
láng mặt có tác dụng làm giảm bớt độ bào mịn của mặt đường, nâng cao độ nhám,
giữ mặt đường không để nước thấm xuống và nâng cao điều kiện vệ sinh. [2]

Hình 2.1: Thi cơng láng nhựa đường hành lang ven biển phía Nam, Cà Mau.
2.1.2 Phân loại mặt đường
Mặt đường láng nhựa được phân loại tùy thuộc vào trình tự xây dựng, chức năng
và kích thước của cốt liệu. Theo các tiêu chí đó, mặt đường láng nhựa được phân


-5-

thành các loại như Hình 2.2. [3]

(a) Láng nhựa một lớp

(b) Láng nhựa hai lớp

(c) Láng nhựa đặc biệt

(d) Láng nhựa chèn vữa xi măng (Cape seal)

(e) Láng nhựa nghịch


-6-

(f) Láng nhựa đá kép (sandwich seal)

(g) Láng nhựa củng cố bề mặt
Hình 2.2: Các loại mặt đường láng nhựa trên thế giới [3].
Theo tiêu chuẩn Việt Nam [1] tùy theo mục đích sử dụng, láng nhựa nóng mặt
đường được thi công theo kiểu láng nhựa một, hai hay ba lớp. Trong đó tổng chiều
dày lớp láng nhựa khơng vượt quá 4cm. [2]

Hình 2.3: Láng nhựa 1 lớp: 1-nhựa, 2 - đá [2].

Hình 2.4: Láng nhựa 2 lớp: 1- nhựa lớp 1, 2 – đá lớp 1, 3- nhựa lớp 2, 4- đá lớp 2 [2].


-7-

Bảng 2.1: Trường hợp sử dụng các kiểu láng nhựa nóng [1]
Kiểu láng

Trường hợp sử dụng

nhựa
1. Láng nhựa
một lớp

- Khi lớp láng nhựa cũ bị bào mòn nhiều hoặc hư hỏng
- Khi mặt đường nhựa cũ các loại bị bào mịn, trơn trượt nhưng
lưu lượng xe khơng lớn.

2. Láng nhựa hai - Khi cần tăng thêm độ nhám, phục hồi độ bằng phẳng cho các
lớp

loại mặt đường khác nhau;
- Khi cần bảo vệ và nâng cao chất lượng khai thác của mặt
đường đá dăm, cấp phối đá dăm có hoặc không gia cố với xi
măng hoặc với các chất liên kết vô cơ khác.

3. Láng nhựa ba

lớp

- Khi cần bảo vệ và nâng cao chất lượng khai thác của mặt
đường cấp phối có lưu lượng xe lớn hơn 80 xe/ngày đêm (đã
quy đổi ra xe có trục 10 T) mà chưa có điều kiện để làm lớp mặt
đường nhựa (thấm nhập nhựa, bê tông nhựa...) lên trên.

2.1.3 Các phương pháp thiết kế mặt đường láng nhựa
Thiết kế láng nhựa đã có lịch sử dựa trên kinh nghiệm trong quá khứ hoặc khái
niệm kỹ thuật nhất định. Do sự thay đổi liên tục của các đặc tính vật liệu, thiết bị xây
dựng, khí hậu và quan trọng nhất là sự thay đổi của điều kiện bề mặt hiện có ở các khu
vực khác nhau, các nhà thầu thường thiết kế láng nhựa dựa trên kinh nghiệm trong
lĩnh vực này. [3]
Các phương pháp thiết kế láng nhựa trên thế giới được nêu như sau [4]:
2.1.3.1 Phương pháp Hanson
Nỗ lực đầu tiên để phát triển một quy trình thiết kế cho các đường láng nhựa
được thực hiện bởi FM Hanson (1935). Ông đã nêu rằng các lỗ rỗng giữa các cốt liệu
sau khi trải đều trên mặt đường, tình trạng lăn bánh và tình trạng giao thơng lần lượt


-8-

trở thành gần 50%, 30% và 20%. Ông cũng nêu rằng sau khi lưu thơng, do hình dạng
cốt liệu, cốt liệu có xu hướng nằm ở phía phẳng nhất của chúng và do đó, kích thước
tối thiểu trung bình gần bằng với độ dày trung bình của cốt liệu sau khi xây dựng.
Hanson (1935) tập trung vào tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng trong phương pháp thiết kế
của mình. Ơng khơng bao gồm tiêu chí độ sâu lún; tuy nhiên, ông chỉ ra rằng khu vực
lỗ rỗng giữa các cốt liệu phải được lấp đầy bằng 60% đến 75% chất kết dính cịn lại,
tương ứng với độ sâu lún 60% đến 75%.
2.1.3.2 Phương pháp Kearby

