1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Giao thông vận tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng kinh
tế - xã hội. Vì vậy, cần được ưu tiên đầu tư phát triển để tạo tiền đề, làm động lực phát
triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đáp ứng tiến
trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh.
Hiện nay hệ thống quốc lộ, đường tỉnh được mở rộng, nâng cấp và xây dựng mới
với yêu cầu đúng về cấp độ kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng nhiều.
Vì vậy nhu cầu vật liệu xây dựng ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng và số lượng.
Mặt khác lưu lượng xe tăng, tình hình sử dụng vật liệu cấp phối đá dăm truyền
thống xuất hiện những nhược điểm nhất định: Khả năng chống bong bật thấp, sự kết
dính trong cấu trúc kém nên khi sử dụng cấp phối đá dăm dễ bị hư hỏng, xuất hiện
các ổ gà, ổ voi…
Trong khi đó mặt đường bê tông nhựa mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng giá thành
cao và đòi hỏi Nghiêm ngặt về thành phần cấp phối, trong khi nguồn cấp phối đá dăm
tại khu vực Đồng Nai và các tỉnh lân cận khá dồi dào nên cần sử dụng vật liệu tại chỗ
sẳn có nhằm khắc phục một số nhược điểm của cấp phối đá dăm truyền thống làm
mặt đường.
Hiện nay trên thế giới nhiều nước đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa để làm vật
liệu làm móng mặt đường mềm. Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp
phối đá dăm trộn nhựa còn chưa rộng rãi, do chưa có quy trình, quy phạm áp dụng.
Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của vật liệu cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng trong tính
toán còn chưa được phổ cập. Vì vậy, “Nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối
đá dăm trộn nhựa dùng làm móng mặt đường tại Đồng Nai” là cần thiết
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng làm móng
và mặt đường, nhằm bổ sung nguồn vật liệu làm móng và mặt đường.
III. Đối tượng nghiên cứu


dào, gia cố nhựa đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật dùng trong xây dựng đường ô tô.


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG NHỰA VÀ
NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ
NHỰA
1.1 Giới thiệu chung về mặt đường mềm
Mặt đường là một kết cấu gồm một hoặc nhiều lớp vật liệu khác nhau được rải
trên nền đường để đáp ứng các yêu cầu chạy xe về cường độ, độ bằng phẳng, độ
nhám. Mặt đường là bộ phận rất quan trọng của đường ô tô [1,2].
Kết cấu mặt đường gồm có tầng mặt và tầng móng. Từ đáy lớp móng dưới trở
xuống đến hết phạm vi khu vực tác dụng của nền đường được gọi là nền đất (hình
1.1).
Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể kết cấu áo đường mềm


(KÕt cÊu tæng thÓ nÒn mÆt ®­êng)

(Subgrade)

Líp ®¸y mãng (Capping layer)

KÕt cÊu nÒn ¸o ®­êng

Líp mãng d­íi (Sub-base)

(Pavement structure)


dụng làm giảm tác động của lực ngang, tăng cường sức chống bào mòn cho tầng mặt.
Nhưng tác dụng chủ yếu là để giảm bớt tác động của lực xung kích, chống lại sự mài
mòn trực tiếp của bánh xe và tác động của điều kiện thiên nhiên. Ngoài ra, chúng còn
tăng cường độ bằng phẳng, tăng độ nhám cho mặt đường. Lớp hao mòn, lớp bảo vệ là
các lớp định kì phải khôi phục trong quá trình khai thác ( thường là bê tông nhựa hay
các hỗn hợp trộn nhựa khác ) [1,2].


