BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
@&? “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG
THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM”

LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -1- HV: LỜI CẢM ƠN

Bằng Luận án Thạc sỹ KHKT này, tác giả đã nhận được sự giúp
đỡ rất nhiều của các thầy giáo hướng dẫn, các bạn đồng nghiệp và các
cơ quan liên quan.
Lời đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến Thầy
giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Mạnh Hùng, đã tận tình hướng dẫn trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin trân trọng gửi lời cám ơn đến toàn thể các Thầy cô
trong Bộ môn Đường bộ - khoa Công trình, Phòng đào tạo đại học và
sau đại học của Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình hướng
dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập,
làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tác giả cũng trân trọng cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm
đường bộ III (Viện KHCN GTVT) và các đồng nghiệp đã tận tình giúp
đỡ tôi hoàn thành luận án này.

Xin trân trọng cảm ơn!

Đồng Nai, ngày 10 tháng 5 năm 2010
Tác giả

2.3 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm trên
thế giới
2.4 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm ở
Việt Nam Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -3- HV:

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ
THUẬT CỦA ĐÁ TRỘN NHỰA
3.1 Đánh giá nguồn vật liệu đá qua nghiền để chế tạo đá trộn nhựa
3.2 Thiết kế cấp phối đá trộn nhựa
3.2.1 Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối đá trộn nhựa
3.2.2 Yêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo cấp phối đá trộn nhựa
3.2.3 Các phương pháp thí nghiệm
3.2.3.1 Tiêu chuẩn áp dụng đầm chặt mẫu
3.2.3.2 Độ ổn định, chỉ số dẻo qui đinh ước và thương số Marshall
3.2.3.3 Độ ỗn định còn lại (Retained Stability) sau khi ngâm mẫu ở
60
0
C, 24 giờ, sau đó đem thí nghiệm như trên
3.2.3.4 Độ rỗng cốt liệu (Voids in mineral aggregate) và độ rỗng
của cấp phối đá trộn nhựa (Air voids)
3.2.3.5 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi, độ bền chịu kéo của
cấp phối đá trộn nhựa
3.3 Đúc mẫu phục vụ công tác thí nghiệm (TN) trong phòng.

4.1.2 Đề xuất kết cấu sử dụng cấp phối đá trộn nhựa: Ey/c≥155Mpa.
4.2 Nhận xét
4.2.1 Về chỉ tiêu kỹ thuật
4.2.2 Về chỉ tiêu kinh tế
4.3 Công nghệ chế tạo và thi công đá dăm trộn nhựa
4.3.1 Công nghệ chế tạo cấp phối đá trộn nhựa
4.3.2 Thi công cấp phối đá trộn nhựa
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG
NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
5.1 Kết luận
5.1.1 Tổng kết các kết quả nghiên cứu của đề tài thu được
5.1.2 Khả năng áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế
5.1.3 Đánh giá hiệu quả của các kết quả nghiên cứu.

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -5- HV:

5.2 Kiến nghị
5.2.1 Kiến nghị về việc áp dụng vào thực tế các kết quả nghiên cứu
5.2.2 Kiến nghị về định hướng nghiên cứu, phát triển của đề tài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”


Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -7- HV:

cao độ nền của các công trình hiện hữu hai bên tuyến đường xây dựng.
Để giảm chiều dày móng đường là vật liệu rời và tăng cường sự ổn
định cũng như quá trình truyền tải từ lớp mặt BTN đến lớp móng, nhất
thiết phải sử dụng lớp vật liệu đá trộn nhựa để tăng khả năng chịu lực
của lớp móng và giảm chiều dày của lớp móng cấp phối đá dăm. Hiện
nay, trên thế giới nhiều nước đã dùng lớp cấp phối đá trộn nhựa (ĐTN)
để làm lớp chuyển tiếp nối lớp mặt BTN với móng cấp phối đá dăm,
phù hợp hơn về mô hình cơ học mặt đường mà lại đảm bảo lâu dài độ
êm thuận và tuổi thọ cho lớp BTN.
Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp phối
đá trộn nhựa làm lớp móng cho mặt BTN còn chưa được rộng rãi, do
chưa có quy trình, quy phạm áp dụng. Mặt khác, các chỉ tiêu kỹ thuật
chủ yếu của vật liệu cấp phối ĐTN dùng trong tính toán còn chưa được
phổ cập. Vì vậy, “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp
phối đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm” là rất cần
thiết.

