1

B GIO DC V O TO
TRNG I HC GIAO THễNG VN TI

đặng thị thu trang

NGHIÊN CứU GIảI PHáP Sử DụNG PHụ GIA TĂNG
KHả NĂNG DíNH BáM GIữA Đá Và NHựA ĐƯờNG
TRONG HỗN HợP BTN
chuyên ngành: xây dựng đ ờng ôtô và đờng thành phố
mã số: 60.58.02.05.01

LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT
hớng dẫn khoa học: pgs.ts. lã văn chăm

Hà Nội - 2016

LI CM N

Bng Lun vn ny, em xin by t lũng bit n sõu sc n cỏc thy cụ Khoa
Cụng trỡnh v Phũng o to sau i hc Trng i hc Giao thụng Vn ti ó ging
dy v giỳp em trong quỏ trỡnh hc tp, lm lun vn.


2

Đặc biệt em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn PGSTS Lã Văn Chăm tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện
luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2015


Tiêu chuẩn Việt Nam

PGS-TS

Phó giáo sư - Tiến sĩ

CPĐD

Cấp phối đá dăm

QL

Quốc lộ

CL

Cốt liệu

BT

Bitum

BK

Bột khoáng

KCAĐ

Kết cấu áo đường

Độ dính bám đá- nhựa phụ thuộc vào nhiều nhân tố như loại nhựa, loại đá, yêu cầu về
vật liệu. Nếu không có phương án khắc phục mà vẫn sử dụng như thế thì sẽ dẫn đến mặt
đường bị hư hỏng. Do vậy việc nghiên cứu bổ sung chất phụ gia tăng khả năng dính bám là
cần thiết.
Vì vậy học viên chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp sử dụng phụ gia tăng khả năng
dính bám giữa đá và nhựa đường trong hỗn hợp BTN” nhằm tăng hiệu quả tính dính bám
giữa đá- nhựa góp phần tăng chất lượng BTN.

2. Đối tượng nghiên cứu
-

Tổng quan về vật liệu bê tông nhựa, các loại vật liệu thành phần và tính chất

-

cơ bản của vật liệu thành phần.
Một số loại phụ gia và các yếu tố cấu thành.
Sự ảnh hưởng của loại phụ gia đến tính chất cơ bản của BTN

3. Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu bao gồm:
-

Các tính chất của BTN


7
-

Một số loại phụ gia và tính chất cơ bản của chúng.

của các loại mặt đường mềm cấp cao và hỗn hợp asphalt nói chung còn dùng cho các
lớp mặt và móng của mặt đường mềm.
- Hỗn hợp asphalt bao gồm: đá dăm, cát, bột khoáng và bi tum được lựa chọn
thành phần hợp lý, nhào trộn và gia công thành một hỗn hợp đồng nhất. Cốt liệu lớn
làm tăng khối lượng hỗn hợp, làm giảm giá thành của bê tông nhựa asphalt và tạo bộ
khung chịu lực, hình thành cường độ và độ ổn định. Cốt liệu nhỏ khi trộn với bitum
tạo thành vữa asphalt làm tăng tính dẻo của hỗn hợp, ảnh hưởng đến khả năng làm
việc và phạm vi ứng dụng của bê tông. Bột khoáng làm thay đổi tỷ lệ cốt liệu nhỏ làm
hỗn hợp đặc hơn và tăng tỷ lệ bề mặt của các cốt liệu, nó kết hợp với bitum tạo nên
chất kết dính mới bao bọc và bôi trơn bề mặt cốt liệu. Chất lượng phụ thuộc vào nguồn
gốc của cốt liệu, bột khoáng và độ quánh/ nhớt của bitum
- Bê tông nhựa asphalt là tốt nhất so với các hỗn hợp vật liệu khoáng - bitum
khác ở chỗ nó có độ đặc, cường độ, độ ổn định và độ bền cao do sự tham gia của bột
khoáng trong thành phần.
- Loại vật liệu này được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao
như đường cao tốc, đường thành phố và sân bay. Bản thân vật liệu cần có độ cứng đủ
để chống biến dạng, ngoài ra, nó đòi hỏi kết cấu phía dưới có độ cứng cao để đảm bảo
không bị nứt gẫy trong quá trình khai thác.


