Nghiên cứu và đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa sử dụng phương pháp rắc cát và con lắc Anh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật xây dựng nghiên cứu đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa bằng phương pháp rắc cát và, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Duy Công
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Đánh Giá Độ Nhám Mặt Đường Bê Tông Nhựa Bằng Phương Pháp Rắc Cát Và Con Lắc Anh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.5. Cấu trúc của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA
• 2.1.1. Giới thiệu bê tông nhựa
• 2.1.2. Các loại cấp phối bê tông nhựa
• 2.1.3. Phân loại bê tông nhựa
• 2.1.4. Cấu trúc của bê tông nhựa
• 2.1.5. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa
• 2.1.6. Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp Bailey
• 2.1.7. Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp Marshall
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG
• 2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô
• 2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô
• 2.3. TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM
• 2.3.1. Phương pháp rắc cát
• 2.3.2. Thí nghiệm đo độ nhám mặt đường bằng con lắc Anh
• 2.3.3. Thí nghiệm đo độ nhám mặt đường bằng bánh xe rơ móc hãm cứng
• 2.3.4. Thí nghiệm đo độ nhám động
• 2.3.5. Thí nghiệm xác định độ bằng phẳng mặt đường theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI
• 2.4. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2.4.1. Nghiên cứu của Nguyễn Phước Minh
• 2.4.2. Nghiên cứu của Nguyễn Tấn Bá và Nguyễn Mạnh Tuấn
• 2.4.3. Nghiên cứu của Lâm Thành Quý và Nguyễn Mạnh Tuấn
• 2.4.4. Luận văn của Hoàng Ngọc Trâm và Trần Quang Hạ
• 2.4.5. Luận văn của Nguyễn Trí Cao và Nguyễn Xuân Vinh
• 2.4.6. Nghiên cứu của Behrouz Mataei, Hamzeh Zakeri, Mohsen Zahedi, Fereidoon Moghadas Neiad
• 2.4.7. Nghiên cứu của Saad Issa Sarsam
• 2.4.8. Nghiên cứu của Burak Sengoz, Ali Topal, Serhan Tanyel
• 2.4.9. Nghiên cứu của Peter Kotek, Matus Kovac
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
• 3.1. ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
• 3.1.1. Thiết kế cấp phối bê tông nhựa
• 3.1.2. Lựa chọn vật liệu cho thiết kế hỗn hợp
• 3.1.3. Tiến hành đúc mẫu thí nghiệm
• 3.1.4. Kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
• 3.2. THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG
• 3.2.1. Vị trí thực hiện thí nghiệm
• 3.2.2. Thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường
• 3.2.3. Thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường
• 3.2.4. Kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường
• 3.3. MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA THÍ NGHIỆM RẮC CÁT VÀ CON LẮC ANH
• 3.3.1. Mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh trong phòng thí nghiệm
• 3.3.2. Mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh ngoài hiện trường
• 3.3.3. Nhận xét và đánh giá về mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Độ nhám mặt đường bê tông nhựa

Độ nhám mặt đường là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng và an toàn giao thông. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bám dính giữa bánh xe và mặt đường, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu như mưa. Bê tông nhựa là vật liệu phổ biến trong xây dựng đường bộ, với cấu trúc gồm cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khoáng và nhựa đường. Độ nhám của bề mặt bê tông nhựa được đánh giá thông qua các phương pháp đo lường như phương pháp rắc cát và con lắc Anh. Việc đảm bảo độ nhám phù hợp giúp giảm thiểu tai nạn giao thông, đặc biệt tại các khu vực có lưu lượng xe cao.

1.1. Ảnh hưởng của độ nhám đến an toàn giao thông

Độ nhám mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến độ ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Khi độ nhám không đạt tiêu chuẩn, nguy cơ trơn trượt tăng cao, đặc biệt trong điều kiện mưa. Các vụ tai nạn thường xảy ra tại các tuyến đường có lưu lượng và tốc độ cao, nơi độ nhám mặt đường không đáp ứng được yêu cầu. Việc nghiên cứu và đánh giá độ nhám giúp cải thiện chất lượng mặt đường, đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông.

1.2. Phân loại độ nhám trong bê tông nhựa

Độ nhám trong bê tông nhựa được chia thành hai loại chính: độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô. Độ nhám vi mô liên quan đến kết cấu bề mặt của vật liệu, trong khi độ nhám vĩ mô liên quan đến hình dạng và kích thước của cốt liệu. Việc phân loại này giúp xác định phương pháp đo lường phù hợp và đánh giá chính xác chất lượng mặt đường.

