Nguyễn, lê minh tuấn

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

NGUYỄN LÊ MINH TUẤN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU CARBONCOR
ASPHALT ĐỂ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG
NÔNG THÔN
CHUYÊN NGÀNH:XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh

Cán bộ chấm nhận xét 1: ……………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ……………………………………………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 05 tháng 01 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.

2.
3.
4.
5.

……………………………………………
……………………………………………
……………………………………………
……………………………………………
……………………………………………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn được sữa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ mơn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độclập – Tự do – Hạnhphúc

-----o0o----Tp. HCM, ngày …. tháng …. Năm 2012
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN LÊ MINH TUẤN

Phái: nam

Ngày, tháng, năm sinh:

Nơi sinh:Tp.HCM

25/05/1979

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Khoá (Năm trúng tuyển) :

MSHV: 11010305

2011

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT ĐỂ
XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1- NHIỆM VỤ:
- Nghiên cứu tổng quan về thực trạng đường giao thông nông thôn ở Việt Nam.
- Nghiên cứu hỗn hợp bê tông nhựa, yêu cầu vật liệu chế tạo, các phương pháp thiết kế
và thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa theo phương pháp Marshall.
- Nghiên cứu thiết kế áo đường cho đường giao thông nông thôn bằng vật liệu
Carboncor asphalt theo 22TCVN 211-06.
- Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của vật liệu Carboncor asphalt.
2- NỘI DUNG:
Phầnmở đầu.
Chương1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở khoa học.
Chương 3: Thực nghiệm các tính chất kỹ thuật của vật liệu Carboncor Asphalt .

Chương 4: Nghiên cứu áp dụng vật liệu Carboncor asphalt trong thiết kế áo đường
mềm.
Chương 5: Qui trình thi cơng mặt đường sử dụng vật liệu Carboncor.


Phần kết luận và hướng phát triển của đề tài.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

Ngày 01 tháng 06 năm 2012

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Ngày 30 tháng 11 năm 2012

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt để xây dựng mặt đường
giao thông nông thôn” được thực hiện từ tháng 06/2012 đến tháng 11/2012 với mục đích
nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lí của vật liệu Carboncor asphalt , đánh giá chất lượng vật liệu
và việc sử dụng vật liệu Carboncor asphalt xây dựng đường giao thông nông thôn tại Việt
Nam.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh đã tận tình hướng

dẫn và cung cấp các thông tin cần thiết để tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin trân trọng cảm ơn đến các Thầy cơ giáo phụ trách Phịng thí nghiệm LASXD874 của Trường Cao đẳng giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình
giúp đỡ tơi trong cơng tác thí nghiệm.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn Cầu đường và Phòng
Sau Đại học của Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, các bạn trong
lớp “Xây dựng đường ô tô và đường thành phố khóa 2010, khóa 2011” và các đồng
nghiệp đã giúp tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn để có thể thực
hiện tốt đề tài.
Xin cảm ơn mọi người trong gia đình tơi đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về
thời gian để tơi hồn thành luận văn đúng tiến độ.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên khơng tránh khỏi những hạn chế và
thiếu sót. Tơi rất mong được sự đóng góp của q Thầy cơ giáo, bạn bè và đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Lê Minh Tuấn


TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT ĐỂ XÂY
DỰNG MẶT ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN”
Giới thiệu chung
Xác định mục tiêu nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu luận
văn, nêu được ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận văn.
Chương I: Tổng quan

Nghiên cứu tổng quan về tình hình khí hậu Việt Nam, đặc điểm về sự phát triển và
xây dựng giao thông ở Việt Nam. Từ các đặc điểm đó cân nhắc sử dụng vật liệu nào phù
hợp vào việc xây dựng cho mặt đường giao thông nông thôn ở Việt Nam. Ngồi ra trong

chương này cịn phân tích mục đích của đề tài, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa của
đề tài.
Chương II: Cơ sở khoa học

Nghiên cứu về bê tơng nhựa, các chỉ tiêu cơ lí của bê tông nhựa, yêu cầu về cốt
liệu để chế tạo bê tơng nhựa, và trong chương này cịn giới thiệu phương pháp thiết kế
hỗn hợp bê tông nhựa, phương pháp Marshall xác định các chỉ tiêu cơ lí của bê tông
nhựa, ưu khuyết điểm của phương pháp Marshall. Áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 211-06 để
thiết kế áo đường mềm sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt sau khi đã thực nghiệm kiểm
tra các tính chất của vật liệu Carboncor Asphalt .
Chương III: Thực nghiệm các tính chất kỹ thuật của vật liệu Carboncor Asphall