9
Một số hình ảnh thi công bê tông nhựa tại Việt Nam

Hình 1.1 - Thi công bê tông nhựa - Km225+100 dự án cao tốc Cầu Giẽ
Ninh Bình

Hình 1.2 –Thi công bê tông nhựa -Dự án mở rộng Quốc lộ 1 đoạn qua
tỉnh Quảng Trị.




gà hay phủ mặt các mặt đường cấp thấp.
Bê tông nhựa ấm ở khoảng trung gian nhiệt độ giữa bê tông nhựa nóng và bê
tông nhựa nguội, chất dính kết với độ nhớt nhất định nhờ thành phần hóa học
được đưa đến nhiệt độ nhất định để tạo độ nhớt đủ cho trộn, rải và đầm nén.
Loại vật liệu này được biết đến là thân thiện với môi trường do lượng phát
thải trong quá trình thi công giảm đáng kể so với bê tông nhựa nóng, đồng

thời vẫn duy trì được ưu thế về cường độ và độ ổn định.
 Phân loại theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt: Được
•

chia ra làm 4 loại:
Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất

là 12,5 mm), viết tắt là BTNC 9,5;
• Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn
nhất là 19 mm), viết tắt là BTNC 12,5;
• Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất
•

là 25 mm), viết tắt là BTNC 19;
Bê tông nhựa cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất
là 9,5 mm), viết tắt là BTNC 4,75.

Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 75722: 2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC quy định tại Bảng 1.1.
Bảng 1.1 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC)
Quy định

BTNC 9.5


100

-

19

-

100

90÷100

-

12.5

100

90÷100

71÷86

-

9.5

90÷100

74÷89


17÷33

45÷65

0.600

17÷33

15÷31

12÷25

30÷50

0.300

12÷25

11÷22

8÷17

20÷36

0.150

9÷17

8÷15

6÷8

3÷5

hỗn hợp bê tông nhựa
4. Chiều dày lớp bê tông
nhựa hợp lý (sau khi lu
lèn), cm
Vỉa hè, làn

Lớp mặt trên
5. Phạm vi nền áp dụng

Lớp mặt trên hoặc lớp mặt
dưới

Lớp mặt dưới

dành cho
xe đạp, xe
thô sơ

 Phân loại theo kết cấu sử dụng:
Tùy theo chất lượng của vật liệu khoáng để chế tạo hỗn hợp, bê tông nhựa được

phân ra hai loại: loại I và loại II. Bê tông nhựa loại II chỉ được dùng cho lớp mặt của
đường cấp IV trở xuống; hoặc dùng các lớp dưới của mặt đường bê tông 2 lớp; hoặc
dùng cho phần đường dành cho xe đạp, xe máy, xe thô sơ.
 Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với bê tông nhựa rỗng: Được phân thành
3 loại:

25

37.5

Lượng lọt qua sàng, % khối lượng

50

-

-

100

37.5

-

100

90÷100

25

100

90÷100

71÷86


17÷33

2.36

2÷18

1÷17

12÷25

1.18

-

-

8÷17

0.600

0÷10

0÷10

6÷12

0.300

-



Lớp móng

tông nhựa
4. Chiều dày lớp bê tông nhựa hợp
lý (sau khi lu lèn), cm
5. Phạm vi nền áp dụng

Lớp móng

 Phân loại theo độ rỗng còn dư: Được phân ra làm loại như sau:


14
•

Bê tông nhựa chặt (BTNC) có độ rỗng dưa từ 3% đến 6% thể tích. Trong

thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng. Xem bảng 1.3.
• Bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ rỗng còn dư từ lớn hơn 6% đến 10% thể
tích, và chỉ dùng làm lớp dưới của mặt đường bê tông nhựa hai lớp, hoặc làm
lớp móng. Xem bảng 1.3.


15

Bảng 1.3- Thành phần cấp phối các cỡ hạt của hỗn hợp bê tông nhựa rải nóng
LOẠI BÊ

CỠ HẠT VỊ TRÍ CỦA


Lớp trên hay

20

lớp dưới
Lớp trên hay

25

lớp dưới
Lớp dưới

40

31,5

25

1(1/4)

1

3/4

31,5

25,0

19,0

95-100 65-75 43-57 31-

33
22-

24
16- 12-18 8-13

6-11

5,5-6,5

44
100 95-100 81-89 65-75 43-57 31-

33
22-

24
16- 12-18 8-13

5-10

5,0-6,0

44
76-84 60-70 43-57 31-

33
22-


100

95-

-

100
5 (6)