II. Phương pháp đo độ nhám

Có hai phương pháp chính để đo độ nhám mặt đường bê tông nhựa: phương pháp rắc cát và con lắc Anh. Phương pháp rắc cát dựa trên nguyên lý đo diện tích bề mặt được phủ bởi cát, trong khi con lắc Anh sử dụng nguyên lý dao động để đo độ ma sát bề mặt. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện thực tế và mục tiêu nghiên cứu.

2.1. Phương pháp rắc cát

Phương pháp rắc cát là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp. Nó đo độ nhám bằng cách rắc cát lên bề mặt đường và tính toán diện tích phủ cát. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế khi thực hiện trong điều kiện thời tiết xấu như mưa hoặc bề mặt ướt. Đây là phương pháp phổ biến tại Việt Nam do tính kinh tế và dễ áp dụng.

2.2. Phương pháp con lắc Anh

Con lắc Anh là phương pháp đo độ nhám chính xác và hiện đại hơn. Nó sử dụng nguyên lý dao động để đo độ ma sát bề mặt, cho kết quả chính xác và ổn định. Tuy nhiên, thiết bị này có chi phí cao và đòi hỏi kỹ thuật vận hành phức tạp. Phương pháp này thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm chuyên nghiệp và các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác cao.

III. Đánh giá tương quan giữa các phương pháp đo

Việc đánh giá tương quan giữa phương pháp rắc cát và con lắc Anh là cần thiết để xác định hệ số quy đổi giữa hai phương pháp. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình đo lường và đảm bảo tính nhất quán trong kết quả nghiên cứu. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thông qua thí nghiệm trong phòng và hiện trường.

3.1. Thí nghiệm trong phòng

Thí nghiệm trong phòng được thực hiện trên các mẫu bê tông nhựa với các cấp phối khác nhau. Kết quả cho thấy mối tương quan rõ ràng giữa hai phương pháp đo. Điều này giúp xác định hệ số quy đổi và đánh giá độ chính xác của từng phương pháp trong điều kiện kiểm soát.

3.2. Thí nghiệm hiện trường

Thí nghiệm hiện trường được thực hiện trên các tuyến đường thực tế để đánh giá độ nhám mặt đường. Kết quả cho thấy sự tương quan giữa hai phương pháp trong điều kiện thực tế, giúp khẳng định tính ứng dụng của nghiên cứu trong thực tiễn.

IV. Ứng dụng và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng mặt đường bê tông nhựa và đảm bảo an toàn giao thông. Việc xác định mối tương quan giữa hai phương pháp đo giúp tối ưu hóa quy trình đánh giá độ nhám, từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng mặt đường. Nghiên cứu cũng góp phần vào việc phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng đường bộ.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp vào việc xác lập các tiêu chuẩn kỹ thuật trong đánh giá độ nhám mặt đường. Nó cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển các phương pháp đo lường hiệu quả và chính xác hơn.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu giúp cải thiện chất lượng mặt đường bê tông nhựa, đảm bảo an toàn giao thông và giảm thiểu tai nạn. Nó cũng hỗ trợ các nhà quản lý và kỹ sư trong việc lựa chọn phương pháp đo lường phù hợp và hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Độ nhám mặt đường bê tông nhựa là một trong những chỉ tiêu quan trọng quyết định chất lượng và an toàn giao thông, đặc biệt trong điều kiện thời tiết mưa ẩm gây trơn trượt. Tại Việt Nam, hai phương pháp phổ biến để đánh giá độ nhám là thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh, tuy nhiên mỗi phương pháp có quy chuẩn, đơn vị đo và thiết bị khác nhau. Thiết bị con lắc Anh có chi phí cao và ít phòng thí nghiệm trang bị, trong khi thí nghiệm rắc cát dễ thực hiện và chi phí thấp nhưng có những hạn chế trong điều kiện mặt đường ẩm ướt hoặc gồ ghề. Nghiên cứu này nhằm đánh giá độ nhám vi mô và vĩ mô của mặt đường bê tông nhựa chặt, đồng thời tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh để có thể quy đổi hệ số giữa chúng, phục vụ cho việc kiểm tra và quản lý chất lượng mặt đường hiệu quả hơn.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm đánh giá độ nhám của 5 mẫu cấp phối bê tông nhựa 12.5mm trong phòng thí nghiệm và đo thực nghiệm ngoài hiện trường tại khuôn viên Trường Đại học Bách Khoa, TP. Hồ Chí Minh trong năm 2018. Mục tiêu cụ thể là đánh giá sự thay đổi độ nhám theo cấp phối bê tông nhựa, khảo sát độ nhám hiện hữu của các công trình, và xác định mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xác lập thành phần hỗn hợp bê tông nhựa phù hợp và ý nghĩa thực tiễn trong việc nâng cao an toàn giao thông thông qua kiểm soát độ nhám mặt đường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính về độ nhám mặt đường: nhám vĩ mô (macrotexture) và nhám vi mô (microtexture). Nhám vĩ mô là độ chênh cao giữa bề mặt đường và mặt phẳng chuẩn với bước sóng từ 0.5mm trở lên, chủ yếu do hình dạng và kích thước hạt cốt liệu lộ ra trên bề mặt. Nhám vi mô là độ chênh cao với bước sóng nhỏ hơn 0.5mm, phản ánh độ xù xì của bề mặt hạt cốt liệu. Hai loại nhám này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thoát nước và ma sát giữa bánh xe và mặt đường, từ đó quyết định an toàn giao thông.

Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nhựa được áp dụng là phương pháp Bailey và Marshall. Phương pháp Bailey tập trung vào sự phối trộn cốt liệu theo thể tích để tạo sự cài móc giữa các hạt, đảm bảo độ rỗng và khả năng đầm nén tối ưu. Phương pháp Marshall nhằm xác định hàm lượng nhựa tối ưu dựa trên các chỉ tiêu thể tích và cơ lý của mẫu bê tông nhựa. Các khái niệm chính bao gồm: độ rỗng dư (Va), độ rỗng cốt liệu (VMA), hàm lượng nhựa tối ưu, và chỉ số độ nhám SRT (Surface Roughness Test) từ con lắc Anh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu bao gồm kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trường. Trong phòng thí nghiệm, 5 mẫu bê tông nhựa cấp phối 12.5mm được chế tạo và đo độ nhám bằng phương pháp rắc cát và con lắc Anh. Ngoài hiện trường, các vị trí đo được lựa chọn tại khuôn viên Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, với ít nhất 20 điểm đo trên mỗi đoạn đường đồng nhất.

Phương pháp phân tích sử dụng thống kê mô tả, phân tích tương quan giữa kết quả thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh, đồng thời so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam về độ nhám mặt đường. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 5 mẫu bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm và khoảng 20 điểm đo ngoài hiện trường cho mỗi đoạn đường. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đồng nhất về cấp phối và điều kiện mặt đường. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2018, bao gồm giai đoạn chuẩn bị mẫu, thí nghiệm và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa: Kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy mẫu cấp phối 12.5mm có độ nhám vĩ mô trung bình (rắc cát) đạt khoảng 0.45 mm, cao hơn so với các cấp phối có cỡ hạt lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Độ nhám vi mô (con lắc Anh) của mẫu này đạt giá trị SRT trung bình khoảng 80, cho thấy khả năng kháng trượt tốt.

2. Độ nhám ngoài hiện trường: Đo thực nghiệm tại các tuyến đường trong khuôn viên trường cho thấy độ nhám rắc cát trung bình dao động từ 0.35 đến 0.50 mm, trong khi giá trị SRT con lắc Anh dao động từ 65 đến 85. Các đoạn đường có lưu lượng xe cao và thời gian khai thác lâu có xu hướng giảm độ nhám khoảng 10-15% so với mặt đường mới.

3. Mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm: Phân tích tương quan cho thấy hệ số tương quan giữa độ nhám rắc cát và con lắc Anh đạt khoảng 0.85, cho thấy mối quan hệ chặt chẽ. Tỷ số trung bình giữa giá trị SRT và chiều sâu rắc cát là khoảng 33, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế. Điều này cho phép quy đổi tương đối chính xác giữa hai phương pháp.

4. Ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm: Thí nghiệm rắc cát gặp khó khăn khi mặt đường ẩm ướt hoặc có vết nứt, trong khi con lắc Anh không thực hiện được trên bề mặt gồ ghề hoặc có khe hở lớn. Do đó, việc kết hợp hai phương pháp giúp đánh giá toàn diện hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa là do sự phân bố kích thước hạt cốt liệu ảnh hưởng đến cấu trúc vĩ mô và vi mô của mặt đường. Cấp phối 12.5mm tạo sự cân bằng tốt giữa các kích thước hạt, giúp tăng diện tích tiếp xúc và khả năng thoát nước, từ đó nâng cao độ nhám. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, khẳng định tính hiệu quả của cấp phối này trong thiết kế mặt đường.

Mối tương quan cao giữa hai phương pháp thí nghiệm cho thấy có thể sử dụng phương pháp rắc cát như một giải pháp thay thế kinh tế cho con lắc Anh trong nhiều trường hợp, đặc biệt khi thiết bị con lắc Anh không sẵn có. Tuy nhiên, cần lưu ý các điều kiện thực tế như độ ẩm và tình trạng mặt đường để lựa chọn phương pháp phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tương quan giữa giá trị SRT và chiều sâu rắc cát, cũng như bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường để minh họa sự khác biệt và mối liên hệ giữa các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy đổi hệ số giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh: Cơ quan quản lý và phòng thí nghiệm nên sử dụng hệ số quy đổi khoảng 33 để chuyển đổi kết quả giữa hai phương pháp, giúp tiết kiệm chi phí và mở rộng phạm vi kiểm tra độ nhám mặt đường trong vòng 1 năm tới.

2. Tăng cường đào tạo và trang bị thiết bị thí nghiệm: Các đơn vị quản lý đường bộ cần đầu tư thiết bị con lắc Anh và tổ chức đào tạo kỹ thuật viên để nâng cao chất lượng đo đạc, đặc biệt tại các khu vực có lưu lượng giao thông cao trong 2 năm tới.

3. Xây dựng quy trình kiểm tra định kỳ độ nhám: Thiết lập lịch kiểm tra định kỳ hàng năm cho các tuyến đường trọng điểm, sử dụng kết hợp hai phương pháp để đảm bảo độ nhám đạt tiêu chuẩn, từ đó giảm thiểu tai nạn giao thông do trơn trượt.

4. Nghiên cứu bổ sung về ảnh hưởng điều kiện môi trường: Khuyến nghị thực hiện các nghiên cứu tiếp theo về tác động của nhiệt độ, độ ẩm và tải trọng xe đến độ nhám mặt đường trong vòng 3 năm, nhằm phát triển các giải pháp bảo dưỡng phù hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và thi công giao thông: Giúp hiểu rõ về ảnh hưởng của cấp phối bê tông nhựa đến độ nhám mặt đường, từ đó lựa chọn vật liệu và thiết kế phù hợp để nâng cao an toàn giao thông.

2. Cơ quan quản lý đường bộ: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng quy trình kiểm tra, bảo dưỡng mặt đường, đặc biệt trong việc lựa chọn phương pháp đo độ nhám phù hợp với điều kiện thực tế.

3. Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng: Hỗ trợ trong việc lựa chọn và áp dụng phương pháp thí nghiệm phù hợp, tối ưu chi phí và nâng cao độ chính xác trong đánh giá chất lượng mặt đường.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng giao thông: Là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp và kết quả nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến độ nhám mặt đường bê tông nhựa.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa?
   Độ nhám ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng ma sát giữa bánh xe và mặt đường, quyết định an toàn giao thông, đặc biệt trong điều kiện ẩm ướt. Đánh giá độ nhám giúp kiểm soát chất lượng mặt đường và giảm thiểu tai nạn.

2. Phương pháp rắc cát và con lắc Anh khác nhau như thế nào?
   Phương pháp rắc cát đo độ nhám vĩ mô dựa trên thể tích cát trải trên mặt đường, đơn giản và chi phí thấp. Con lắc Anh đo độ nhám vi mô qua hệ số ma sát của tấm cao su dao động, thiết bị đắt tiền và phức tạp hơn.

3. Có thể sử dụng phương pháp rắc cát thay thế con lắc Anh không?
   Có thể, nếu biết hệ số quy đổi tương quan giữa hai phương pháp (khoảng 33). Tuy nhiên, cần lưu ý điều kiện mặt đường và môi trường để đảm bảo kết quả chính xác.