Nghiên cứu các tính chất của vật liệu Carboncor Asphalt tại các nhiệt độ khác
nhau tương ứng với quá trình hình thành cường độ của vật liệu Carboncor Asphalt. Đó
chính là thời điểm thi cơng với lưu lượng xe chạy trung bình ( tại nhiệt độ 22.2 ± 1.10C )
theo khuyến cáo của Asphalt Cold Mix Manual-MS 14, và tại thời điểm vật liệu đạt
cường độ cao nhất với lưu lượng xe chạy cao tương ứng tại nhiệt độ 1350C ( gia nhiệt
cho vật liệu Carboncor Asphalt) .
Chương IV: Nghiên cứu áp dụng vật liệu Carboncor Asphall trong thiết kế áo đường
mềm
Từ các kết quả thí nghiệm đạt được, áp dụng tiêu chuẩn 22TCN 211-06 để thiết kế

lại áo đường mềm sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt cho một kết cấu áo đường láng
nhựa của tỉnh Bến Tre.


Chương V: Qui trình thi cơng mặt đường sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt
Cũng như các vật liệu làm đường khác thì vật liệu Carboncor Asphalt khi áp dụng

vào việc xây dựng đường cần có các chỉ dẫn về việc thi công như: cách rãi vật liệu, cách

thức lu lèn cho mẫu chặt nhất. Trong chương V này giới thiệu qui trình thi cơng vật liệu
Carboncor Asphalt bao gồm các cơng đoạn cơ bản sau: chuẩn bị mặt bằng, hồn thiện vệ
sinh lớp móng đường, rải và lu lèn vật liệu Carboncor Asphalt, cuối cùng là công tác
kiểm tra chất lượng và bảo dưỡng mặt đường.
Kết luận và hướng phát triển của đề tài.


-1-

MỤC LỤC
CHƯƠNG I........................................................................................................... 7
TỔNG QUAN....................................................................................................... 7
1.1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .............................................................. 7

1.1.1 Tình Hình Khí Hậu Việt Nam .......................................................................... 7
1.1.2 Đặc Điểm Về Sự Phát Triển & Xây Dựng Giao Thông Ở Việt Nam ......... 7
1.1.3 Giới Thiệu Vật liệu Carboncor Asphalt .......................................................... 8
1.1.4 Công nghệ sản xuất Carboncor Asphalt ......................................................... 9
1.2

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 10

1.3

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .................................................................... 11

1.4

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 11

1.5

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 11

CHƯƠNG II ....................................................................................................... 12
CƠ SỞ KHOA HỌC.......................................................................................... 12
2.1

BÊ TÔNG NHỰA -YÊU CẦU VẬT LIỆU CHẾ TẠO........................... 12

2.1.1 Giới Thiệu Bê Tông Nhựa............................................................................... 12
2.1.2 Phân Loại Bê Tơng Nhựa ............................................................................... 13
2.1.3 Các Tính Chất Của Bê Tơng Nhựa................................................................ 16
2.1.4 Yêu Cầu Vật Liệu Chế Tạo Bê Tông Nhựa ................................................... 17
2.2

BÊ TÔNG NHỰA RẢI NGUỘI VÀ NHŨ TƯƠNG BITUM................ 20

2.2.1 Giới thiệu bê tông nhựa rải nguội ................................................................. 20
2.2.2 Giới thiệu về nhũ tương bi tum ...................................................................... 21
2.3

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA ................. 24

2.3.1 Mục Đích: ......................................................................................................... 24
2.3.2 Phương Pháp Thiết Kế Hỗn Hợp Bê Tơng Nhựa: ....................................... 24
2.4

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC

CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA ................................................................... 26
2.4.1 Giới Thiệu Phương Pháp Marshall ............................................................... 26
2.4.2 Ưu Điểm Phương Pháp Thí Nghiệm Marshall ............................................ 27
2.4.3 Khuyết Điểm Phương Pháp Thí Nghiệm Marshall ..................................... 27


-22.5

THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM SỬ DỤNG VẬT LIỆU CARBONCOR

ASPHALT THEO 22TCVN 211-06 .................................................................. 28
CHƯƠNG III ..................................................................................................... 29
THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU
CARBONCOR ASPHALT ............................................................................... 29
3.1

THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CARBONCOR

ASPHALT THEO ASPHALT COLD MIX MANUAL-MS 14 ........................ 29
3.1.1 Khối lượng thể tích, g/cm3 AASHTO T166 ............................................... 29
3.1.2 Độ ổn định Marshall – S ( nhiệt độ 22.2 ± 1.10C )................................... 33
3.1.3 Lượng tổn thất độ ổn định Marshall......................................................... 34
3.2

THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CARBONCOR

ASPHALT SAU KHI GIA NHIỆT ..................................................................... 35
3.2.1 Đối với mẫu rời được sấy khô ở 1100C .................................................... 35

3.2.1.1 Tỷ trọng lý thuyết lớn nhất AASHTO T209 ............................................. 35
3.2.1.2 Thí nghiệm về tỷ số hàm lượng bột khống / Hàm lượng chất kết dính.. 40
3.2.2 Đối với mẫu chế bị được gia nhiệt ở 1350C trong 4h với số chày đầm nén
2x75