5

Tầng móng chỉ chịu tác dụng lực thẳng đứng. Nhiệm vụ của nó là phải phân
bố, giảm nhỏ ứng suất thẳng đứng tác dụng xuống nền đường tới một giá trị để đất
nền có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng quá lớn:
- Do lực thẳng đứng truyền xuống ngày càng bé đi nên để tiết kiệm, tầng móng
có cấu tạo gồm nhiều lớp vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống. Thông thường
có lớp móng trên và lớp móng dưới.
- Lớp móng trên thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 1, cấp phối đá
gia cố xi măng, đá dăm láng nhựa, cấp phối đá dăm gia cố nhựa, đá dăm tiêu chuẩn.
Lớp móng dưới thường dùng vật liệu như cấp phối đá dăm loại 2, đất, cát gia cố xi
măng, đất gia cố nhựa, cấp phối sỏi suối, cấp phối sỏi ong, cấp phối sỏi sạn [1,2].
Ví dụ mô tả chi tiết các lớp kết cấu áo đường mềm
Mođun đàn hồi đất nền đường E0 = 60 Mpa
Tổng trục xe khai thác : N = 25.106 trục 100kN
Biến dạng dư sau N = 5.106 lần lặp tải trọng trục 100 kN, y = 11,4 mm.

Hình 1.2 : Ví dụ chi tiết các lớp kết cấu áo đường của một mặt đường mềm

Không phải một kết cấu mặt đường cũng bao gồm đầy đủ các tầng, lớp như
trên, tuỳ theo yêu cầu cường độ, lưu lượng dòng xe chạy, tuỳ theo điều kiện cụ thể để
quyết định lựa chọn một số tầng, lớp hợp lý.

dính trong hỗn hợp và mức độ kết dính giữa cốt liệu và bitum. Mỗi thành phần trong
hỗn hợp bê tông nhựa đóng một vai trò nhất định và có liên quan chặt chẽ đến nhau
trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ tính chất cần thiết của vật liệu làm lớp mặt
đường
Theo các tài liệu quốc tế thì BTN có thể khai thác ở nhiệt độ từ –500C đến +600C.
Các giải pháp để tăng cường độ ổn định nhiệt của BTN cần đặc biệt lưu ý khi sử dụng


7

BTN trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Trong quá trình khai thác BTN chịu ảnh
hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời tiết nên nó bị già đi, nứt nẻ, bị mài mòn và biến
dạng làm giảm tuổi thọ khai thác của BTN. Tuổi thọ trung bình của các lớp phủ mặt
đường bằng BTN khoảng 10 đến 15 năm. Trong điều kiện thiết kế, thi công, bảo
dưỡng và khai thác hợp lý thì tuổi thọ tối đa có thể đạt đến 20 năm [1,2,4,8].
BTN được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao như đường
cao tốc, đường thành phố và sân bay. BTN còn có thể sử dụng làm vỉa hè, khu vui
chơi giải trí, công trình thể thao và các công trình thuỷ lợi. BTN chủ yếu có màu đen
nhưng trong điều kiện yêu cầu cũng có thể chế tạo BTN có màu khác [1,2,4,8].
1.2.1.2. Cấu trúc của BTN [1,2,8].
Tính chất vật lí, cơ học của BTN phụ thuộc vào chất lượng, tỉ lệ thành phần
các vật liệu chế tạo và cấu trúc bê tông. Cấu trúc phụ thuộc vào tỉ lệ của các vật liệu
và độ chặt của hỗn hợp.
Về mặt cấu trúc, BTN là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc loại cuội kết
nhân tạo, trong đó các cốt liệu khoáng vật được kết dính với nhau nhờ chất liên kết
asphalt.
Cấu trúc của vật liệu khoáng trong BTN được chia làm 3 loại: có khung, bán
khung và không có khung.
Cấu trúc có khung: là cấu trúc trong đó hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt của bộ
khung cát, đá dăm bằng chất liên kết bitum là nhỏ hơn hoặc bằng 1. Như vậy các chất

thể sử dụng làm lớp móng. BTN rỗng có giá thành thấp hơn do không cần sử dụng
bột khoáng và hàm lượng nhựa thấp hơn so với BTN chặt.
- BTN cát (sand-asphalt mixture): sử dụng làm lớp mặt tại khu vực có tải trọng xe
không lớn, vỉa hè, làn dành cho xe đạp, xe thô sơ. Có thể sử dụng để làm 1 lớp bù
vênh mỏng trước khi rải lớp BTN lên trên. Cốt liệu sử dụng cho BTN cát là cát
nghiền, cát tự nhiên hoặc hỗn hợp của hai loại cát này
1.2.3.4. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của BTN chặt:
BTN được phân ra 4 loại:
- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm),