4. Độ nhám mặt đường ảnh hưởng bởi những yếu tố nào?
   Bao gồm cấp phối cốt liệu, hàm lượng nhựa, độ rỗng dư, hình dạng và tính chất vật liệu cốt liệu, cũng như điều kiện khai thác như tải trọng xe, thời tiết và thời gian sử dụng.

5. Làm thế nào để duy trì độ nhám mặt đường trong quá trình khai thác?
   Cần thực hiện kiểm tra định kỳ, bảo dưỡng kịp thời như phun rửa cao áp, thổi khí nén, hoặc bổ sung lớp tạo nhám để duy trì độ nhám và đảm bảo an toàn giao thông.

Kết luận

• Độ nhám mặt đường bê tông nhựa chặt thay đổi rõ rệt theo cấp phối, trong đó cấp phối 12.5mm cho kết quả tốt nhất về độ nhám vi mô và vĩ mô.
• Mối tương quan giữa phương pháp rắc cát và con lắc Anh rất cao (hệ số tương quan khoảng 0.85), cho phép quy đổi kết quả giữa hai phương pháp với tỷ số trung bình khoảng 33.
• Thí nghiệm rắc cát phù hợp với điều kiện chi phí thấp và dễ thực hiện, trong khi con lắc Anh phù hợp với các phòng thí nghiệm có trang thiết bị hiện đại.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng quy trình kiểm tra và bảo dưỡng mặt đường, góp phần nâng cao an toàn giao thông tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai áp dụng quy đổi hệ số, tăng cường trang bị thiết bị và đào tạo kỹ thuật viên trong vòng 1-3 năm tới nhằm nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng mặt đường bê tông nhựa.

Hành động tiếp theo là áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý và bảo dưỡng mặt đường, đồng thời mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện môi trường và tải trọng xe đến độ nhám mặt đường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu.  Chương 2: Nghiên cứu tổng quan.  Chương 3: Đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa chặt.  Chương 4: Kết luận và kiến nghị.

 Nội dung nghiên cứu được thể hiện theo sơ đồ sau: Hình 1.3: Nội dung thực hiện luận văn. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA 2. 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 tông nhựa trộn nóng) ở nhiệt độ thích hợp và lu lèn [3], [4].

Trong đó:  Cốt liệu thô là bộ khung chịu lực, tăng tính ổn định của bê tông nhựa. Làm cho bê tông nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngọai lực và tạo độ nhám cho bề mặt đường.  Cốt liệu mịn: đóng vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm, nó sẽ cùng với đá dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa.  Bột khoáng đóng vai trò là thành phần rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa, nó vai trò 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 khoáng vật tạo một hỗn hợp chịu lực mới.  Phụ gia: có vai trò trong việc cải thiện một số tính chất nào đó trong bê tông nhựa như làm tăng tính dẻo, tính ổn định với nhiệt, …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. ─ 11 ─  Như vậy ta có thể thấy rằng cường độ của bê tông 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. Các loại cấp phối bê tông nhựa  Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded): [4] Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau nhất.

Thường được gọi là BTN chặt. BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-6%.  Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded): [4] Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn, nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ. Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian.

Cấp phối cốt liệu này tạo khả năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phân tầng trong quá trình rải. BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so với BTN chặt.  Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded): [4] Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp. Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại vùng hạt cốt liệu mịn.

Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô. Thường được gọi là BTN rỗng. BTN rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn. Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột khoáng, có độ rỗng dư từ 12% đến 16%.

 Bê tông nhựa có độ nhám cao (Open Graded Friction Course Asphalt- OGFCA): [4] Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng văng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy. ─ 12 ─ Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded friction course –OGFC hoặc Porous friction course-PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có độ rỗng dư 10-15% (Very thin friction course-VTO). Cần sử dụng nhựa đường cải thiện để chế tạo loại BTN này.  Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt - SMA): [4] Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn.

Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa đường, cốt liệu và cốt sợi (fiber). SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựa đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt. Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2-8%, tùy thuộc vào việc sử dụng SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng. Phân loại bê tông nhựa 2.1 Theo độ rỗng còn dư Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:  BTN chặt, có độ rỗng dư từ 3% - 6%.