.................................................................................................................. 44

3.2.2.1 Khối lượng thể tích, g/cm3 AASHTO T166 .............................................. 44
3.2.2.2 Độ ổn định Marshall – S ( nhiệt độ 600C, 40 phút ) AASHTO T245....... 47
3.2.2.3 Độ dẻo Marshall – F ( nhiệt độ 600C, 40 phút ) AASHTO T245............. 51
3.2.2.4 Độ ổn định Marshall còn lại ( sau khi ngâm mẫu ở 600C trong 24h ) so
với độ ổn định Marshall ban dầu AASHTO T245 ............................................... 51
3.2.2.5 Cường độ chịu kéo gián tiếp ở 250C ( Cường độ ép chẻ ) 22TCN 73-84....
.................................................................................................................. 51
3.2.2.6 Độ rỗng dư AASHTO T269...................................................................... 53
3.2.3

Thí nghiệm mơđun đàn hồi của vật liệu Carboncor Asphal ở các nhiệt độ

15, 30 và 600C để phục vụ tính tốn áo đường theo 22TCN 211-06................... 54
3.3

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ........................................................................ 56

3.3.1

Thí nghiệm thành phần hạt...................................................................... 54

3.3.1

Thí nghiệm các chỉ tiêu khác ................................................................... 54


-3CHƯƠNG IV...................................................................................................... 60
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT TRONG
THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM ....................................................................... 60
4.1

NỘI DUNG............................................................................................... 60

4.2

BÀI TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG LÁNG NHỰA........... 60

4.2.1 Số liệu thiết kế........................................................................................... 60
4.2.1.1 Số liệu chung............................................................................................ 60
4.2.1.2 Nền đường................................................................................................ 60
4.2.1.3 Xác định số trục xe qui đổi về trục tiêu chuẩn ........................................ 60
4.2.1.5 Xác định trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế (Ne) ........... 62
4.2.1.6 Xác định module đàn hồi chung yêu cầu ................................................. 62
4.2.1.7 Điều kiện kiểm toán ................................................................................. 62
4.2.1.8 Kết cấu áo đường..................................................................................... 63
4.2.2 Tính tốn................................................................................................... 63
4.2.2.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường ............. 63
4.2.2.1.1 Qui đổi về hệ 2 lớp................................................................................ 63
4.2.2.1.2 Tính Etbhc ............................................................................................... 63
4.2.2.1.3 Tính Ech của kết cấu.............................................................................. 64
4.2.2.2 Kiểm tra tiêu chuẩn độ chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu
kém dính ............................................................................................................... 64
4.3

BÀI TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VẬT LIỆU

CARBONCOR ASPHALT ................................................................................. 68
4.3.1 Số liệu thiết kế........................................................................................... 68
4.3.1.1 Số liệu chung............................................................................................ 68
4.3.1.2 Nền đường................................................................................................ 68
4.3.1.3 Xác định số trục xe qui đổi về trục tiêu chuẩn ........................................ 68
4.3.1.4 Xác định số trục xe tính tốn trên 1 làn xe.............................................. 69
4.3.1.5 Xác định trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn thiết kế (Ne) ........... 69
4.3.1.6 Xác định module đàn hồi chung yêu cầu ................................................. 70
4.3.1.7 Điều kiện kiểm toán ................................................................................. 70


-44.3.1.8 Kết cấu áo đường..................................................................................... 70
4.3.2 Tính tốn................................................................................................... 71
4.3.2.1 Kiểm tra tiêu chuẩn độ võng đàn hồi đối với kết cấu áo đường ............. 71
4.3.2.1.1 Qui đổi về hệ 2 lớp................................................................................ 71
4.3.2.1.2 Tính Etbhc ............................................................................................... 71
4.3.2.1.3 Tính Ech của kết cấu.............................................................................. 72
4.3.2.2 Kiểm tra tiêu chuẩn độ chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu
kém dính ............................................................................................................... 72
4.3.2.3 Kiểm tra tiêu chuẩn kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối ................. 78
4.4

QUI TRÌNH THI CƠNG MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU

CARBONCOR ASPHALT ................................................................................. 79
4.4.1 Chuẩn bị mặt bằng thi cơng ..................................................................... 81
4.4.2 Hồn thiện, vệ sinh lớp móng đường........................................................ 81

4.4.3 Rải thảm bê tơng nhựa Carboncor asphaltError! Bookmark not defined.
4.4.4 Lu lèn lớp bê tông nhựa Carboncor asphalt ...........Error! Bookmark not
defined.
4.5.5 Công tác kiểm tra và bảo dưỡng mặt đường ............................................ 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 83
KẾT LUẬN......................................................................................................... 83
KIẾN NGHỊ........................................................................................................ 85
PHỤ LỤC............................................................................................................ 88


