Nghiên cứu độ ổn định và độ dẻo Marshall trong bê tông nhựa: Giải pháp khắc phục

Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo Marshall trong bê tông nhựa, đề xuất giải pháp khắc phục hiệu quả cho xây dựng đường ô tô và đô thị.

• Tác giả: Trần Quốc Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Ổn Định Và Độ Dẻo Marshall Trong Bê Tông Nhựa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA
• 1.1. Cấu trúc của BTN
• 1.2. Phân loại BT nhựa
• 1.3. Thành phần và yêu cầu về chất lượng từng vật liệu thành phần trong BTN
• 1.4. Bột khoáng
• 1.5. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC nóng
• 1.6. Mục đích chung của công tác thiết kế hỗn hợp BTN
• 1.7. Thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp Marshall
• 1.8. Đề xuất loại BTN và các chỉ tiêu nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH, ĐỘ DẺO MARSHALL
• 2.1. Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 2.2. Cấp phối cốt liệu bê tông nhựa
• 2.3. Cấu trúc cốt liệu bê tông nhựa
• 2.4. Đặc tính cốt liệu bê tông nhựa
• 2.5. Nguồn gốc cốt liệu bê tông nhựa
• 2.6. Ảnh hưởng của nhựa đường đến độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 2.7. Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm đến độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 2.7.1. Phương pháp thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 2.7.2. Máy thí nghiệm và trình độ, kinh nghiệm của thí nghiệm viên
• 2.7.3. Nhân tố kích thước hình học của mẫu thí nghiệm
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH, ĐỘ DẺO MARSHALL
• 3.1. Thí nghiệm vật liệu đầu vào
• 3.2. Phòng thí nghiệm và nguồn gốc vật liệu
• 3.3. Kết quả thí nghiệm
• 3.4. Thực nghiệm, đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 3.5. Thiết kế, lựa chọn hàm lượng nhựa sử dụng để chế tạo mẫu bê tông nhựa
• 3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến độ ổn định, độ dẻo Marshall
• 3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại cốt liệu đến độ ổn định và độ dẻo Marshall
• 3.8. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại nhựa đến độ ổn định và độ dẻo Marshall
• 3.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến độ ổn định và độ dẻo Marshall
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông nhựa

Bê tông nhựa là vật liệu phổ biến trong xây dựng giao thông, bao gồm cốt liệu đá dăm, cát, bột khoáng, nhựa đường và phụ gia. Hỗn hợp này được trộn nóng và thi công ở nhiệt độ cao. Độ ổn định và độ dẻo Marshall là hai chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng bê tông nhựa. Cấu trúc của bê tông nhựa phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần và độ chặt của hỗn hợp. Các loại bê tông nhựa được phân loại theo cấp phối cốt liệu, vị trí trong kết cấu mặt đường và kích cỡ hạt lớn nhất.

1.1. Cấu trúc và phân loại bê tông nhựa

Cấu trúc bê tông nhựa được chia thành ba loại: có khung, bán khung và không có khung. Cấu trúc có khung tăng độ ổn định nhờ sự liên kết chặt chẽ giữa các hạt cốt liệu. Bê tông nhựa được phân loại theo cấp phối cốt liệu (chặt, gián đoạn, hở), vị trí trong kết cấu mặt đường (lớp mặt, lớp móng) và kích cỡ hạt lớn nhất (BTNC 9.5, BTNC 12.5, BTNC 19).

1.2. Thành phần và yêu cầu chất lượng

Thành phần bê tông nhựa bao gồm đá dăm (20-65%), cát (30-66%), bột khoáng (4-14%), nhựa đường (5-7%) và phụ gia. Chất lượng của từng thành phần ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. Cốt liệu phải đáp ứng các tiêu chuẩn về độ bền, kích thước hạt và thành phần hóa học.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo Marshall

Độ ổn định và độ dẻo Marshall của bê tông nhựa chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cốt liệu, nhựa đường và phương pháp thí nghiệm. Cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường quyết định tính chất cơ học của hỗn hợp. Các yếu tố thí nghiệm như kích thước mẫu, thiết bị và trình độ thí nghiệm viên cũng ảnh hưởng đến kết quả.

2.1. Ảnh hưởng của cốt liệu

Cấp phối cốt liệu và cấu trúc của nó ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. Cốt liệu có kích thước hạt đồng đều và độ bền cao giúp tăng cường độ và độ ổn định của bê tông nhựa. Nguồn gốc cốt liệu cũng quyết định tính chất cơ học của hỗn hợp.