Vỉa hè, làn

100

xe đạp, thô
sơ

Bê tông nhựa rỗng (BTNR)
Hạt trung
25
Lớp dưới
BTNR 25

hay lớp
móng trên

100

95100


55-75 40-60 25-45 15-

-

5-18 4-14

3-8

0-4

4,0-5,0

BTNR 31,5
Hạt lớn

40

Lớp móng

95-

100
- 75-95

-

35
55-75 40-60 25-45 15-

-

Cấu trúc vi mô: là sự kết hợp của bột khoáng chất và nhựa tạo thành liên kết

asphalt.
• Cấu trúc trung gian: là sự kết hợp chất liên kết asphalt với cát tạo thành vữa
•

asphalt.
Cấu trúc vĩ mô: là sự kết hợp giữa vữa asphalt với các hạt đá dăm tạo nên bê
tông nhựa.
Như vậy, cấu trúc bê tông nhựa hình thành dựa trên cơ sở sự phối hợp các thành

phần khác nhau. Khi thiếu hụt hoặc tỷ lệ giữa các thành phần trong bê tông nhựa
không hợp lý thì cấu trúc bê tông nhựa sẽ bị phá vỡ, và sẽ ảnh hưởng đến các cấu trúc
tiếp theo, làm cho hệ thống cấu trúc bê tông nhựa không đảm bảo điều kiện chịu lực.
* Về mặt chịu lực:
Cấu trúc bê tông nhựa có dạng động:
• Ở nhiệt độ dương: Bê tông nhựa có cấu trúc đông tụ
• Ở nhiệt độ âm: Bê tông nhựa có cấu trúc ngưng tụ ( giòn, dễ gãy vỡ).
1.1.4. Ưu, nhược điểm chủ yếu của mặt đường bê tông nhựa

*) Những ưu điểm của mặt đường bê tông nhựa
Bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới để
làm lớp mặt đường ô tô và đường sân bay là do có những ưu điểm chủ yếu sau
đây:
•

Công nghệ chế tạo và thi công đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng cơ giới

hoá do đó có tốc độ thi công nhanh, dễ đảm bảo chất lượng cao.
• Công tác kiểm tra chất lượng trước, trong và sau khi thi công dễ thực hiện

• Hiện tượng lão hoá theo thời gian: Do sự bay hơi của các thành phần dầu
nhẹ, quá trình ô xy hoá và trùng hợp của các hợp chất cao phân tử có trong
thành phần nhựa đường.
• Kém ổn định với nước. Mặt đường rất nhanh bị phá hỏng ở những nơi ẩm
•

ướt lớn hay ngập nước.
Cường độ mặt đường bị giảm dần theo thời gian do hiện tượng lão hóa

của nhựa.
• Các loại xe bánh xích, bánh sắt đi lại trên mặt đường BTN thường hay để
lại những dấu vết làm hư hỏng lớp trên mặt, nên thường cấm lưu thông các
loại phương tiện này trên mặt đường BTN
• Hệ số bám sẽ giảm đi khi mặt đường ẩm ướt nên xe dễ bị trượt. Khắc phục
bằng cách thảm lên bề mặt lớp vật liệu tạo nhám.
• Đầu tư ban đầu tương đối lớn. Nhưng xét tới hiệu quả giữa chi phí ban đầu
và chi chi phí duy tu, bảo dưỡng và vận tải mà mặt đường BTN đem lại so
với các loại mặt đường khác thì chưa chắc đây là nhược điểm
*) Những dạng hư hỏng chính của mặt đường bê tông nhựa
Dưới tác dụng của tải trọng giao thông và các điều kiện khí hậu môi trường, mặt
đường bê tông nhựa thường xuất hiện một số dạng hư hỏng sau:
•

Mặt đường bị biến dạng, gồm:
+ Biến dạng vĩnh cửu (lún vệt bánh xe).
+ Vật liệu bị xô dồn.
• Mặt đường bị nứt, gồm:
+ Nứt mỏi.
+ Nứt do nhiệt độ thấp.
+ Nứt phản ánh.

 Đá dăm

Đá dăm được nghiền từ đá tảng, đá núi. Không được dùng đá xay từ đá mác nơ,
sa thạch sét, diệp thạch sét.
Riêng với bê tông nhựa rỗng được dùng cuội sỏi nghiền vỡ, nhưng không được
quá 20% khối lượng là cuội sỏi gốc silic.
 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý

Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm dùng cho từng loại bê tông nhựa phải thỏa mãn
các quy định tại bảng 1.4 (theo TCVN 8819 - 2011) như sau:


20
Bảng 1.4 - Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm theo TCVN 8819-2011
Quy định
BTN chặt
BTN rỗng
Lớp mặt Lớp mặt
Các lớp

Các chỉ tiêu

trên

dưới

Phương pháp thử

móng


≥ 80

≥ 60

≥ 60

nghiệm kiểm tra của
nơi sản xuất đá dăm
sử dụng cho công

2. Độ hao mòn khi va

≤ 28

≤ 35

≤ 40

đập trong máy Los
Angeles,%
3. Hàm lượng hạt thoi
dẹt (tỷ lệ 1/3) (*), %
4. Hàm lượng hạt mềm
yếu, phong hóa, %
5. Hàm lượng hạt cuội