9

viết tắt là BTNC 9,5;
- BTN 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;
- BTN chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết
tắt là BTNC 19;
- BTN 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 BTN chặt (BTNC)

Quy định
2. Cỡ sàng mắt vuông, mm
1. Cỡ hạt lớn nhất danh định,

BTNC
4,75


-

100

90÷100

12,5

-

100

90÷100

71÷86

9,5

100

90÷100

74÷89

58÷78

4,75

80÷100


17÷33

15÷31

12÷25

0,300

20÷36

12÷25

11÷22

8÷17

0,150

15÷25

9÷17

8÷15

6÷12

0,075

8÷12


4÷5

Vỉa hè,

6÷8

Lớp mặt

làn dành
5. Phạm vi nên áp dụng

5÷7

cho
xe đạp, xe

Lớp mặt

trên

Lớp mặt

trên

hoặc lớp

dưới

mặt dưới


37,5

Lượng lọt qua sàng, % khối
lượng

50

-

-

100

37,5

-

100

90÷100

25

100

90÷100

-



10÷34

6÷29

2,36

2÷18

1÷17

0÷14

1,18

-

-

-

0,600

0÷10

0÷10

0÷8

0,300


10÷12

12÷16

Lớp móng

Lớp

Lớp

trên

móng

móng

3. Hàm lượng nhựa đường tham
khảo, % khối lượng hỗn hợp
BTN
4. Chiều dầy lớp BTN hợp lý
(sau khi lu lèn), cm
5. Phạm vi nên áp dụng

1.2.2. măt đường láng nhựa [1,2].
1.2.2.1 Khái niệm:
Tưới nhựa lên lớp mặt đường đã rải hoàn thiện, sau đó rải đó nhỏ, lu lèn chặt
tạo nên một lớp vỏ mỏng, kín, chắc, không thấm nước, có khả năng chịu được lực đẩy
ngang.
Chiều dày lớp láng nhựa thường không quá 4 cm. Trên mặt đường cao cấp, lớp láng
mặt dày độ 1-2.5 cm. Trên mặt đường giản đơn dùng láng 2 đến 3 lớp, tổng dày

đường
+ Mặt đường thấm nhập sâu: Dầy 6-8 cm và nhựa thấm nhập hết chiều dày mặt
đường
+ Mặt đường bán thấm nhập: Dầy 8-15 cm và nhựa thấm nhập đến một mức độ nào


13

đó thường là 4.5-6 cm.
Theo hình thức sử dụng nhựa
+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhựa nóng.
+ Mặt đường sử dụng nhựa dưới hình thức dùng nhũ tương.
1.2.4. Mặt đường cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Cấp phối đá dăm gia cố nhựa được hiểu như một hỗn hợp cốt liệu đá có đường
cấp phối liên tục hoặc gián đoạn trộn nóng với nhựa đường, khác với bê tông nhựa,
cấp phối đá trộn nhựa không có bột khoáng vì vậy, hàm lượng nhựa dùng để trộn
không cao, các chỉ tiêu cơ lý kỹ thuật của cấp phối đá dăm gia cố nhựa cũng kém hơn
so với bê tông nhựa. Về cơ bản cấp phối đá dăm gia cố nhựa có nguyên lý hình thành
cường độ giống với bê tông nhựa.
Các chỉ tiêu đánh giá có thể kể tới :
-

Mô đun đàn hồi của cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Độ bền ép chẻ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa
Độ bền và độ dẻo Marshall