2.2. Ảnh hưởng của nhựa đường

Loại nhựa đường và hàm lượng nhựa ảnh hưởng đến tính dẻo và độ ổn định của bê tông nhựa. Nhựa đường có độ kim lún cao giúp tăng tính dẻo, trong khi nhựa có độ kim lún thấp tăng độ ổn định. Hàm lượng nhựa tối ưu được xác định qua thí nghiệm Marshall.

2.3. Ảnh hưởng của phương pháp thí nghiệm

Kích thước mẫu, thiết bị thí nghiệm và trình độ thí nghiệm viên ảnh hưởng đến kết quả độ ổn định và độ dẻo Marshall. Sai số trong quá trình thí nghiệm có thể dẫn đến kết quả không chính xác, ảnh hưởng đến chất lượng thi công và nghiệm thu.

III. Thực nghiệm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng

Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của cốt liệu, nhựa đường và phương pháp thí nghiệm đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự thay đổi hàm lượng nhựa, loại cốt liệu và kích thước mẫu ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu kỹ thuật.

3.1. Thí nghiệm vật liệu đầu vào

Các thí nghiệm được thực hiện trên cốt liệu, nhựa đường và bột khoáng để đánh giá chất lượng vật liệu. Kết quả thí nghiệm cho thấy cốt liệu có độ bền cao và nhựa đường có độ kim lún phù hợp giúp tăng độ ổn định và độ dẻo Marshall.

3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu

Các thí nghiệm được thực hiện với các cấp phối cốt liệu khác nhau để đánh giá ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. Kết quả cho thấy cấp phối cốt liệu đồng đều giúp tăng cường độ và độ ổn định của bê tông nhựa.

3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại nhựa đường

Các thí nghiệm được thực hiện với các loại nhựa đường khác nhau để đánh giá ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo Marshall. Kết quả cho thấy nhựa đường có độ kim lún cao giúp tăng tính dẻo, trong khi nhựa có độ kim lún thấp tăng độ ổn định.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bê tông nhựa (BTN) là vật liệu chủ đạo trong xây dựng công trình giao thông tại Việt Nam, chiếm hơn 90% trong tổng số hơn 18,000 km hệ thống đường quốc lộ. Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa phổ biến nhất hiện nay là phương pháp Marshall, được phát triển từ năm 1939 tại Mỹ. Hai chỉ tiêu quan trọng trong phương pháp này là độ ổn định và độ dẻo Marshall, dùng để đánh giá chất lượng BTN. Tuy nhiên, các chỉ tiêu này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khách quan như nguồn gốc cốt liệu, loại nhựa đường, cách phối trộn, cũng như các yếu tố chủ quan như phương pháp thí nghiệm chưa thống nhất, thiết bị thí nghiệm có sai số và trình độ thí nghiệm viên. Những ảnh hưởng này dẫn đến kết quả thí nghiệm không chính xác, gây khó khăn trong thi công và nghiệm thu mặt đường, đặc biệt tại các dự án mở rộng quốc lộ như QL1 và nâng cấp QL20.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo Marshall trong bê tông nhựa, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến nhằm nâng cao chất lượng BTN. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chỉ tiêu độ ổn định và độ dẻo Marshall của BTN tại Việt Nam, với các loại cốt liệu và nhựa đường khác nhau, đồng thời xem xét ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu và thí nghiệm đến chất lượng BTN, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong việc đề xuất các biện pháp nâng cao độ chính xác và chất lượng sản phẩm bê tông nhựa, góp phần cải thiện hiệu quả thi công và nghiệm thu mặt đường giao thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cấu trúc và cấp phối cốt liệu trong bê tông nhựa, cùng với phương pháp thiết kế hỗn hợp theo Marshall. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết cấp phối cốt liệu Talbot và Fuller: Mô hình này mô tả phân bố kích thước hạt cốt liệu nhằm đạt độ chặt tối ưu cho hỗn hợp BTN. Công thức Talbot được sử dụng để xác định tỷ lệ phần trăm lọt qua sàng theo kích thước hạt, với hệ số n điều chỉnh độ dốc đường cong cấp phối. Fuller đề xuất đường cong parabol làm chuẩn cho cấp phối liên tục, giúp tối ưu hóa độ rỗng và độ ổn định của hỗn hợp.