-5-

HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Thành phần cấu tạo Carboncor asphalt ................................................ 9
Hình 1-2. Cơ chế hình thành và liên kết Carboncor asphalt................................. 9
Hình 1-3. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất vật liệu Carboncor asphalt..........................10
Hình 2-1. Nhũ tương nhựa bitum ( Nhũ tương thuận ).........................................21
Hình 2-2. Nhũ tương anion...................................................................................22
Hình 2-3. Nhũ tương cation ..................................................................................22
Hình 2-4. Quá trình tương tác giữa nhũ tương bitum và cốt liệu đá ....................24
Hình 3-1. Máy trộn và nhiệt kế bằng kim loại......................................................30
Hình 3-2. Khn đúc mẫu và chày nện ................................................................31
Hình 3-3. Tủ sấy và dụng cụ kích mẫu.................................................................31
Hình 3-4. Chuẩn bị vật liệu Carboncor Asphalt ...................................................31
Hình 3-5. Trộn nguội và tạo mẫu vật liệu Carboncor Asphalt .............................32
Hình 3-6. Mẫu vật liệu Carboncor Asphalt được sấy khô 380C trong 24 giờ .....32
Hình 3-7. Cân xác định khối lượng thể tích vật liệu Carboncor Asphalt sau khi
sấy khơ 380C 24 giờ..............................................................................................33
Hình 3-8. Thí nghiệm Marshall mẫu vật liệu Carboncor Asphalt ở 22.2 ± 1.10C
...............................................................................................................................34

Hình 3-9. Kết quả thí nghiệm Marshall và mẫu sau khi kết thúc thí nghiệm......34
Hình 3-10. Q trình hút chân khơng để mẫu bảo hịa nước................................35
Hình 3-11. Mẫu được làm tơi và đem sấy khơ .....................................................36
Hình 3-12. Mẫu sau khi sấy khô và được lấy đem cân xác định khối lượng .......37
Hình 3-13. Lắp đặt máy hút chân khơng ............................................................39
Hình 3-14. Q trình hút chân khơng mẫu thí nghiệm........................................40
Hình 3-15. Thí nghiệm trích nhựa và cốt liệu khống sau khi hồn tất ..............42
Hình 3-16. Rây sàng cốt liệu Carboncor Asphalt bằng máy ................................42
Hình 3-17. Lưu cốt liệu Carboncor Asphalt theo từng kích cỡ hạt ......................43
Hình 3-18. Cân xác định cốt liệu Carboncor Asphalt sau khi đã rây sàng...........44


-6Hình 3-19. Gia nhiệt Carboncor Asphalt và kiểm tra nhiệt độ trước khi đúc mẫu
...............................................................................................................................45
Hình 3-20. Đầm nén tạo mẫu Mashall và mẫu đúc thu được ...............................46
Hình 3-21. Máy nén Marshall điện tử ..................................................................48
Hình 3-22. Ngâm mẫu tìm khối lượng thể tích trước khi ủ mẫu tại 600C ............48
Hình 3-23. Thí nghiệm độ ổn định Marshall sau khi ngâm mẫu 60 0C trong 40
phút .......................................................................................................................49
Hình 3-24. Mơ hình thí nghiệm cường độ ép chẻ.................................................52
Hình 3-25. Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ ...............................................53
Hình 3-26. Mẫu hình trụ và máy nén kiểu địn bẫy ..............................................55
Hình 3-27. Xác định kích thước mẫu trước khi đem ủ nhiệt và nén ....................56

BẢNG BIỂU
Bảng 2-1. Thành phần cấp phối cỡ hạt của hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng
(22TCN249-98) ...................................................................................................15
Bảng 2-2. u cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa chặt (22TCN 249-98)....16
Bảng 2-3. Yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa rỗng (22TCN 249-98) ...17
Bảng 2-4. Các chỉ tiêu cơ lí của bê tơng nhựa ở Mỹ ............................................17

Bảng 3-1. Xác định khối lượng mẫu thí nghiệm tỷ trọng lý thuyết lớn nhất .......36
Bảng 3-2. Xác định khối lượng mẫu thí nghiệm thành phần hạt cốt liệu.............40
Bảng 3-3. Bộ sàng lưới mắt vuông dùng để xác định thành phần hạt của cốt liệu
...............................................................................................................................41
Bảng 3-4.Khối lượng cốt liệu tối đa cho phép trên sàng tính bằng kilơgam...... ..43
Bảng 3-5. Hệ số điều chỉnh độ ổn định Marshall .................................................50
Bảng 3-6. Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt..............................................56
Bảng 3-6. Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt..............................................58