Kearby (1953) là kỹ sư đầu tiên phát triển phương pháp thiết kế đường láng
nhựa liên quan đến việc xác định tỷ lệ ứng dụng vật liệu. Ơng đã phát triển một chun
khảo, sử dụng kích thước trung bình của cốt liệu, phần trăm độ sâu lún và phần trăm
lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm đầu vào để có được tỷ lệ xi măng nhựa đường. Một trong
những nhược điểm của phương pháp thiết kế Kearby là phần trăm lỗ rỗng và phần
trăm độ sâu lún bị giới hạn; và phạm vi kích thước tổng hợp cũng khác nhau giữa
1/8’’ và 1’’. Một nhược điểm khác theo Kearby (1953) là ảnh hưởng giao thơng và
tính bền cốt liệu không được đưa vào chuyên khảo.
2.1.3.3 Phương pháp McLeod
Sau cơng trình của Hanson (1935) về đường láng nhựa, N. McLeod đã tạo ra
một quy trình thiết kế mới cho láng nhựa dựa trên nghiên cứu của Hanson. Mục tiêu
của McLeod là tìm ra tỷ lệ ứng dụng cốt liệu và chất kết dính nên được áp dụng tại
cơng trình (McLeod, 1969).
Kích thước cốt liệu, hình dạng và trọng lực riêng đóng một vai trị quan trọng
trong việc tính tốn tỷ lệ ứng dụng cốt liệu. Tuy nhiên, đối với tỷ lệ chất kết dính áp
dụng, có các loại tham số khác nhau cần được xem xét, bao gồm cấp phối và hình
dạng cốt liệu, tình trạng giao thơng, phần trăm cịn lại của chất kết dính nhựa đường,
tình trạng chất kết dính rị rỉ bề mặt đường hiện tại và độ hấp thụ chất kết dính của cốt
liệu. McLeod đã sử dụng lý thuyết của Hanson và chấp nhận rằng các lỗ rỗng giữa
các hạt trong điều kiện lỏng lẻo là khoảng 50%, sau đó sau khi lu lèn và lưu thơng, nó


-9-

trở thành gần 30% và 20%, tương ứng. Các lỗ rỗng giữa các cốt liệu sau một lưu lượng
lưu thông nhất định là 20%, điều đó có nghĩa là các cốt liệu bao phủ chiếm 80% áp
dụng láng nhựa.
Độ sâu lún không phải là đầu vào trực tiếp cho cả cốt liệu và chất kết dính tính
tốn tỷ lệ áp dụng. Tuy nhiên, nó được gián tiếp đưa vào hiệu chỉnh lưu lượng trong
q trình tính tốn tỷ lệ áp dụng chất kết dính. Nói cách khác, hệ số lưu lượng giao

thông, phụ thuộc vào lưu lượng giao thông dự đoán, được điều chỉnh sao cho phần
trăm độ sâu lún sau khi lưu thông đưa ra là 70%.
2.1.3.4 Phương pháp Kearby cải tiến
Nỗ lực đầu tiên để sửa đổi Phương pháp Kearby là nghiên cứu Epps et
al. (1974). Họ đã cố gắng thay đổi chuyên khảo thiết kế Kearby để các cốt liệu tổng
hợp có độ xốp cao có thể được sử dụng trong thiết kế. Sau đó, trong một hoạt động
nghiên cứu khác, Epps et al. (1981) đã cố gắng điều chỉnh phương pháp thiết kế
Kearby sao cho thiết kế phù hợp với các thực hiện tại hiện trường. Holmgreen et
al. (1985) đã nghiên cứu hiệu suất của các đoạn láng nhựa được thiết kế theo phương
pháp Kearby bằng cách sử dụng dữ liệu được thu thập từ hai nghiên cứu trước đó và
họ thấy rằng tỷ lệ áp dụng nhựa đường tính tốn là khơng đủ để giữ cốt liệu.
Tỷ lệ áp dụng cốt liệu cho phương pháp Kearby đã sửa đổi được tính bằng cách
sử dụng phép đo của phương pháp thử nghiệm trong phịng thí nghiệm mới, “Board
Test”, được sử dụng để tìm số lượng cốt liệu ở vị trí đá dày trên một sân vng. Thử
nghiệm này tìm thấy số lượng cốt liệu tính bằng lb/yd2 bằng cách chia trọng lượng
cốt liệu cho khu vực cốt liệu áp dụng. Tỷ lệ nhựa đường đã được sửa đổi bằng cách
thêm giao thơng và tình trạng mặt đường hiện có. Sửa đổi khác là thay đổi đường cong
trong mối quan hệ giữa độ sâu trung bình và tỷ lệ phần trăm lún.
Phần trăm độ sâu lún có thể đạt được bằng cách sử dụng độ dày trung bình; nói
cách khác, chiều cao trung bình cốt liệu. Đồng thời, phần trăm độ sâu nhúng có thể
được chọn thủ công mà không cần đề xuất phương pháp theo độ sâu trung bình. Trong
thiết kế, đề xuất rằng độ sâu lún 30 ± 10% và 70 ± 10% phải đạt được ngay sau khi