2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Bổ sung nguồn vật liệu làm lớp móng mặt BTN trong áo đường mềm;
- Làm giảm chiều dày kết cấu móng áo đường;
- Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của cấp phối đá dăm trộn nhựa
để áp dụng trong tính toán kết cấu áo đường mềm theo 22TCN 211-06
của Bộ Giao thông vận tải.


Chương III: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối đá
trộn nhựa.
Chương IV: Ứng dụng vào tính toán kết cấu mặt đường mềm.
Chương V: Kết luận & Kiến nghị.

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -9- HV:

CHƯƠNG I: VAI TRÒ VÀ VỊ TRÍ CÁC LỚP VẬT LIỆU
DÙNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM

1.1 Trình tự kết cấu áo đường mềm
Áo đường mềm là kết cấu nhiều lớp gồm: Tầng mặt làm bằng
các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường
và tầng móng làm bằng các loại vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên
khu vực tác dụng của nền đường hoặc trên lớp đáy móng.
Kết cấu tổng thể áo đường mềm: (Xem sơ đồ hình 1.1) [4]
Cụ thể:
• Tầng mặt áo đường mềm cấp cao có thể có nhiều lớp gồm lớp
tạo nhám, tạo phẳng hoặc lớp bảo vệ, lớp hao mòn ở trên cùng
(đây là các lớp không tính vào bề dày chịu lực của kết cấu mà là
các lớp có chức năng hạn chế các tác dụng phá hoại bề mặt và
trực tiếp tạo ra chất lượng bề mặt phù hợp với yêu cầu khai thác
đường) rồi đến lớp mặt trên và lớp mặt dưới là các lớp chịu lực
quan trọng tham gia vào việc hình thành cường độ của kết cấu
áo đường mềm.
• Tầng móng cũng thường gồm lớp móng trên và lớp móng dưới,

GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -11- HV:

dụng của nền đường (có nghĩa là lớp đáy móng trở thành một phần của
khu vực tác dụng).
Lớp đáy móng có các chức năng sau:
• Tạo một lòng đường chịu lực đồng nhất (đồng đều theo bề rộng),
có sức chịu tải tốt;
• Dẫn nước mặt thoát khỏi móng đường, ngăn chặn ẩm thấm từ
trên xuống nền đất và từ dưới lên tầng móng áo đường;
• Tạo điều kiện cho xe máy đi lại trong quá trình thi công áo
đường không gây hư hại nền đất phía dưới (nhất là khi thời tiết
xấu).

1.3 Móng đường
Lớp móng chủ yếu thu nhận tác dụng của lực thẳng đứng của tải
trọng xe chạy truyền qua lớp mặt rồi phân bố rộng lực thẳng đứng này
lên lớp đệm và nền đường, vì vậy lớp móng phải đủ cường độ và độ
cứng nhưng có thể không xét tới độ hao mòn. Dù lớp móng không ảnh
hưởng của nhân tố khí hậu mạnh như lớp mặt, nhưng vẫn có khả năng
chịu ảnh hưởng của nước ngầm và nước mặt thấm vào nên kết cấu của
lớp này cũng phải có độ ổn định đối với nước.
Mặt của lớp phải có độ bằng phẳng, có độ dốc ngang như độ dốc
ngang của lớp mặt để đảm bảo cho chiều dày lớp mặt được đồng đều.
Vật liệu dùng làm lớp móng gồm có: các loại vật liệu hạt như cấp phối
đá dăm; cấp phối sỏi cuội, cát, đất dính; cấp phối đồi; xỉ phế thải công
nghiệp; đá dăm; đất hoặc các lớp móng làm bằng các loại vật liệu hạt
có gia cố các loại nhựa đường, chất liên kết vô cơ (xi măng, vôi và tro
bay,…).