-7-

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1.1 Tình Hình Khí Hậu Việt Nam
Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến, quanh năm có nhiệt độ cao và
độ ẩm lớn. Phía Bắc chịu ảnh hưởng của lục địa Trung Quốc nên ít nhiều mang
tính khí hậu lục địa. Biển Đơng ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất nhiệt đới gió
mùa ẩm của đất liền. Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm khơng thuần nhất trên tồn
lãnh thổ Việt Nam, hình thành nên các miền và vùng khí hậu khác nhau rõ rệt.
Khí hậu Việt Nam thay đổi theo mùa và theo vùng từ thấp lên cao, từ bắc vào
nam và từ đông sang tây. Do chịu sự tác động mạnh của gió mùa đơng bắc nên
nhiệt độ trung bình ở Việt Nam thấp hơn nhiệt độ trung bình nhiều nước khác
cùng vĩ độ ở Châu Á.
Nhiệt độ trung bình tại Việt Nam dao động từ 21oC đến 27oC và tăng dần từ
bắc vào nam. Mùa hè, nhiệt độ trung bình trên cả nước là 25oC (Hà Nội 23oC,
Huế 25oC, thành phố Hồ Chí Minh 26oC). Mùa đơng ở miền Bắc, nhiệt độ xuống
thấp nhất vào các tháng Mười Hai và tháng Giêng. Ở vùng núi phía Bắc, như Sa
Pa, Tam Đảo, Hoàng Liên Sơn, nhiệt độ xuống tới 0oC, có tuyết rơi.

Việt Nam có lượng bức xạ mặt trời rất lớn với số giờ nắng từ 1.400 - 3.000
giờ/năm. Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.500 đến 2.000 mm. Độ ẩm khơng
khí trên dưới 80%. Do ảnh hưởng gió mùa và sự phức tạp về địa hình nên Việt
Nam thường gặp bất lợi về thời tiết như bão, lũ lụt, hạn hán (trung bình một năm
có 6-10 cơn bão và áp thấp nhiệt đới, lũ lụt, hạn hán đe dọa).
Vì vậy lựa chọn vật liệu cho đường giao thơng nơng thơn có độ bền phù hợp
với điều kiện khí hậu ở Việt Nam là vấn đề cấp thiết cần quan tâm và nghiên cứu
chuyên sâu.


-81.1.2 Đặc Điểm Về Sự Phát Triển & Xây Dựng Giao Thông Ở Việt Nam
Trong những năm cuối của thế kỷ 20 và những năm đầu của thế kỷ 21, đất
nước Việt Nam đang chuyển mình đổi mới, mọi mặt của đời sống kinh tế xã hội
đều phát triển với tốc độ nhanh. Cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội là sự
gia tăng nhanh về số lượng các phương tiện giao thông ở nước ta, cho nên Nhà
nước đặc biệt quan tâm và đầu tư với nguồn kinh phí rất lớn để phát triển cơ sở
hạ tầng giao thông vận tải, nhất là mạng lưới GTVT đường bộ để đáp ứng nhu
cầu vận tải ngày một tăng nhanh.
Nhà nước đã đặc biệt chú trọng xây dựng mới các tuyến đường vành đai để
giảm tải lưu lượng xe quá cao trong các đô thị, các tuyến cao tốc nối đơ thị với
nhau đảo bảo đi lại an tồn nhanh chóng, đảm bảo thuận lợi thơng thương giữa
các miền. Bên cạnh việc xây dựng các tuyến mới, các trục đường cũ đang được
nâng cấp cải tạo để đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân thì Nhà nước cịn quan
tâm phát triển , nâng cấp đường giao thơng nông thôn.
Đặc điểm đường giao thông nông thôn ở nước ta hiện nay đa phần có cấu
tạo mặt đường thường là mặt đường cấp phối sỏi đỏ, cấp phối đá dăm hoặc cao
hơn nữa là láng nhựa v.v…Với cấu tạo như thế thì hầu như mặt đường sẽ bị phá
hoại, hư hỏng khi gặp thời tiết mưa bão. Vì thế chúng ta cần có một loại vật liệu
phù hợp để làm lớp phủ cho mặt đường giao thông nông thôn , tạo điều kiện cho
giao thơng an tồn, thuận lợi.

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên học viên đã chọn nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu sử dụng vật liệu Carboncor asphalt để xây dựng mặt đường
giao thông nông thôn”. Làm đề tài Luận văn Thạc sỹ.
1.1.3 Giới Thiệu Vật liệu Carboncor Asphalt
Carboncor asphalt được phát minh vào năm 2000 bởi tập đồn Nam Phi.
Cơng nghệ này thích hợp cho các nước có khí hậu nhiệt đới như ở Việt Nam và
các nước đang phát triển do tiết kiệm chi phí.
Carboncor asphalt là sản phẩm trộn sẵn trong trạm trộn chuyên dụng, bao
gồm tro, than rác có carbon (carbonaceaous shale), cốt liệu đá, nhũ tương được


-9trộn với tỷ lệ quy định. Nhờ sự kết hợp giữa các phần tử carbon đó được hoạt hóa
cho phép tạo ra một sự liên kết tốt hơn, gắn kết một cách có hiệu quả các thành
phần với nhau. Cường độ của lớp vật liệu Carboncor asphalt sau khi thi cơng
được hình thành và phát triển theo thời gian dưới tác động của liên kết đá-nhựa
và quá trình bay hơi.