-10-

xây dựng và sau hai năm sử dụng tương ứng.
2.1.3.5 Phương pháp Road Note 39
Quy trình thiết kế Road Note 39 được phát triển bởi Phịng thí nghiệm nghiên
cứu giao thơng của Anh. Quy trình thiết kế này được phát triển bằng cách thiết kế các

loại hệ thống khác nhau dựa trên các thông số khác nhau mô phỏng các điều kiện và
giao thông khác nhau trên mặt đường. Các bước thiết kế bao gồm lựa chọn loại đầm
(như láng lựa 1 lớp, láng nhựa 2 lớp, v.v.), lựa chọn chất kết dính và loại cốt liệu, xác
định tỉ lệ chất kết dính và cốt liệu.
Mức lưu lượng, độ cứng mặt đường hiện tại và kích thước của cốt liệu là đầu
vào chính để xác định tỷ lệ áp dụng chất kết dính. Loại cốt liệu và hình dạng, điều
kiện bề mặt hiện có, khí hậu, hình học của mặt đường và tốc độ giao thông là các đầu
vào thứ cấp được sử dụng để xác định tỷ lệ áp dụng chất kết dính. Mặt khác, tỷ lệ cốt
liệu áp dụng, được xác định bởi BS EN 12272-1, đưa hình dạng cốt liệu, kích thước
và tỉ trọng tương đối vào số liệu.
Trong Road Note 39, mặc dù độ sâu lún được đề cập trong khi nêu rõ ảnh hưởng
của một số thông số nhất định như độ cứng đường và khí hậu đối với độ sâu lún, khơng
có thơng số kỹ thuật trực tiếp về độ sâu lún.
2.1.3.6 Phương pháp Austroads
Phương pháp Austroads xem xét nhiều yếu tố trong quá trình tính tốn chất kết
dính và tỷ lệ cốt liệu áp dụng. Quy trình thiết kế này cũng được báo cáo NCHRP 680
chọn là phương pháp thiết kế được kiến nghị cho áp dụng láng nhựa của Mỹ.
Phương pháp Austroads dựa trên các giả định nhất định về sự xem xét cốt
liệu, lưu lượng và lún. Các cốt liệu được giả định là một lớp đá dày với hàm lượng hạt
thoi dẹt từ 15% đến 25%. Quy trình thiết kế này có hiệu lực đối với lưu lượng lớn
dưới 10% và khoảng 2 năm sau khi xây dựng, phần trăm độ sâu lún được giả định là
từ 50% đến 60%.
Trong phương pháp thiết kế này, tỷ lệ áp dụng chất kết dính cơ bản được tính
theo tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng giữa các cốt liệu được lấp đầy bằng nhựa đường, lỗ rỗng


-11-

giữa các cốt liệu, lưu lượng và loại lưu lượng.
Ngoài tỉ lệ áp dụng chất kết dính cơ bản, tỉ lệ áp dụng chất kết dính thiết kế