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối

thấp, chỉ có thể thu nhận lượng giao thông nhỏ, xe chạy với tốc độ thấp

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -13- HV:

và không thông xe được vào mùa mưa, giá thành xây dựng thấp nhưng
khối lượng duy tu bảo dưỡng lớn, giá thành vận tải cao.
Mặt đường cần có một độ dốc ngang nhất định để đảm bảo thoát
nước. Trừ các đoạn có bố trí siêu cao, mặt cắt ngang của đường thường
làm theo hình khum, thường gọi là độ mui luyện mặt đường. Lớp mặt
có độ bằng phẳng và độ ổn định đối với nước tương đối tốt, tính thấm
nước nhỏ thì có thể làm độ dốc ngang nhỏ, ngược lại phải bố trí độ dốc
ngang lớn hơn. Dốc ngang của mặt đường có các loại lớp mặt khác
nhau có thể lấy theo bảng 1-1[16]:

Bảng 1-1: Độ dốc ngang thiết kế mặt đường
Loại lớp mặt của mặt đường
Độ dốc ngang
(%)
Bê tông xi măng, bê tông nhựa 1,0 – 2,0
Các loại mặt đường nhựa khác, đá lát hoàn chỉnh 1,5 – 2,5
Đá lát nữa hoàn chỉnh, đá lát không hoàn chỉnh 2,0 – 3,0
Đá dăm (sỏi sạn) và các vật liệu hạt 2,5 – 3,5
Đất đá dăm, đất đá sỏi
3,0 – 4,0

Nhận xét Chương 1:

- Bê tông nhựa nóng (BTN) dày :12cm
- Cấp phối đá trộn nhựa (ĐTN) dày :18cm
- Cấp phối đá dăm (CPĐD) dày :20cm
- Cát vàng dày :20cm
- Nền đường có E
o
=30Mpa
Tổng chiều dày toàn kết cấu: H
v
= 70cm

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -15- HV:

Thay vì trong kết cấu của chúng ta thường sử dụng lớp móng cấp
phối đá dăm rất dày để đặt trực tiếp lớp mặt 12cm BTN thì áo đường ở
Hình 1-2 đã đưa vào 18cm cấp phối ĐTN. Việc chọn và thiết kế cấp
phối ĐTN “nối” lớp móng CPĐD với lớp mặt BTN đã phát huy được
ưu điểm của loại vật liệu dính kết là có khả năng chịu kéo uốn cao để
gánh chịu ứng suất σ
r
lớn nhất sinh ra ở đáy lớp này. Cấp phối ĐTN
phải đủ dày nhưng có hàm lượng nhựa ít hơn nhiều so với BTN. Thực
tế vật liệu BTN có ứng suất đang nằm ở vùng nén (không phải vùng
chịu uốn).
Như vậy cần lưu ý: Trong thiết kế kết cấu áo đường mềm không
nên để móng dạng vật liệu rời (làm việc theo nguyên lý cài chặt) gánh

đặc điểm khí hậu của vùng hay khu vực mà tuyến đi qua. Ví dụ: Khu vực phía
Nam, nóng nhiều, dùng loại nhựa đường có độ kim lún 50/60 sẽ hợp lý hơn
loại 60/70.
Công nghệ chế tạo và thi công cấp phối đá trộn nhựa cũng tương tự như
BTN. Cốt liệu đá, cát đều phải qua tang sấy tới nhiệt độ yêu cầu. Nhựa đặc
bán cứng (ở thể lỏng) tiếp tục được gia nhiệt tới nhiệt độ trộn. Hệ thống cấp
liệu tự động đưa các nhóm đá khác nhau tuyển lại qua sấy vào buồng trộn
theo đúng thành phần thiết kế. Tại đây, đá được trộn, bọc đều nhựa. Thành
phẩm cấp phối đá trộn nhựa được chuyển qua phễu chứa giữ nhiệt để cung
cấp đủ khối lượng cho xe ben chở tới công trường thi công.

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -17- HV:

Chất lượng cấp phối đá trộn nhựa được đánh giá qua các thí nghiệm xác
định chỉ tiêu kỹ thuật tương tự như BTN. Trong đó phải kể tới:
- Mô đun đàn hồi của cấp phối đá trộn nhựa chịu ảnh hưởng của
biến đổi nhiệt độ, t
o
C;
- Độ bền ép chẻ của cấp phối đá trộn nhựa chịu ảnh hưởng của
biến đổi nhiệt độ, t
o
C;
- Độ bền và độ dẻo Marshall.