Hình 1-1.Thành phần cấu tạo Carboncor asphalt

Phản ứng hóa học hình thành liên kết và cường
độ chịu lực cho thảm Carboncor

Hình 1-2.Cơ chế hình thành và liên kết Carboncor asphalt
1.1.4 Cơng nghệ sản xuất Carboncor Asphalt
Công nghệ sản xuất vật liệu Carboncor asphalt gồm các bước như sau:
Thu gom than rác từ mỏ than→Sàn tuyển chọn than rác tại bãi than→Vận
chuyển than rác sau khi sàn đến nhà máy sản xuất Carboncor asphalt→Lưu giữ
than rác tại nhà máy sản xuất Carboncor asphalt→Chuyển than rác vào phểu

- 10 chứa tại trạm trộn→Trộn thêm đá dăm để đảm bảo đường cong cấp phối và với
một loại nhũ tương đặc biệt→Hỗn hợp Carboncor asphalt.
Sau khi trộn xong, vật liệu Carboncor asphalt được đựng trong bao kín
hoặc được lưu giữ ở dạng rời, sau đó vận chuyển tới cơng trường thi cơng.

Hình 1-3.Sơ đồ cơng nghệ sản xuất vật liệu Carboncor asphalt


- 11 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lí của vật liệu Carboncor asphalt , đánh giá chất
lượng vật liệu và việc sử dụng vật liệu Carboncor asphalt xây dựng đường giao
thông nông thôn tại Việt Nam.
1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng quan về thực trạng đường giao thông nông thôn ở Việt Nam.
Nghiên cứu hỗn hợp bê tông nhựa, yêu cầu vật liệu chế tạo, các phương pháp
thiết kế và thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa theo phương pháp Marshall.
Nghiên cứu thiết kế áo đường cho đường giao thông nông thôn bằng vật liệu
Carboncor asphalt theo 22TCVN 211-06
Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của vật liệu Carboncor asphalt.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu về lý thuyết các tính chất kỹ thuật của vật liệu
Carboncor asphalt
Phương pháp nghiên cứu về thực nghiệm: thí nghiệm các tính chất của vật
liệu Carboncor asphalt. Áp dụng vật liệu Carboncor asphalt để thiết kế xây dựng
mặt đường giao thông nông thôn.
1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Về mặt lý thuyết :góp phần vào việc cải thiện và phát triển hệ thống giao
thông nông thơn, tạo điều kiện cho lưu thơng hàng hóa nhanh chóng, cải thiện cơ
cấu sản xuất, thu hút đầu tư, kỹ thuật, công nghệ để phát triển sản xuất, khai thác
tốt tiềm năng và nguồn lực địa phương..

Về mặt thực nghiệm: bước đầu dựa trên các thí nghiệm đạt được để phân tích
ưu nhược điểm của vật liệu Carboncor asphalt, công nghệ sản xuất và định hướng
sử dụng vật liệu Carboncor asphalt ở Việt Nam trong tương lai.


- 12 -

CHƯƠNG II
CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1 BÊ TÔNG NHỰA -YÊU CẦU VẬT LIỆU CHẾ TẠO
2.1.1 Giới Thiệu Bê Tông Nhựa
Bê tông nhựa hay bê tông asphalt là một hỗn hợp vật liệu bao gồm: đá, cát,
bột khoáng và phụ gia ( nếu có ) được phối hợp với nhau theo một tỉ lệ hợp lý để
tạo một cấp phối tốt nhất, được trộn nóng hoặc nguội với nhựa theo một chế độ
nhất định trong trạm trộn rồi được rải nóng ( đối với bê tơng nhựa trộn nóng ) ở
nhiệt độ thích hợp và lu lèn.
Trong đó:
+ Đá dăm và cát là bộ khung chịu lực, tăng tính ổn định của bê tơng nhựa.
Làm cho bê tơng nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngọai lực và tạo độ
nhám cho bề mặt đường.
+ Cát : đóng vai trị lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm, nó sẽ cùng với
đá dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tơng nhựa
+ Bột khống đóng vai trị là thành phần rất quan trọng trong hỗn hợp bê
tông nhựa, nó vai trị lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu lớn ( cát, đá dăm
hay sỏi ) không những làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng
nhanh tỷ diện bề mặt các cốt liệu , làm cho màng bitum trên mặt hạt
khoáng vật càng mỏng và như thế sẽ làm lực tương tác của nó tăng lên,
cường độ và độ bền của bê tông nhựa cũng tăng .
+ Bitum là chất kết dính hữu cơ có khả năng dính kết các vật liệu khống
vật tạo một hỗn hợp chịu lực mới.