7572-

12:2006
≤ 15


trình)
TCVN

18:2006
-

-

≤ 15

TCVN

7572-

sỏi được xay vỡ, %
7. Hàm lượng chung

≤2

≤2

≤2

11:2006
TCVN 7572-8:2006

bụi, bùn, sét, %
8. Hàm lượng sét cục,



21

Các chỉ tiêu

Quy định
BTN chặt
BTN rỗng
Lớp mặt Lớp mặt
Các lớp

Phương pháp thử

trên
dưới
móng
(**): Trường hợp nguồn đá dăm dự định sử dụng để chế tạo bê tông nhựa có độ dính
bám với nhựa đường nhỏ hơn cấp 3, cần phải xem xét các giải pháp, hoặc sử dụng
chất phụ gia tăng khả năng dính bám (xi măng, vôi, phụ gia hóa học) hoặc sử dụng
đá dăm từ nguồn khác đảm bảo độ dính bám. Việc lựa chọn giải pháp nào do Tư vấn
giám sát quyết định
Lượng đá dăm mềm yếu và phong hoá không được vượt quá 10% khối lượng đối
với bê tông nhựa rải lớp trên và không quá 15 % khối lượng đối với bê tông nhựa rải
lớp dưới.
Lượng đá thoi dẹt của đá dăm không được vượt quá 15 % khối lượng đá dăm trong
hỗn hợp. Trong cuội sỏi xay không được quá 20 % khối lượng là loại đá gốc silic.
Hàm lượng bụi, bùn, sét trong đá dăm không vượt quá 2% khối lượng, trong đó
hàm lượng sét không quá 0,05 % khối lượng đá.
 Yêu cầu cốt liệu thô với mặt đường BTN có quy mô giao thông lớntheo quyết


12,5
19
25
Lượng lọt sàng, % khối lượng
100
100
90-100
100
90-100
75-90
74-90
60-78
55-74
60-80
50-72
45-65
34-62
26-56
24-52

2,36

20-48

16-44

16-42

1,18
0,60


Bảng 1.6 - Khống chế cỡ hạt mịn trong thành phần cấp phối cốt liệu BTNC để tạo
ra BTNC thô
Cỡ sàng vuông khống

Lượng % lọt qua cỡ sàng

BTNC 25
BTNC 19

chế (mm)
4,75
4,75

khống chế
<40% (>50% đá dăm)
<45% (>50% đá dăm)

BTNC 12,5

2,36



25,0
12,5

≥13,0
≥15,5

19,0

≥15,0

25,0

≥14,0

Các tính chất vật lý của cốt liệu thể hiện tính thích ứng sử dụng trong hỗn hợp bê
tông nhựa được thể hiện trong bảng 1.8 sau:
Bảng 1.8 - Tóm tắt các đặc tính cốt liệu và tính thích ứng sử dụng trong hỗn hợp
bê tông nhựa mặt đường.
Chức năng thể hiện
trong kết cấu mặt

Vai trò đối với
Đặc tính cốt liệu

tính chất của

tương ứng

hỗn hợp bê tông

Chống lại ảnh hưởng 1. Khả năng chống lại sự xâm nhập

I
U

(xuống cấp) do thời

của các hoá chất

tiết và do các yếu tố 2. Tính hòa tan

U

hoá học

I

3. Tính thuỷ hoá


24
Vai trò đối với

Chức năng thể hiện

Đặc tính cốt liệu

tính chất của

tương ứng

I

thông
Khả năng chống lại 1. Thay đổi thể tích do nhiệt

N

các lực bên trong như 2.Thay đổi thể tích do độ ẩm

N

co ngót, trương nở, 3. Cấu trúc rỗng

N

kéo...
4.Tính dẫn xuất
Tính thích ứng với 1. Phản ứng hoá học với hoá chất

N
I

nhựa đường sử dụng 2. Phản ứng với các chất hữu cơ

N

trong hỗn hợp

3. Khả năng bao bọc


4. Cường độ hạt CL

I

5. Độ bền chống mài mòn

I

6. Hình dạng các mảnh bị mài mòn

I

7. Cấu trúc rỗng hạt CL
b. Có độ ghồ ghề 1. Kích cỡ hạt lớn nhất

I
I

chấp nhận được

I

2. Cấp phối


25
Vai trò đối với

Chức năng thể hiện
trong kết cấu mặt

2. Khối lượng riêng
e. Giảm thiểu mài 1. Hình dạng hạt

I

mòn của bánh xe

I

2. Cấu trúc bề mặt hạt

3. Kích cỡ hạt lớn nhất
f. Giảm thiểu lực cản 1. Kích cỡ hạt lớn nhất

I
I

lăn
g. Giảm gây ồn

I
I

2. Hình dạng hạt
1. Kích cỡ hạt lớn nhất

2. Hình dạng hạt
h. Chống tích tĩnh 1. Tính dẫn điện

I