Cấp phối đá trộn nhựa được lựa chọn thường thiên về đường cong có cở


2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật đạt được của đá trộn nhựa
Hiện nay, trong 22TCN 211-06 [4] mới bổ sung đưa vào chỉ tiêu kỹ
thuật của đá dăm đen nhựa đặc chêm chèn:
- Mô đun đàn hồi ở 10-15
o
C đạt 800-1000 Mpa;
- Mô đun đàn hồi ở 30
o
C đạt 350 Mpa.
Ngoài ra, chưa có số liệu nào nêu rõ chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của đá
trộn nhựa.
Trên thế giới, nhiều nước ở Châu Âu từ thế kỷ trước đã sử dụng cấp
phối đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm. Vì vậy, ít nhiều chúng ta có
thể tham khảo được những thông tin cần thiết.
Trong cuốn sách “Cơ học mặt đường “[2], các tác giả nghiên cứu khoa
học đường bộ tại Trường đại học kỹ thuật Bralislava và Viện VUIS
(Bralislava) đã giới thiệu các đặc trưng đàn hồi và biến dạng dùng trong tính
toán kết cấu áo đường mềm (bảng 2-1 và bảng 2-2):

Bảng 2-1: Đặc trưng đàn hồi và biến dạng dùng trong tính toán của vật
liệu dính kết với nhựa đường
Tên vật liệu
Mô đun đàn hồi E (Mpa)
0
o
C
+10
o
C

, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 7kN
BTN
-
III
và Đá trộn nhựa
loại I (ĐTN-I), độ bền
Marshall tối thiểu đạt 5kN
5700

4300 4200 2200 2000
ĐTN
-
II
, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 4kN
5100

3600 3500 1700 1500
ĐTN
-
III
, độ bền Marshall
tối thiểu đạt 3kN
4500

3100 3050 1300 1250
Đá th
ấm nhập nhựa
hạt to

Bê tông nhựa BTN-I và
BTN-II, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 7kN
4,0 3,1 1,5 1,4
BTN-III và Đá trộn nhựa loại
I (ĐTN-I), độ bền Marshall
tối thiểu đạt 5kN
3,4 2,7 1,3 1,2
ĐTN-II, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 4kN
3,2 2,4 1,05 0,95
ĐTN-III, độ bền Marshall tối
thiểu đạt 3kN
3,0 2,2 0,9 0,8
Đá mi trộn nhựa, hỗn hợp cấp
phối hở
2,6 2,0 0,8 0,7

Từ hai bảng trên ta có nhận xét: Hỗn hợp đá trộn nhựa loại I (ĐTN-I)
có chất lượng đạt tương đương với bê tông nhựa loại III (BTN-III). Điều này
cho thấy khả năng sử dụng ĐTN-I làm mặt đường địa phương và mặt đường
chịu tải trọng nhẹ là rất lớn.

2.3 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa trong kết cấu áo đường mềm trên
thế giới
Nhiều nước có nền công nghiệp phát triển ở Châu Âu như Pháp, Tiệp
Khắc (cũ), Đức,… đã sử dụng rộng rãi lớp ĐTN trong kết cấu áo đường mềm

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.”

đường cũng được coi là một tham số thay đổi.

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -22- HV:

Bảng 2-3: Định hình kết cấu áo đường mềm No 9 của Pháp, 1977

Ghi chú bảng 2-3:
(1) BTN: là bê tông nhựa nóng
(2) ĐTN: là cấp phối đá trộn nhựa nóng
(3) CPĐgcxm: là Cấp phối đá dăm gia cố ximăng

Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng trong thiết kế mặt đường mềm.” GVHD: TS. Nguyễn Mạnh Hùng -23- HV: Kết quả chung của định hình cho phép nhận xét:
Ø Nếu sử dụng móng CPĐD (vật liệu rời) sẽ có lớp ĐTN đủ dày
mang ý nghĩa như lớp móng trên để đặt BTN lên đó.
Ø Nếu sử dụng móng CPĐgcxm đạt cường độ chịu nén ở 28 ngày
tuổi từ 7 đến 12 Mpa (loại I), từ 6 đến 11 Mpa (loại II) thì cho
phép thảm trực tiếp lớp mặt BTN.

Kết cấu định hình dưới đây (Hình 2-1) đáp ứng tổng trục xe thiết kế