được tính bằng cách thêm các sửa đổi khác tùy thuộc vào kết cấu của bề mặt hiện
tại, cốt liệu lún vào bề mặt hiện tại (chất nền), hấp thụ chất kết dính vào chất nền và
cốt liệu. Tỷ lệ áp dụng các cốt liệu được xác định bằng cách xem xét mức độ giao
thơng, kích thước cốt liệu và hình dạng. Trong phương pháp thiết kế Austroads, tỷ lệ
cốt liệu chỉ được tính theo đơn vị mét vng trên mét khối (m2 / m3).
2.1.3.7 Phương pháp South African, TRH3
Phương pháp thiết kế South African được phát triển để thiết kế các loại láng
nhựa khác nhau như láng nhựa 1 lớp, 2 lớp (với chất kết dính thơng thường hoặc chất
kết dính cải tiến). Các thiết kế South African cho các loại láng nhựa khác nhau chủ
yếu dựa trên khái niệm thiết kế Hanson, trong đó chất kết dính nhựa đường lấp đầy lỗ
rỗng giữa các cốt liệu và kích thước trung bình nhỏ nhất xác định các lỗ rỗng này. Một
trong những giả định mà phương pháp thiết kế này đưa ra là, để ngăn ngừa mất mát
cốt liệu, khoảng 42% lỗ rỗng giữa các cốt liệu (tương đương khoảng 30% chiều cao)
phải được lấp đầy bởi chất kết dính.
Có hai tỷ lệ chất kết dính khác nhau được mơ tả trong phương pháp thiết kế
South African; tỉ lệ áp dụng chất kết dính lạnh và nóng. Tỷ lệ áp dụng chất kết dính
nóng là tỷ lệ áp dụng chất kết dính rịng được sử dụng trong xây dựng; trong khi đó,
tỉ lệ áp dụng chất kết dính lạnh là tỉ lệ áp dụng trước khi trừ đi phần phụ như nước
trong nhũ tương trước khi bay hơi. Tỷ lệ áp dụng chất kết dính cịn lại được gọi là tỷ
lệ chất kết dính lạnh rịng. Kích thước cốt liệu về kích thước tối thiểu trung bình, mức
độ giao thơng , độ cứng đường được đo bằng kiểm tra độ xuyên bóng và kết cấu mong
muốn ở cuối là các tham số đầu vào cần thiết để tính tỷ lệ áp dụng chất kết dính
lạnh. Khí hậu, điều kiện bề mặt hiện tại, hình học đường về độ dốc là các đầu vào thứ
cấp để điều chỉnh tốc độ ứng dụng chất kết dính lạnh. Cuối cùng, tỷ lệ áp dụng chất
kết dính nóng được sử dụng trong xây dựng được tính bằng cách nhân tỷ lệ chất kết
dính lạnh rịng và hệ số chuyển đổi tùy thuộc vào loại chất kết dính. Tỉ lệ cốt liệu có


-12-

được bằng biểu đồ thiết kế trong đó kích thước trung bình, chỉ số hạt thoi dẹt và thơng
tin loại láng nhựa được lấy làm đầu vào.
Các yếu tố ảnh hưởng đến cả tỷ lệ áp dụng cốt liệu và chất kết dính cho mỗi
phương pháp thiết kế láng nhựa được tóm tắt trong Bảng 2.2. Mặc dù tiêu chí lún sâu
không phải là một đầu vào trực tiếp trong phương trình thiết kế tại các phương pháp
thiết kế láng nhựa, tất cả các phương pháp thiết kế đề cập rằng độ sâu lún là một trong
những tiêu chí quan trọng nhất cần đạt được ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, tất cả
các phương pháp thiết kế đề xuất độ sâu lún phần trăm nhất định ngay sau khi xây
dựng và sau một số năm sử dụng.
Bảng 2.2: Các thông số sử dụng trong các phương pháp thiết kế láng nhựa khác

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Mức độ giao thông

X

X

X

X

X

Hàm lượng chất kết dính cịn lại

X

X

X

Điều kiện mặt đường hiện hữu

X

X

X

Hấp thụ cốt liệu

X

Phương pháp thiết kế

Hệ số lỗ rỗng giữa các cốt liệu
Kích thước cốt liệu và hình dạng
Cốt liệu khơ
Đơn vị trọng lượng
Phần trăm độ sâu lún

X

South
African,
TRH3

McLeod

Austroads

Kearby

Road Note
39

Hanson

Kearby cải
tiến

nhau [4]

X

X

X

X

Độ cứng mặt đường hiện hữu

X

Khí hậu

X

Hình học của đường

X

X

X
X

X

X