+ Phụ gia: có vai trị trong việc cải thiện một số tính chất nào đó trong bê
tơng nhựa như làm tăng tính dẻo, tính ổn định với nhiệt v.v... Thường phụ
gia được thêm vào để cải tiến một số tính chất của bitum như : Bitum có
pha thêm lưu huỳnh, Bitum có pha thêm cao su, Bitum có pha thêm
mangan hữu cơ...


- 13 + Như vậy ta có thể thấy rằng cường độ của bê tơng nhựa được hình thành
trên cơ sở nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp vật liệu theo
nguyên tắc cấp phối với chất kết dính là nhựa đường.
2.1.2 Phân Loại Bê Tông Nhựa
Bê tông nhựa được phân thành các loại khác nhau, tùy thuộc vào phương
pháp thi cơng, nhiệt độ lúc rãi, kích cỡ đá lớn nhất, thành phần cấp phối và hàm
lượng đá dăm, độ rỗng dư, theo loại và chất lượng vật liệu sử dụng....Mỗi nước
có sự phân loại của riêng mình tuy rằng sự phân loại đó có khác nhau về hình
thức nhưng tựu trung đều giống nhau trong quan điểm đó là cách phối hợp vật
liệu , cách chế tạo và thi công thế nào để đáp ứng được các yêu cầu chủ yếu của
từng lớp tương ứng với từng vị trí trong kết cấu áo đường.
Theo tiêu chuẩn thi cơng và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa hiện nay
ở Việt Nam thì có thể phân ra các loại sau:
2.1.2.1 Theo cỡ hạt lớn nhất danh định của cấp phối đá
Phân loại theo cỡ hạt lớn nhất danh định của cấp phối đá( tương ứng cỡ
sàn tròn tiêu chuẩn mà cỡ sàng nhỏ nhất ngay sát dưới nó có lượng sót tích lũy
lớn hơn 5% ), thì bê tơng nhựa rãi nóng chia làm bốn loại:
+ Bê tơng nhựa hạt lớn:

dmax=40mm

+ Bê tông nhựa hạt trung:

dmax=25mm

+ Bê tông nhựa hạt nhỏ:

dmax=15mm

+ Bê tơng nhựa hạt cát:

dmax=5mm

2.1.2.2 Theo độ rỗng cịn dư : bê tông nhựa được chia làm hai loại
+ Bê tơng nhựa chặt ( BTNC ) có độ rỗng dư từ 3% đến 6% thể tích. Trong
thành phần bắt buộc phải có bột khống.
+ Bê tơng nhựa rỗng ( BTNR ) có độ rỗng dư từ lớn hơn 6% đến 10% thể
tích và chỉ được làm lớp dưới của mặt đường bê tơng nhựa có hai lớp,
hoặc làm lớp móng.


- 14 2.1.2.3 Theo chất lượng : tùy theo chất lượng của vật liệu khoáng để chế tạo
hỗn hợp ,bê tông nhựa được chia làm hai loại: bê tông nhựa loại I và loại II.
Trong đó bê tơng nhựa loại II chỉ được làm cho lớp mặt của đường cấp IV trở
xuống, hoặc làm lớp dưới của mặt đường hai lớp hay được làm phần đường cho
xe đạp, xe máy , xe thô sơ.
2.1.2.4 Theo nhiệt độ thi công : đối với bê tông Asphalt khi phân loại theo
nhiệt độ thi cơng thì có thể phân chia thành các loại sau đây:
+ Bê tơng nhựa rải nóng: đây là loại hỗn hợp được chế tạo nóng và rãi thi
cơng cũng ở nhiệt độ nóng từ 1200C đến 1200C.
+ Bê tơng nhựa rải ấm: đây là loại hỗn hợp được chế tạo nóng và rãi thi
cơng cũng ở nhiệt độ nóng ( trên700C )

+ Bê tông nhựa rải nguội: đây là loại hỗn hợp được chế tạo nguội bằng cách
trộn nhựa lỏng hoặc nhũ tương bitum tại nhiệt độ bình thường và rãi thi
cơng cũng ở nhiệt độ khơng khí.