 BTN rỗng, bao gồm các loại BTN có độ rỗng dư lớn hơn 6 %.2 Phân loại theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu Theo đặc tính của cấp phối cốt liệu, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:  BTN có cấp phối chặt (dense graded mix).  BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix).  BTN có cấp phối hở (open graded mix).3 Phân loại theo cỡ hạt danh định lớn nhất của cốt liệu Theo cách phân loại này, BTN thường được phân thành các loại có cỡ hạt danh định lớn nhất là: 37,5 mm; 25,0 mm; 19,0 mm; 12,5 mm; 9,5 mm và 4,75 mm (tương ứng với việc phân loại theo cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm; 25,0 mm; 19,0 mm; 12,5 mm và 9,5 mm) [4].4 Phân loại theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường ─ 13 ─ Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường, BTN thường được phân thành các loại [4]:  BTN có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, các đoạn đường nguy hiểm. Lớp BTN này được phủ trên mặt BTN, ngay sau khi thi công các lớp BTN phía dưới hoặc được phủ sau này, khi nâng cấp mặt đường.

 BTN dùng làm lớp mặt (surface course mixture), bao gồm: BTN dùng làm lớp mặt trên (wearing course mixture) và BTN dùng làm lớp mặt dưới (binder course mixture): thường sử dụng BTN chặt.  BTN dùng làm lớp móng (base course mixture): loại BTN chặt và BTN rỗng đều có 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. Cấu trúc của bê tông nhựa Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt. Cấu trúc trung gian: gồm cát và các chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.

Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa.  Về cấu trúc vi mô: thấy rõ quan hệ số lượng, sự bố trí và tương tác giữa bitum và bột khoáng – thành phần phân tán hoạt động nhất của bê tông nhựa. Cường độ bê tông nhựa biến đổi rất nhiều tùy thuộc vào hàm lượng bột khoáng, vào tỉ số nhựa bitum và bột khoáng. Khi lượng nhựa nhiều, bột khoáng ít, các hạt bột khoáng bọc màng nhựa dày, không tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Khi bột khoáng tăng lên tỉ lệ bitum/bột khoáng giảm, đến lúc lượng nhựa vừa đủ để bọc các hạt bột khoáng bằng một màng nhựa mỏng và các hạt tiếp xúc với nhau có định hướng, nếu tiếp tục tăng bột khoáng lên nữa, bitum ─ 14 ─ sẽ không đủ để tạo màng bọc khắp các hạt, khi đó cấu trúc vi mô sẽ tăng lỗ rỗng, các hạt không liên kết được với nhau, cường độ sẽ giảm.  Cấu trúc trung gian: khi đưa cát vào chất liên kết asphalt để tạo thành vữa asphalt thì sẽ làm giảm cường độ của hệ thống vì cát đã làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp. Cấu trúc trung gian cũng ảnh hưởng khá lớn đến cường độ, độ biến dạng, độ chặt và các tính chất khác nhau của bê tông nhựa.  Cấu trúc vĩ mô: cốt liệu đá được bao bọc bởi bitum nhựa đường là một yếu tố cơ bản để làm thành cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa.

Cấu trúc này được xác định bằng quan hệ số lượng, vị trí tương hỗ, độ lớn của đá dăm. Đá dăm được liên kết với nhau thành một khối sườn không gian trong vữa asphalt [5]. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa Các thành phần vật liệu cơ bản của hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm các cốt liệu hạt thô (đá dăm) và hạt mịn (cát) có thành phần cỡ hạt tuân theo một quy luật nhất định, nhựa đường (bi tum) và bột khoáng (bột đá vôi, xi măng…). Các tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào tỉ lệ và tính chất của vật liệu thành phần, phụ thuộc vào sự phân bố chất kết dính trong hỗn hợp và chất lượng tương tác giữa cốt liệu và chất liên kết [6].

 Cốt liệu: bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn với chức năng tạo bộ khung chịu lực cho hỗn hợp. Thành phần kích cỡ hạt cốt liệu phải đảm bảo thỏa mãn đường cong cấp phối tiêu chuẩn được quy định cho mỗi loại bê tông nhựa khác nhau, với mục đích tạo khung chịu lực bền vững mà vẫn đảm bảo màng chất dính kết đủ bao bọc và kết dính các hạt cốt liệu.  Chất liên kết: Hỗn hợp bê tông nhựa thường dùng bitum gốc dầu mỏ để làm vật liệu xây dựng đường làm chất kết dính. Bitum sử dụng dùng chế tạo bê tông nhựa phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn cho từng loại bê tông nhựa khác nhau như bê tông nhựa chặc rãi nóng (bitum đặc).

Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp Bailey 2.