Hiện nay, trong 22TCN 211 – 06 chưa có số liệu nêu rõ chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được
của cấp phối đá dăm gia cố nhựa [11].
1.3 Các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu gia cố nhựa trên thế giới và ở Việt Nam
Nhiều nước trên thế giới đã sử dụng cấp phối đá dăm trộn nhựa trong kết cấu


4 28cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

1 7cm BTN-I
2 7cm BTN-II
3 15cm ÐTN

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

3 22cm CPÐgcxm

3 20cm CPÐgcxm

4 28cm CPÐgcxm

T2

T3

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN



16

1 7 cm BTN hat min
2 8 cm BTN hat trung

3 80 cm CPÐD-I

4 20 cm CP soi do

(2) Đường ĐT 741 – Tỉnh Bình Dương

1 4 cm BTN hat trung
2 6 cm BTN hat tho
3 20 cm CPÐD-I

4 35 cm CPÐD-II

5 20 cm CP soi do

Tuy vậy quan điểm thiết kế hiện nay đã dần thay đổi, một số công trình lớn
hiện nay đã bắt đầu quan tâm và sử dụng lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa có thể kể đến
như
Công trình đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng [15].
Phần đường chính dà 71 cm lớp cấp phối đá trộn nhựa được đặt trên lớp cấp
phối đá dăm loại 1 và dưới lớp bê tông nhựa hạt trung C19 cụ thể chiều dày các lớp
như sau
+ Lớp BTN hạt mịn: 5cm;
+ Bê tông nhựa hạt trung C19 : 14 cm chia hai lớp rải mỗi lớp 7cm;
+ Lớp móng CPĐD gia cố nhựa ATB dày 12 cm;



18

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO CẤP
PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN NHỰA Ở KHU VỰC ĐỒNG NAI VÀ CÁC TỈNH LÂN
CẬN
2.1. Yêu cầu về vật liệu cấp phối đá dăm dùng làm móng mặt đường [5].
2.1.1. Yêu cầu về đường cong cấp phối hạt [5].
Ở nhiều nước, đã có nhiều tác giả nghiên cứu thành phần hạt của cấp phối sỏi
sạn hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tục
khác nhau. Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên
cơ sở thực nghiệm.
Đã nhiều năm nay, các nhà nghiên cứu về lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên thế
giới đã quan tâm nghiên cứu nhiều về thành phần của các vật liệu hạt cốt liệu có kích
cỡ khác nhau, phối hợp với nhau như thế nào để đạt được một hỗn hợp, sau khi đầm
nén có được độ chặt lớn nhất, dùng trong xây dựng nền móng đường ô tô. Nhìn
chung, đường cong cấp phối cốt liệu được nghiên cứu thường theo các dạng liên tục.
Việc nghiên cứu đường cong cấp phối cốt liệu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn
phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm.
Các đường cong cấp phối lý thuyết được các học giả phương Tây nghiên cứu có
tính khả thi là các lý thuyết sau:


Lý thuyết cấp phối của Fuller;



Lý thuyết cấp phối của Talbot;


P2=200.d

P=14,14.d0,5

(2.2)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 37,5 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=266,67.d

P=16,33.d0,5

(2.3)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 25 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=400.d

P=40.d0,5

(2.4)

Từ công thức (4.2) và (4.3) ta dễ dàng tính được tỷ lệ % lọt qua sàng khác nhau.
4.1.2. Lý thuyết cấp phối của Talbot
Theo nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối cốt liệu phù hợp với công thức sau thì
sẽ đạt được độ chặt lớn nhất:
n

d
P =   x100


P=16,33.d0,5

1/ 2

(2.7)

x100

Nếu chọn n= 0,5, D=25, thay vào công thức (3.5) ta có:
d 
P= 
 25 

P=20.d0,5

1/ 2

(4.8)

x100

So sánh công thức (2.2) với (2.6), công thức (2.3) với (2.7) và công thức (2.4)
với (2.8) ta nhận thấy với n = 0,5 thì công thức của Talbot và công thức của Fuller là
như nhau.
Nhận xét: Công thức của Fuller là trường hợp riêng của công thức Talbot.
4.1.3. Lý thuyết cấp phối của Ivanop
Trên cơ sở thực nghiệm, Ivanop và Okhotina đã đưa ra các luận điểm cơ bản về
lý thuyết cấp phối tốt nhất như sau:
1

Trình tự tiến hành như sau:
Tiến hành xác định các giá trị lượng lọt qua sàng trên cơ sở đường cong cấp phối



Ivanop với Dmax=32 mm, hệ số K=0,65; 0,88 và 0,9.
Tiến hành xác lập công thức cấp phối theo Talbot với D max=32 mm tương ứng với



số mũ n=0,6; 0,5; 0,4 và 0,3. So sánh giữa cấp phối Talbot và Ivanop.
Kết quả so sánh được thể hiện ở bảng 4.1.
Bảng 2.1. So sánh lý thuyết cấp phối của Ivanop với Talbot

Kích cỡ sàng
(mm)

Lượng lọt sàng, %
Lý thuyết Talbot

Lý thuyết Ivanop

n=0.6

n=0.4

n=0.3

K=0.65


83


22

8

44

57

66

44

60

72

4

29

44

54

30

45


0.5

8

19

29

9

21

37

0.25

5

14

23

6

16

31

0.12


6

12

2

7

14

0.015

1

5

10

1

4

10

0.008

0.7

3.6

cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm và 25 mm. Với công thức
Talbot, ta chọn hệ số n với các giá trị là 0,3; 0,4 và 0,5. Để tiện cho tính toán, các
công thức tương ứng với đường kính hạt lớn nhất 50 mm; 37,5 mm và 25 mm, với
n=0,3; n=0,4 và n=0,5 được thống kê ở bảng 4.2:


23

Bảng 2.2. Công thức xác định thành phần cấp phối theo Talbot
Công thức cấp phối theo Talbot
n=0,5

n=0,4

n=0,3

P=20,91.d 0,4

P=30,92.d 0,3

P=23,46.d 0,4

P=33,71.d 0,3

P=27.59.d 0,4

P=38.07.d 0,3

Dmax=50 mm
P=14,14.d0,5


86.6

89.1

91.7

25

70.7

75.8

81.2

19

61.6

67.9

74.8

12.5

50.0

57.4

66.0


32.5

0.60

11.0

17.0

26.5

0.425

9.2

14.8

23.9

0.075

3.9

7.4

14.2


24



71.2

76.2

81.5

12.5

57.7

64.4

71.9

9.5

50.3

57.7

66.2

4.75

35.6

43.8

53.8


28.9

0.425

10.6

16.7

26.1

0.075

4.5

8.3

15.5

Bảng 2.5. Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=25 mm

Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)


67.9

74.8

4.75

43.6

51.5

60.8

2.36

30.7

38.9

49.3

2.0

28.3

36.4

46.9

1.2



17.5

2.1.2 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý cần đạt được
Theo TCVN 8859-2011 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu CPĐD được quy định
Chỉ tiêu

Cấp phối đá dăm
Loại I

Loại II

≤ 35

≤ 40

≥ 100

-

3. Giới hạn chảy (WL) 1), %

≤ 25

≤ 35

4. Chỉ số dẻo (IP) 1), %

≤6



sàng 0,075 mm)
6. Hàm lượng hạt thoi dẹt 3), %

TCVN
7572 - 2006
22 TCN 333 06

7. Độ chặt đầm nén (Kyc), %

≥ 98

≥ 98

(phương pháp
II-D)

1) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo được xác định bằng thí nghiệm với thành phần hạt
lọt qua sàng 0,425 mm.
2) Tích số dẻo PP có nguồn gốc tiếng Anh là Plasticity Product 3) Hạt thoi dẹt là
hạt có chiều dày hoặc chiều ngang nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài; Thí nghiệm
được thực hiện với các cỡ hạt có đường kính lớn hơn 4,75 mm và chiếm trên 5 %
khối lượng mẫu; Hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu lấy bằng bình quân gia quyền