Bảng 2.1 Thành phần cấp phối cỡ hạt của hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng (22TCN 249-98)

- 15 -


- 16 2.1.3 Các Tính Chất Của Bê Tơng Nhựa
Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu trúc của nó; cấu trúc này
phụ thuộc vào tính chất và hàm lượng của các thành phần vật liệu tạo thành, sự
phân bố đều đặn cỡ hạt và nhựa đường và nó cịn phụ thuộc vào chất lượng thi
cơng trong q trình xây dựng, nhiệt độ và độ chặt sau khi đầm nén.
Với tính chất của vật liệu cấu tạo thành bê tơng nhựa, đặc biệt là nhựa
đường thì bê tơng nhựa có tính chất rất phức tạp đó là tính “đàn-nhớt-dẻo”
2.1.3.1 Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật bê tông nhựa tại Việt Nam

Bảng 2.2 Yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa chặt (22TCN 249-98)


- 17 -

TT
1
2
3
4
5

6

Trị số qui
định

Các chỉ tiêu
Độ rỗng của cốt liệu khống chất, %
thể tích khơng nhỏ hơn
Độ rỗng cịn dư, % thể tích
Độ ngậm nước, % thể tích
Độ nở, % thể tích , khơng lớn hơn
Hệ số ổn định nước , không nhỏ hơn
Hệ số ổn định nước , khi cho ngâm
nước trong 15 ngày đêm, không nhỏ
hơn

Phương pháp thí
nghiệm

24
>6-10
3-9
1,5
0,70

Qui trình thí nghiệm
bê tơng nhựa 22TCN
62-84

0,6

Bảng 2.3 u cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa rỗng (22TCN 249-98)
2.1.3.2 Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật bê tông nhựa tại Mỹ

Phương pháp thiết kế hỗn
hợp bê tơng nhựa
Marshall
Số cú đập ở mỗi đầu khi chế
bị thí nghiệm
1. Độ ổn định (độ bền);
kN
2. Độ dẻo (flow); 1/10
mm
3. Độ rỗng %

Cường độ xe
lớn
min
max
75

Cường độ xe
vừa
min
max
50

Cường độ xe
nhỏ
min

max
35

8

-

5.3

-

3.3

20

35

20

40

20

45

Lớp mặt

3

5

3

5

3

5

Lớp bêtơng asphalt cát

3

5

3

5

3

5

Lớp móng

3

8

3

8

3

8

4. Độ rỗng cốt liệu; %
5. Dung trọng

Tùy theo cỡ hạt lớn nhất của hỗn hợp

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ lí của bê tơng nhựa ở Mỹ
2.1.4 Yêu Cầu Vật Liệu Chế Tạo Bê Tông Nhựa


- 18 Ảnh hưởng của cốt liệu đến tính chất và khả năng chịu lực của bê tông
nhựa là rất lớn. Cốt liệu cho hỗn hợp bê tông nhựa phải có cấp phối hợp lý, phải
có cường độ cao, khả năng chịu hao mịn lớn và hình dạng phải góc cạnh, khơng
bị bẩn và có tính ghét nước.
Cấp phối, cường độ, độ hao mịn, và hình dạng của cốt liệu là rất quan
trọng, nó ảnh hưởng đến ổn định của kết cấu. Độ rỗng hỗn hợp cốt liệu và đặc
trưng bề mặt vật liệu khoáng vật ảnh hưởng rất lớn đến mối quan hệ giữa bitum
và bề mặt vật liệu khống. Chất kết dính bitum phải dính chặt vào cốt liệu và
phải bao phủ hết bề mặt cốt liệu. Nếu hỗn hợp cốt liệu có độ rỗng lớn và cốt liệu
q trơn nhẵn thì chất kết dính bitum sẽ khơng thể dính vào cốt liệu. Sự dính bám
này trở thành 1 chỉ tiêu rất quan trọng khi hỗn hợp bê tông nhựa làm việc trong
môi trường nước. Nếu cốt liệu dễ thấm nước , khi đó nước sẽ cạnh tranh với chất
kết dính để ngấm vào bề mặt cốt liệu và sẽ tách cốt liệu ra khỏi chất kết dính.
2.1.4.1 Đá dăm hay sỏi

Chất lượng của đá dăm hay sỏi về cường độ, tính đồng nhất, hình dạng,
trạng thái bề mặt, thành phần khống vật… có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
của bê tơng nhựa vì bộ khung cho hỗn hợp bê tông nhựa
Đá dăm dùng chế tạo bê tơng nhựa có thể được sản xuất từ đá thiên nhiên,
từ cuội cũng như đá dăm được chế tạo từ xỉ lị cao cũng có thể được làm bê tơng
nhựa nhưng phải đảm bảo các yêu cầu về quy phạm, tiêu chuẩn đối với đá dăm.
Đá dăm sử dụng dùng chế tạo bê tông nhựa phải thỏa mãn yêu cầu kỹ
thuật theo tiêu chuẩn “22TCN249-98 Qui trình thi cơng và nghiệm thu bê tơng
nhựa”
2.1.4.2 Cát
Cát đóng vai trị là vật liệc chèn kẽ hỡ giữa các hạt cốt liệu lớn trong hỗn
hợp bê tông nhựa, làm tăng lên độ đặc của hỗn hợp.Chúng ta có thể dùng cát thiên
nhiên hay cát nhân tạo để làm hốn hợp bê tông nhựa nhưng phải đảm bảo phù hợp
qui phạm và nếu chúng ta dùng: