Nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối và vôi đến khả năng chống ẩm của bê tông nhựa chặt 12 5

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

ĐINH NHẬT CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI VÀ VÔI
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ẨM CỦA BÊ TÔNG NHỰA
CHẶT 12.5
Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG
Mã số ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: 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 21 tháng 06 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



LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Đại học Bách khoa, tôi đã được tập thể
thầy cô của Bộ môn Cầu đường, Khoa Kỹ thuật Xây dựng giảng dạy và hướng dẫn rất
nhiệt tình. Tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cơ. Bên cạnh đó, xin gửi
lời cảm ơn đến Phịng Đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi để tơi có thể
hồn thành luận văn và bảo vệ đúng thời hạn.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn đến Thầy Nguyễn Mạnh Tuấn, Chủ nhiệm Bộ môn Cầu
đường. Những kinh nghiệm và kiến thức được chia sẻ từ Thầy trong quá trình hướng
dẫn luận văn sẽ là hành trang quý giá cho tôi trên con đường nghiên cứu sắp tới. 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 lớn lao đối với tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu.
Quá trình làm nghiên cứu, tôi tiếp thu được nhiều kiến thức mới. Bên cạnh đó, tơi
cũng khơng thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đề tài mà bản thân
chưa nhận ra được. Do vậy, những ý kiến đóng góp của Quý thầy cô, đồng nghiệp sẽ
giúp cho luận văn của tơi được hồn chỉnh hơn.
Cuối cùng, xin kính chúc tồn thể q thầy cơ, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp thật

nhiều sức khỏe.
Trân trọng cảm ơn tất cả một lần nữa.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2020
Học viên

Đinh Nhật Cường


TÓM TẮT
Do sự tăng nhanh về lưu lượng và tải trọng, kết hợp với đó là hay bị ngập lụt
thường xuyên, gây ra nhiều hư hỏng cho mặt đường bê tơng nhựa (BTN). Để giải
quyết vấn đề đó, đã có nhiều nghiên cứu cải tiến chất lượng BTN được công bố, trong
đó có nghiên cứu việc sử dụng vơi với nguồn cốt liệu có sẵn và giá thành rẻ nhưng vẫn
đạt được hiệu quả mong muốn.
Trên thế giới đã có những nghiên cứu cụ thể và chuyên sâu về sự ảnh hưởng của
vôi đến hỗn hợp BTN. Họ đã sử dụng nhiều nhiều loại vơi như: vơi thủy hóa, bụi lị
vơi, vơi thải tái chế… với các tỷ lệ phần trăm khác nhau để tiến hành thí nghiệm. Kết
quả cho thấy BTN sử dụng hàm lượng vôi tối ưu sẽ giúp nâng cao chất lượng làm việc
của mặt đường BTN.
Tại Việt Nam, tận dụng nguồn cốt liệu có sẵn nên cũng có các nghiên cứu về việc
sử dụng vơi trong hỗn hợp BTN nhằm cải tiến chất lượng làm việc của mặt đường
BTN nhưng vẫn còn rất hạn chế. Trong thực trạng đường xá nước ta như hiện nay để
có thể tiến tới áp dụng thực tế và phổ biến thì cần có những nghiên cứu cụ thể và đầy
đủ hơn nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của BTN có sử dụng vơi.
Trong nghiên cứu này, đã sử dụng vơi thủy hóa thay thế một phần bột khống trong
hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định 12.5mm (BTNC 12.5) với các
tỷ lệ % khác nhau như: 0; 10; 20; 30 và 40% để tiến hành đánh giá khả năng kháng ẩm
của hỗn hợp BTNC 12.5 thơng qua hàng loạt các thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo
Marshall, thí nghiệm độ ổn định cịn lại BTN, thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép
chẻ, thí nghiệm mơ-đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm mơ-đun phức động, thí nghiệm

vệt hằn bánh xe.
Kết quả đã xác định được hàm lượng vơi thủy hóa tối ưu cho hỗn hợp BTNC 12.5
là 10%. Với 10% vơi thủy hóa thì BTNC 12.5 đã nâng cao chất lượng làm việc của
hỗn hợp BTNC 12.5 trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao.


SUMMARY
Due to the rapid increase in flow and load, combined with frequent flooding, there
is a lot of damage to the asphalt pavement (BTN). To solve that problem, many
studies to improve the quality of asphalt have been published, including research on
the use of lime with available aggregate and low cost but still achieving the desired
effect.
In the world, there are specific and in-depth studies on the effects of lime on asphalt
mixtures. They used many types of lime such as hydrated lime, lime kiln dust,
recycled lime ... with different percentages to conduct experiments. The results show
that asphalt using optimal lime content will help improve the working quality of the
asphalt pavement.
In Vietnam, utilizing available aggregate resources, there are also studies on the use
of lime in asphalt mixtures to improve the working quality of the asphalt pavement,
but still very limited. In the current state of Vietnam's roads, in order to be able to
apply it practically and widely, it is necessary to have more specific and complete
studies to improve the working efficiency of the asphalt concrete using lime.
In this study, hydrated lime was used to replace a part of mineral powder in the
mixture of compact asphalt concrete with a nominal maximum size of 12.5mm
(BTNC 12.5) with different percentages such as: 0; ten; 20; 30 and 40% to evaluate
moisture resistance of BTNC 12.5 mixture through a series of tests of stability,
Marshall plasticity, asphalt residual stability test, tensile strength test when pressed
splitting, material elastic module test, dynamic complex module test, wheel track test.
The results have determined that the optimal hydrated lime content for the BTNC
12.5 mixture is 10%. With 10% hydrated lime, BTNC 12.5 improves the working

quality of BTNC 12.5 mixture in high temperature and humidity.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
CẤP PHỐI VÀ VÔI ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ẨM CỦA BÊ TÔNG NHỰA
CHẶT 12.5” là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi và được hướng dẫn bởi 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 06 năm 2020

Đinh Nhật Cường


MỤC LỤC:
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................ 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................... 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................. 3
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 3
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ........................................................... 3
1.6 Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ............................................................................................... 5
2.1 Ứng dụng vôi trong xây dựng phát triển đường .............................................................. 5
2.2 Các loại vôi ứng dụng trong xây dựng đường................................................................. 5
2.2.1 Vôi phụ phẩm ............................................................................................................... 5
2.2.2 Vơi thải tái chế (waste lime) ........................................................................................ 6

2.2.3 Bụi lị vôi (lime kiln dust) ............................................................................................ 7
2.3 Tổng quan vôi thủy hóa Ca(OH)2 ................................................................................... 7
2.3.1 Các dạng của vơi thủy hóa .................................................................................... 8
2.4 Tổng quan về nghiên cứu sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN.......................................... 10
2.4.1 Nghiên cứu ứng dụng vôi trên thế giới ...................................................................... 10
2.4.2 Nghiên cứu ứng dụng vôi với BTN ở Việt Nam ................................................... 12
2.5 Một số nhận xét từ kết quả của việc nghiên cứu tổng quan .......................................... 14
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................. 16


3.1 Vật liệu .......................................................................................................................... 16
3.1.1 Cốt liệu ................................................................................................................... 16
3.1.2 Nhựa đường ........................................................................................................... 17
3.1.3 Vơi thủy hóa........................................................................................................... 17
3.2 Kiểm tra các tính chất của hỗn hợp BTNC 12.5 ........................................................... 18
3.2.1 Thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall .......................................................... 18
3.3.2. Thí nghiệm đo độ ổn định cịn lại của BTN ......................................................... 20
3.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ .............................................. 22
3.3.4

Thí nghiệm đo mơ đun đàn hồi tĩnh .................................................................. 24

3.3.5 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi động (mơ đun phức động).......................... 25
3.3.6 Thí nghiệm vệt hằn bánh xe ................................................................................... 30
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................ 35
4.1 Độ ổn định, độ dẻo Marshall ......................................................................................... 35
4.2

Độ ổn định còn lại của BTN ..................................................................................... 36

4.3 Cường độ chịu kéo khi ép chẻ ....................................................................................... 37
4.4 Mô đun đàn hồi ............................................................................................................. 38
4.5 Mô đun phức động (dynamic modulus) ........................................................................ 40
4.6 Thí nghiệm vệt hằn bánh xe ......................................................................................... 45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 47
5.1

Kết luận .................................................................................................................. 47

5.2 Kiến nghị .................................................................................................................... 48


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của vơi thủy hóa ......................................................... 10
Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật BTN sử dụng vôi thủy hóa .. 13
Bảng 3.1: Cấp phối cốt liệu BTNC 12.5 sử dụng trong nghiên cứu ............................ 16
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70 .................................................... 17
Bảng 3.3: Thơng số kỹ thuật của vơi thủy hóa ............................................................. 17
Bảng 3.4: Phương pháp thí nghiệm vệt hằn bánh xe ................................................... 30
Bảng 3.5: Quy định kỹ thuật về độ sâu vệt hằn bánh xe theo phương pháp A............. 34
Bảng 4.1: Kết quả đo độ ổn định và độ dẻo Marshall ................................................. 35
Bảng 4.2 : Kết quả độ ổn định còn lại của BTN........................................................... 37
Bảng 4. 3: Kết quả xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ ......................................... 38
Bảng 4. 4: Tổng hợp kết quả xác định mô đun đàn hồi................................................ 39
Bảng 4.5: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vơi thủy hóa 0%
...................................................................................................................................... 40
Bảng 4.6: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vơi thủy hóa 10%
...................................................................................................................................... 40
Bảng 4.7: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vơi thủy hóa 20%
...................................................................................................................................... 40

Bảng 4.8: Giá trị mơ đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 30%
...................................................................................................................................... 41
Bảng 4.9: Giá trị mơ đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vơi thủy hóa 40%
...................................................................................................................................... 41


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Các dạng vơi phụ phẩm. ............................................................................................ 6
Hình 2. 2: Cấu trúc phân tử Ca(OH)2..[26] .............................................................................. 8
Hình 2.3: Vơi dạng dung dịch (vơi sữa).

............................................................... 8

Hình2.4 :Vơidạngbột……………………………………………………………………………………8
Hình 2.5: Điều chế vơi thủy hóa Ca(OH)2. [27] ........................................................................ 9
Hình 3.1: Đường cong cấp phối BTNC 12.5. .......................................................................... 16
Hình 3.2: Vơi thủy hóa. ............................................................................................................ 18
Hình 3.3: Mẫu sử dụng cho thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall. ............................... 19
Hình 3.4: Ngâm mẫu trong bể ổn nhiệt.

. ........................................................................... 19

Hình 3.5 : Đo kích thước mẫu……………………………………………………………………….19
Hình 3.6: Thí nghiệm đo độ ổn định và độ dẻo Marshall. ....................................................... 20
Hình 3.7: Mẫu sử dụng cho thí nghiệm đo độ ổn định cịn lại của BTN. ................................ 21
Hình 3.8: Ngâm mẫu trong bể ổn định.

. ....................................................................... 21

Hình 3.9: Đo kích thước mẫu………………………………………………………………………..21

Hình 3.10: Thí nghiệm đo độ ổn định cịn lại của BTN. .......................................................... 22
Hình 3. 11: Bão dưỡng mẫu và thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ. .............. 23
Hình 3. 12: Chế bị mẫu thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi ................................................. 24
Hình 3.13: Thí nghiệm mơ đun đàn hồi.

. .................................................................... 25

Hình 3.14 : Đo nhiệt độ bằng súng………………………………………………………..………..25
Hình 3.15: Máy tạo mẫu.

. ............................................................................... 26

Hình 3.16: Mẫu mơ-đun phức động……………………………………………………..………….26
Hình 3.17: Thí nghiệm mơ đun phức động. ............................................................................. 27
Hình 3.18: Dạng của xung lực thể hiện qua thời gian tăng tải và tải trọng lớn nhất. ............ 27
Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng vơi đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. ......... 35
Hình 4.2: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall. ................................... 36
Hình 4.3 : Độ ổn định cịn lại. ................................................................................................. 37
Hình 4.4: Ảnh hưởng của hàm lượng vơi thủy hóa và cường độ chịu kéo khi ép chẻ. ............ 38
Hình 4.5: Ảnh hưởng của hàm lượng vơi thủy hóa và mơ đun đàn hồi. .................................. 39
Hình 4.6: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vơi thủy hóa 0% .......... 42
Hình 4.7: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa 10% ........ 42
Hình 4.8: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vơi thủy hóa 20% ........ 43
Hình 4.9: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vơi thủy hóa 30% ........ 43
Hình 4.10 : Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vơi thủy hóa 40% ..... 44


Hình 4.11: Hệ số shift factor (aT) ứng với nhiệt độ tham khảo 20oC. ..................................... 44
Hình 4.12: Hệ số shift factor (aT) ứng với nhiệt độ tham khảo 20oC. ..................................... 45
Hình 4.13: Thí nghiệm vệt hằn bánh xe bằng thiết bị Wheel Tracking Hamburd ................... 46

Hình 4.14: Biểu đồ chiều sâu vệt hằn bánh xe ........................................................................ 47


-1-

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, mặt đường bê tông nhựa (BTN) là sự lựa chọn hàng đầu của các kỹ sư
khi thiết kế các cơng trình đường từ các đường kết nối tỉnh thành, đến đường cấp cao
và đường cao tốc. Kinh tế tăng trưởng nhanh địi hỏi sự hồn thiện của hạ tầng kỹ
thuật ở một mức độ cao hơn và gây ra nhiều hư hỏng cho mặt đường BTN. Có nhiều
nguyên nhân gây ra hư hỏng và một trong những nguyên nhân chủ yếu là do mặt
đường bị ẩm ướt thường xun do hệ thống thốt nước khơng tốt, triều cường, do q
trình đơ thị q nhanh. Do đó việc hạn chế tối thiểu các hư hỏng mặt đường do ẩm ướt
là một vấn đề cấp thiết cần được quan tâm.
Cũng đã có những nghiên cứu nói về những hư hỏng phổ biến của mặt đường BTN
và hướng giải quyết [1-2]. Các hư hỏng thường xuất hiện của mặt đường BTN như:
lún, nứt, ổ gà, ổ voi… các nguyên nhân chủ yếu: do tác dụng của tải trọng, nhiệt độ
môi trường và BTN thường làm việc trong điều kiện ngập nước do đặc điểm khí hậu ở
nước ta hay có mưa lớn, bão, lũ lụt… Nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp cho vấn đề
này như: sử dụng cốt liệu đá có cường độ cao, đường cong cấp phối hạt thiết kế phải
trơn liên tục trong khoảng giữa hai miền giới hạn, cải thiện khâu thiết kế, công nghệ
chế tạo bê tông nhựa và thi công.
Từ những nguyên nhân trên, nhận thấy thành phần cấp phối rất quan trọng trong
việc quyết định đến hiệu năng làm việc của BTN. Do vậy, việc cải tiến chất lượng
thành phần cấp phối của hỗn hợp BTN được quan tâm đặc biệt. Có rất nhiều giải pháp
được đưa ra nhằm cải thiện chất lượng BTN trong số đó là sử dụng vơi thủy hóa thay
thế một phần của bột khoáng để cải thiện chất lượng hỗn hợp BTN.
Ở Việt Nam hiện nay vẫn còn chưa có nhiều nghiên cứu về sử dụng vơi trong hỗn
hợp BTN. Nhóm tác giả Lê Văn Phúc, Đặng Đình Tài và Nguyễn Minh Quang [3] đã

nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cải thiện đặc tính cơ học của bê tơng
nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định 12.5mm như tăng sức kháng kéo và tăng môđun đàn hồi tĩnh so với BTN thông thường. Ngồi ra cịn có tác giả Vũ Ngọc Phương
[4] đã nghiên cứu sử dụng vôi hydrat như một phụ gia vô cơ trong hỗn hợp BTN làm
cải thiện các đặc tính chống bong tách của BTN do tác động của độ ẩm, cũng như cải


-2thiện thuộc tính cơ học của BTN như mơ đun đàn hồi, cường độ, vệt hằn lún bánh xe,
nứt mỏi và nứt do nhiệt.
Trên thế giới thì có rất nhiều nghiên cứu sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN. Năm
2010, Francisco Thiago Sacramento Aragão và cộng sự [5] sử dụng các thí nghiệm mơ
đun phức động (dynamic modulus) và mỏi để đánh giá BTN có sử dụng vơi từ 0.5 đến
3% (trên tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu) và cho thấy khả năng kháng mỏi của BTN
tăng ở hàm lượng 1.5% vôi. Năm 2011, Sangyum Lee và cộng sự [6] cũng đánh giá
khả năng kháng mỏi của hỗn hợp BTN có sử dụng vơi với hàm lượng 1% (trên tổng
khối lượng cốt liệu) kết quả cho thấy vôi đã làm tăng khả năng phục hồi biến dạng và
ít bị ảnh hưởng trong điều kiện độ ẩm cao. Năm 2016, Olumide Moses Ogundipe [7]
sử dụng thí nghiệm Marshall để đánh giá hỗn hợp BTN có sử dụng vơi thay thế phần
bột khống (crushed stone dust) trong bê tơng nhựa so với BTN thường, kết quả đã
cho thấy khả năng chống rạn nứt, chống nước cực tốt ở trong điều kiện có nhiệt độ cao
và cịn có khả năng cải thiện lão hóa của hỗn hợp BTN có vơi so với hỗn hợp BTN
thông thường.
Nhằm nâng cao chất lượng kháng ẩm của bê tơng nhựa có sử dụng vơi thủy hóa,
cũng như xem xét hàm lượng vơi thủy hóa hợp lý sử dụng trong hỗn hợp BTN, nghiên
cứu trình bày khả năng làm việc của bê tơng nhựa có sử dụng vơi thay thế một phần
bột khống trong hỗn hợp BTN. Việc đánh giá khả năng làm việc của bê tông nhựa
chủ yếu sử dụng thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall, thí nghiệm độ ổn định cịn
lại của BTN, thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ, thí nghiệm mơ-đun
đàn hồi vật liệu, thí nghiệm mơ-đun phức động, thí nghiệm vệt hằn bánh xe. Hàm
lượng vơi thay thế 10; 20; 30 và 40% bột khoáng được sử dụng trong nghiên cứu.
Từ những nghiên cứu và cơ sở lý luận trên nên bản thân chọn đề tài “Nghiên cứu

ảnh hưởng của cấp phối và vôi đến khả năng chống ẩm của bê tông nhựa chặt
12.5”
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hưởng của vơi thủy hóa đến khả
năng kháng ẩm của hỗn hợp BTN với các mục tiêu chính sau :
Thứ nhất là đánh giá khả năng làm việc giữa hỗn hợp BTNC 12.5 thông thường và
hỗn hợp BTNC 12.5 có sử dụng vơi thủy hóa.


-3Thứ hai là xác định hàm lượng phần trăm vôi thủy hóa tối ưu khi thêm vào thành
phần cấp phối BTNC 12.5 để nâng cao cải thiện chất lượng hỗn hợp BTNC 12.5.
Thứ ba là so sánh kết quả đã đạt được với các kết quả nghiên cứu trước đó để đưa
ra cái nhìn trực quan về sự ảnh hưởng của vơi thủy hóa đến khả năng kháng ẩm của
hỗn hợp BTN.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Bê tông nhựa chặt BTNC 12.5 sử dụng vơi thủy hóa
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa thay thế một phần của bột khống trong cấp phối
BTNC 12.5.
Việc chứng minh hiệu quả của hỗn hợp BTNC 12.5 có sử dụng vơi thủy hóa được
thực hiện thơng qua các thí nghiệm trong phịng và các phân tích, kết quả được so
sánh với nghiên cứu trước đó.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp
với thực nghiệm (đánh giá thơng qua các thí nghiệm trong phòng).
Phương pháp nghiên cứu về lý thuyết: Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của vật
liệu BTNC 12.5 có sử dụng vơi thủy hóa.
Phương pháp nghiên cứu về thực nghiệm: Thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo marshall,
Thí nghiệm độ ổn định cịn lại của hỗn hợp BTN, thí nghiệm mơ-đun đàn hồi vật liệu,

thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp, thí nghiệm mơ-dun phức động, thí nghiệm vệt
hằn bánh xe.
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu đề xuất hàm lượng phần trăm tối ưu của vơi thủy hóa. Đồng thời cho ra
hỗn hợp BTNC 12.5 làm việc hiệu quả hơn trong điều kiện mặt đường ngập nước
hoặc độ ẩm cao. Nước ta có nhiều mỏ đá vơi nên dễ dàng ứng dụng thực tiễn do nguồn
nguyên liệu có sẵn và dồi dào.
1.6 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn thể hiện chủ yếu qua các chương :


-4 Chương 1: Giới thiệu về đề tài thực hiện, tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa
nghiên cứu. Đồng thời tóm tắt các nội dung thực thiện và phạm vi nghiên
cứu của đề tài.
 Chương 2: Trình bài nghiên cứu tổng quan nhằm tạo nên cái nhìn tổng thể
về việc ứng dụng vơi vào BTN trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Từ đó tìm ra hướng nghiên cứu cho đề tài.
 Chương 3: Phương pháp nghiên cứu: lựa chọn vật liệu, hàm lượng vôi thay
thế bột khống và các thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của vơi đến chất
lượng của BTN.
 Chương 4: Trình bày các nhận xét từ kết quả thí nghiệm có được. Từ đó tìm
ra hàm lượng vơi tối ưu.
 Chương 5: Tóm tắt kết quả nghiên cứu và đưa ra các kiến nghị.


-5-

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1 Ứng dụng vôi trong xây dựng phát triển đường
Theo A. Morgan Johnson và cộng sự vào năm 1924 và 1925 dưới sự chỉ đạo của

Dean McCaustland, một số thử nghiệm ban đầu về sử dụng vôi trong mặt đường tự
nhiên và đường cao tốc ở Iowa và South Dakota spon-sored được tài trợ bởi Bureau of
Public Roads và được báo cao lên National Lime Association [8].
Trong những năm 1947-1948, những kỹ sư Texas Highway Departmen đã có nhiều
bài báo nói những thành cơng trong ứng dụng vơi và vơi thủy hóa trong xây dựng gia
cố phát triển đường. Họ đã đưa ra được chỉ số PI (chỉ số dẻo), hàm lượng phần trăm
của vôi sử dụng trong gia cố đường [9-13].
Năm 2001, Jon A. Epps và cộng sự nghiên cứu sự ảnh hưởng của vôi trong việc
kháng ẩm trông hỗn hợp đường nhựa. Nghiên cứu này đã thống kê và đánh giá các
phương thức thử nghiệm vơi lên đường nhựa, sau đó tìm ra những ưu điểm vượt trội
của vôi so với các phụ gia khác. Kết quả cho thấy rằng vôi là hợp chất khi cho và
đường nhựa sẽ làm tăng khả năng kháng nước, làm cứng chất kết dính nhựa đường với
cốt liệu, cải thiện khả năng chống ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao [14].
Ngày nay, các quốc gia như Đức, Anh, Ai cập là những nước dẫn đầu trong việc sử
dụng vôi trong hỗn hợp BTN. [15-17].
2.2 Các loại vôi ứng dụng trong xây dựng đường
2.2.1 Vôi phụ phẩm
Thành phần hóa học :
Đá vơi → Phản ứng nhiệt độ tầng giá hóa lỏng → [Vơi (CaO) + Canxi sunfat
(CaSO4)] – Vôi phụ phẩm.


-6-

Vôi phụ phẩm (Dạng hạt )CFB
Bed Ash

Vôi phụ phẩm (Bột)CFB

Vôi phụ phẩm (hydrat )CFB

Hydrated Ash

Hình 2.1: Các dạng vơi phụ phẩm.
Theo những nghiên cứu của đại học trung tâm quốc gia Trung Quốc vật liệu vôi
phụ phẩm – cấp phối cốt liệu Formosa” có thể thay thế nhiên liệu tự nhiên vôi hoặc
muội than khác cho sử dụng vật liệu đường cơ bản, cung cấp một sự lựa chọn khác
cho đơn vị thiết kế cấp phối cốt liệu đường. Đồng thời cũng giảm sự khai thác cấp
phối cốt liệu tự nhiên, làm giảm sự thiếu hút của việc cấp phối cốt liệu tự nhiên và có
khả năng khơng thấm nước [18].
2.2.2 Vôi thải tái chế (waste lime)
Vôi thải tái chế là sản phẩm của q trình soda hóa của Na2CO3.
Phương trình phản ứng hóa học :
2NH4Cl + CaO + H2O → 2NH3 + CaCl2 +2H2O
CaCO3 (plastic) → CaO + CO2
Năm 1982, Kennedy và cộng sự [19] đã nghiên cứu và làm một loạt các thí nghiệm
kiểm tra sự ảnh hưởng của vôi thải tái chế đến hỗn hợp bê tông nhựa, trong đó có 02
thí nghệm nổi trội là : kiểm tra độ ổn định marshall và thử nghiệm Lotman
(AASHTOT 283). Kết quả chỉ ra rằng chỉ số MSR (tỷ lệ ổn định Marshall) và chỉ số
TSR (tỷ lệ độ bền kéo) cao hơn so với hỗn hợp bê tông nhựa thơng thường. Điều đó
chứng tỏ hỗn hợp bê tơng nhựa có sử dụng vơi thải tái chế có khả năng phục hồi biến
dạng ở điều kiện độ ẩm cao.


-72.2.3 Bụi lị vơi (lime kiln dust)
Bụi lị vơi là sản phẩm phụ công nghiệp được tạo ra khi sản xuất vơi sống có cơng
thức hóa học là CaO. Khi đá vơi được nung nóng tự nhiên, nó tạo ra khí với bụi. Bụi
được sàng lọc được gọi là Lime Kiln dust, có hoạt tính tương đối cao. Bụi lị vơi có
thể có hàm lượng canxi oxit (CaO) 30 – 50% và hàm lượng canxi cacbonat (CaCO3)
30 – 50% [20].
Các nghiên cứu chỉ ra rằng [21, 22] bụi lị vơi có thể sử dụng như một phần bột

khống trong cốt liệu BTN. Làm cho hỗn hợp BTN bền vững về cấu trúc cũng như tiết
kiệm chi phí và bảo tồn tài nguyên khoáng sản cho thế hệ tương lai.
Theo Jiupeng Z và cộng sự [23] đã chứng minh được hàm lượng CaO có trong bụi
lị vơi đóng vai trị trong tính chất lưu biến ưu việt đồng thời làm đóng cứng hơn hỗn
hợp BTN và tăng khả năng chống hư hỏng trong điều kiện độ ẩm cao.
2.3 Tổng quan vôi thủy hóa Ca(OH)2
Vơi thủy hóa có tên khoa học là Canxi hyđroxyt là một hợp chất hóa học với cơng
thức hóa học Ca(OH)2. Nó là một chất dạng tinh thể khơng màu hay bột màu trắng,
tên gọi của khống chất tự nhiên chứa canxi hiđroxit là portlandit [24].
Ca(OH)2 thu được là từ nguồn gốc đá vôi. Hầu hết các đá vơi hình thành trong vùng
nước biển nơng, n tĩnh, ấm áp. Loại mơi trường đó là nơi các sinh vật có khả năng
hình thành vỏ canxi cacbonat và bộ xương có thể dễ dàng chiết xuất các thành phần
cần thiết từ nước biển. Khi những con vật này chết, vỏ và mảnh vụn xương của chúng
tích tụ lại như một lớp trầm tích có thể được hóa thành đá vơi. Ngày nay trên Trái đất
có nhiều mơi trường hình thành đá vơi. Chúng được tìm thấy ở vùng nước nơng giữa
30 độ vĩ bắc và 30 độ vĩ nam. Đá vơi đang hình thành ở biển Caribbean, Ấn Độ
Dương, Vịnh Ba Tư, Vịnh Mexico, xung quanh các đảo Thái Bình Dương và trong
quần đảo Indonesia [25].


-8-

Hình 2. 2: Cấu trúc phân tử Ca(OH)2..[26]
2.3.1 Các dạng của vơi thủy hóa
Dung dịch vơi thủy hóa chưa lọc có thể vẩn của các hạt hyđroxyt canxi rất mịn
trong nước gọi là “vơi sữa”. Dung dịch vơi thủy hóa sau khi lọc bỏ cặn rắn thu được
dung dịch vôi trong suốt, gọi là “nước vơi trong”. Vơi thủy hóa dạng tinh thể khơng
màu hay bột màu trắng.

Hình 2.3: Vơi dạng dung dịch (vơi sữa).

Hình 2.4 : Vơi dạng bột.


-9-

Hình 2.5: Điều chế vơi thủy hóa Ca(OH)2. [27]
Các sơ đồ phản ứng hóa học:
Đá vơi + nhiệt → Canxi oxít + Carbon Dioxide
CaCO3 + (~ 1315 ° C) → CaO + CO2
Đá vôi đôlômit + nhiệt → Đôlômit Vôi + Carbon Dioxide
CaCO3.MgCO3 + (~ 1315 C) → CaO.MgO + CO2
Q trình hydrat hóa mà biến đổi vơi để vơi thủy hóa (vơi thủy hóa) như sau:
Canxi oxít + Nước → Calcium Hydroxide + Nhiệt
CaO + H2O → Ca(OH)2 + Nhiệt
Đôlômit Vôi + Nước → Vôi + Nhiệt
CaO.MgO + H2O → Ca(OH)2.MgO hoặc Ca(OH)2.Mg OH)2 + Nhiệt
Thông số kỹ thuật của vơi thủy hóa Ca(OH)2 được thể hiện Bảng 2. 1


-10Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của vôi thủy hóa
Tổng quan
Danh pháp IUPAC

Hyđroxit canxi

Tên khác

Canxi hyđroxit, vơi thủy hóa

Cơng thức phân tử

Ca(OH)2

Phân tử gam

74,093g/mol

Biểu hiện

Bột mềm màu trắng

Số CAS

[1305-62-0]
Thuộc tính

Tỷ trọng và pha
Độ hịa tan trong nước
Điểm nóng chảy

2,211 g/cm3, rắn
0,185 g/ cm3
Ksp = 4,68 × 10−6
580 °C (853 K) (phân hủy)

2.4 Tổng quan về nghiên cứu sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN
2.4.1 Nghiên cứu ứng dụng vôi trên thế giới
Theo một nghiên cứu vào năm 2008, Hwang Sung Do và cộng sự [28]. Hỗn hợp
BTN theo tiêu chuẩn Hàn Quốc, Hỗn hợp cốt liệu có sử dụng vôi thải tái chế với các

hàm lượng khác nhau (0%; 25%; 50%; 75%; 100%) khối lượng của bột khoáng. Tác
giả đã tiến hành các thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall, mơ-đun đàn hồi, kéo
gián tiếp, thí nghiệm mỏi. kết quả cho thấy về việc sử dụng vôi vào cốt liệu (BTN)
giúp cải thiện chất lượng BTN đạt được các kết quả như sau: Tăng cường độ và độ ổn
định của BTN do hỗn hợp thu được “cứng” hơn khi có vơi, cải thiện khả năng đàn hồi
và sức kháng mỏi ở nhiệt độ khắc nghiệt, độ ẩm cao; có nhiều phương pháp thiết kế áo
đường mềm, giảm chiều dày lớp kết cấu áo đường và giảm chi phí bảo dưỡng và duy
tu cơng trình.
Một nghiên cứu khác của Sangyum Lee, Sungho Mun, Y. Richard Kim vào năm
2011 [6]. Hỗn hợp BTN sử dụng nhựa đường 60/70 với hàm lượng tối ưu là 5.30% và
cốt liệu có cấp phối theo tiêu chuẩn Hàn Quốc. Hỗn hợp BTN có sử dụng vơi thủy hóa


-11với hàm lượng 1% trọng lượng mẫu tương đường với 15.6 % khối lượng bột khống.
Sau đó tiến hành hàng loạt thí nghiệm. Trong đó có hai thí nghiệm nổi trội và đánh giá
một cách khách quan; thí nghiệm mơ-đun tĩnh và mơ-đun động và kết quả cho thấy có
nhiều khả quan. Khi cho vơi thủy hóa vào hỗn hợp BTN thì BTN đã tăng khả năng
phục hồi biến dạng và ít bị ảnh hưởng trong điều kiện độ ẩm cao. Tuy nhiên có một
nhược điểm tương đối lớn là độ cứng lại giảm khá nhiều so với hỗn hợp BTN thông
thường theo tiêu chuẩn Hàn Quốc.
Tại Thổ Nhĩ Kỳ vào năm 2012 một nhóm tác giả gồm Celaleddin E. Sengul,
Atakan Aksoy, Erol Iskender, Halit Ozen [29]. Đã tiến hành nghiên cứu hỗn hợp BTN
có sử dụng vơi thủy hóa theo tiêu chuẩn của Thổ Nhĩ Kỳ. BTN sử dụng các hàm
lượng vôi khác nhau (2.0% ; 4.0% ; 6.0%) để thay thế một phần bột khoáng. Trong
nghiên cứu này tác giả muốn xem xét các vấn đề biến dạng trong môi trường độ ẩm
cao. Để đánh giá vấn đề đó tác giả đã tiến hành một số thí nghiệm có liên quan. Thí
nghiệm Marshall Quotient (MQ) và thí nghiệm repeated creep (RCT) ở nhiệt độ 250C
và 400C. Nhìn chung kết quả cho thấy trog môi trường độ ẩm cao thì biến dạng sức
kháng tăng hơn so với BTN thơng thường theo tiêu chuẩn Thổ Nhĩ Kỳ. Tuy nhiên có
một vấn đề lớn là BTN có sử dụng vơi thủy hóa là giá trị trong thí nghiệm mỏi tương

đối thấp, điều đó chứng tỏ một điều khả năng kháng mỏi không được tốt trong điều
kiện độ ẩm cao.
Một nghiên cứu tương đối đầy đủ được thực hiện bới Olumide Moses Ogundipe
vào năm 2016 [7]. Trong bài viết này, độ ổn định marshall của hỗn hợp BTN có sử
dụng hydrat lime được so sánh với hỗn hợp BTN thông thường. Tác giả đã sử dụng
hỗn hợp BTN theo tiêu chuẩn BSI (1997) – Nigeria, hàm lượng nhựa tối ưu là 6,5%.
Trong nghiên cứu này, hỗn hợp BTN có sử dụng hydrat lime với 10% trọng lượng cốt
liệu. Các kết quả của nghiên này đã cho thấy độ ổn định marsall của hỗn hợp BTN có
hydrat lime (8.2kN) cao hơn so với hỗn hợp BTN thơng thường (7.9kN) và giá trị
dịng chảy của hỗn hợp BTN có hydrat lime (3.4mm) thấp hơn so với hỗn BTN thơng
thường (3.3mm). Điều đó chứng tỏ hỗn hợp BTN có sử dụng hydrat lime chống rạn
nứt, chống nước cực tốt ở trong điều kiện có nhiệt độ cao và cịn có khả năng cải thiện
lão hóa của hỗn hợp so với hỗn hợp BTN thông thường.
Peerapong Jitsanigam, Wahidul Biswas, Martyn Compton đã nghiên cứu về bụi lị
vơi là sản phẩm phụ cơng nghiệp có tính chất và độ mịn tương tự hydrat lime để dùng


-12cho hỗn hợp BTN [30]. Bài viết sử dụng hỗn hợp BTN C170 và BTN C320 theo tiêu
chuẩn của Úc có sử dụng bụi lị vơi so sánh với hỗn hợp BTN sử dụng hydrat lime.
Bụi lị vơi với thành phần hóa học chính là CaCO3 và CaO được thêm lần lượt vào hai
hỗn hợp để thay thế một phần bột khoáng với các hàm lượng khác nhau 10%, 20%,
30%, 40%, 50% (so với trọng lượng của nhựa). Tác giả đã tiến hành một loạt các thí
nghiệm ; đo độ biến thiên của hỗn hợp BTN (DRS), thử nghiệm chai cán (RBT). Các
kết quả đã chỉ ra hàm lượng tối ưu của bụi lị vơi sử dụng cho hai hỗn hợp BTN C170
và C320 là 50% . Qua đó cịn làm tăng khả năng chống ẩm ở nhiệt độ cao (1600C),
đồng thời làm độ phủ bề mặt nhựa của hai hỗn hợp BTN sử dụng bụi lị vơi so với hỗn
hợp BTN sử dụng hydrat lime. Cuối cùng, nhóm tác giả kết luận có thể sử dụng bụi lị
vơi để thay thế một phần bột khoáng để chế tạo hỗn hợp BTN.
2.4.2 Nghiên cứu ứng dụng vôi với BTN ở Việt Nam
Việc sử dụng vơi trong BTN cịn khá mới mẻ ở Việt Nam. Những đánh giá đầy đủ

về ảnh hưởng của vơi đến tính chất của BTN ở Việt Nam cịn rất ít.
Gần đây, nhóm tác giả gồm Lê Văn Phúc, Đặng Đình Tài và Nguyễn Minh Quang
nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cải thiện đặc tính cơ học của bê tơng
nhựa trong điều kiện ẩm ướt [3]. Bước đầu, tác giả xác định hàm lượng nhựa tối ưu
cho hỗn hợp BTNC 12.5, sau tiến hành một số chỉ tiêu cơ lý và chỉ tiêu marshall với
các hàm lượng nhựa khác nhau, tác giả đã chọn hàm lượng nhựa tối ưu là 4,8%. Sau
khi xác định được hàm lượng nhựa tối ưu tác giả sử dụng 4 hàm lượng vơi thủy hóa
thay đổi từ 5, 10, 15, 20, 25% thay thế hàm lượng bột khoán của BTN thông thường
với hàm lượng nhựa là 4,8%. Bằng các thí nghiệm Marshall, tác giả tìm ra được hàm
lượng vơi tối ưu để thay thế bột khống (Bảng 2.2).


-13Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật BTN sử dụng vơi thủy hóa
Độ ổn định cịn lại

Hàm lượng
vơi thay thế

Độ rỗng dư

Độ ổn định

bột khống

(%)

marshall (kN)

sau khi ngâm mẫu
Độ dẻo (mm)

trong nước ở nhiệt
độ 600C trong vịng

(%)

24 giờ

0

4.5

11.2

3.86

86.6

5

4.4

10.4

3.80

86.6

10

4.2

10.3

3.70

91.9

15

3.9

9.6

3.70

94.8

20

3.4

8.9

3.60

96.2

25

2.7

8.3

3.5

97.1

Hàm lượng vơi thủy hóa tối ưu được lựa chọn trên cơ sở phải đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật độ rỗng dư 4+0,5% theo Tiêu chuẩn ASTM D4867 [5]. Theo TCVN 88601 :2011, độ ổn định marshall ≥8KN, độ dẻo từ 1,5 ÷ 4mm, độ ổn định cịn lại là ≥75%.
Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 2.3, tác giả đã chọn được hàm lượng vơi thủy hóa
tối ưu là 15%.
Sau khi chọn được hàm lượng vôi thủy hóa tối ưu, tác giả đã tiến hành so sánh hỗn
hợp BTNC 12.5 thơng thường và BTNC 12.5 có sử dụng 15% hàm lượng vơi thủy hóa
thay thế bột khống, tác giả thực hiện các thí nghiệm ép chẻ, kéo gián tiếp và mô đun
đàn hồi tĩnh nhằm chứng minh hiệu quả của VƠI đến tính chất của hỗn hợp BTNC
12.5. Kết quả bước đầu tương đối khả quan. Các mẫu BTNC 12.5 có hàm lượng vơi
thủy hóa cho tỷ số cường độ kéo gián tiếp cao (104%) so với BTNC 12.5 thơng
thường. BTNC 12.5 thơng thường có cường độ kéo gián tiếp trong môi trường nước
giảm 14% so với cường độ kéo gián tiếp trong môi trường khô. Ngược lại, BTN 12.5
có sử dụng 15% vơi thay thế bột khống thì cường độ kéo gián tiếp trong mơi trường
nước tương đương môi trường khô. Điều này chứng tỏ BTN có sử dụng vơi sẽ làm
tăng sức kháng kéo cho BTN trong điều kiện làm việc bất lợi của nhiệt và ẩm. BTNC
12.5 có hàm lượng vơi thủy hóa cho mô-đun đàn hồi tĩnh ở 300C (381 Mpa) cao hơn
17% so với BTNC 12.5 thông thường.