2. Cấu trúc cốt liệu bê tông nhựa: BTN có thể có cấu trúc có khung, bán khung hoặc không có khung, tùy thuộc vào tỷ lệ và kích thước các thành phần cốt liệu. Cấu trúc có khung giúp tăng độ ổn định nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt đá dăm, trong khi cấu trúc không có khung dễ bị biến dạng dẻo khi chịu nhiệt.

Các khái niệm chính bao gồm: độ ổn định Marshall (lực chịu nén tối đa của mẫu), độ dẻo Marshall (biến dạng mẫu khi đạt lực tối đa), hàm lượng nhựa đường tối ưu, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu (VMA), và độ rỗng lấp đầy nhựa đường (VFA). Ngoài ra, các chỉ tiêu kỹ thuật về chất lượng cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) và nhựa đường (độ kim lún, độ bám dính) cũng được xem xét.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thống kê và thực nghiệm. Cỡ mẫu thực nghiệm khoảng 150-200 mẫu bê tông nhựa được chế tạo với các biến thể về nguồn gốc cốt liệu, loại nhựa đường (mác 40/50 và 60/70), hàm lượng nhựa, kích thước mẫu, và điều kiện thí nghiệm. Mẫu được chuẩn bị theo tiêu chuẩn TCVN 8860-1:2011, sử dụng máy nén Marshall Humbolt với số chày đầm 75x2 để mô phỏng điều kiện giao thông nặng.

Nguồn dữ liệu bao gồm kết quả thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall, các chỉ tiêu thể tích như độ rỗng dư, VMA, VFA, cùng với các thông số vật liệu đầu vào như thành phần hạt cốt liệu, đặc tính nhựa đường, và điều kiện thí nghiệm (nhiệt độ trộn, thời gian trộn). Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả, so sánh trung bình và phân tích phương sai để đánh giá ảnh hưởng của từng nhân tố.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập vật liệu, chuẩn bị mẫu, tiến hành thí nghiệm, phân tích dữ liệu và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến độ ổn định và độ dẻo Marshall: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi sử dụng cấp phối cốt liệu theo công thức Talbot với hệ số n=0,4, độ ổn định Marshall đạt trung bình 8,5 kN, cao hơn khoảng 15% so với cấp phối n=0,5. Độ dẻo Marshall cũng tăng 10% khi cấp phối được tối ưu theo lý thuyết này, cho thấy cấp phối cốt liệu ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất cơ học của BTN.

2. Ảnh hưởng của loại nhựa đường: Mẫu sử dụng nhựa đường mác 60/70 có độ ổn định Marshall trung bình 9,2 kN, cao hơn 12% so với mẫu dùng nhựa 40/50 (8,2 kN). Độ dẻo Marshall của mẫu nhựa 60/70 cũng cao hơn khoảng 8%, cho thấy nhựa đường có độ kim lún thấp hơn giúp tăng tính dẻo và ổn định của hỗn hợp.

3. Ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm: Thay đổi kích thước mẫu (chiều cao từ 63,5 mm lên 95,2 mm) làm tăng độ ổn định Marshall trung bình 7%, trong khi thay đổi đường kính mẫu không có ảnh hưởng đáng kể. Nhiệt độ trộn và thời gian trộn cũng ảnh hưởng đến độ ổn định, với nhiệt độ trộn 150-160°C và thời gian trộn 3-5 phút cho kết quả tối ưu.

4. Ảnh hưởng của trình độ thí nghiệm viên và thiết bị: Sai số thiết bị và kỹ thuật thí nghiệm viên có thể làm biến động kết quả độ ổn định và độ dẻo Marshall lên đến 10%, gây khó khăn trong việc đánh giá chính xác chất lượng BTN.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên cho thấy cấp phối cốt liệu theo công thức Talbot với hệ số n=0,4 phù hợp để đạt độ ổn định và độ dẻo Marshall cao, đồng thời giảm thiểu độ rỗng dư, giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu lực của BTN. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với lý thuyết cấp phối tối ưu và các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Việc sử dụng nhựa đường mác 60/70 giúp cải thiện tính dẻo và ổn định của BTN, phù hợp với điều kiện khí hậu và tải trọng giao thông tại Việt Nam. Tuy nhiên, cần cân nhắc chi phí và điều kiện thi công khi lựa chọn loại nhựa.

Ảnh hưởng của yếu tố thí nghiệm như kích thước mẫu, nhiệt độ và thời gian trộn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chuẩn hóa quy trình thí nghiệm để đảm bảo tính nhất quán và chính xác. Sai số do thiết bị và trình độ thí nghiệm viên cũng cần được kiểm soát thông qua đào tạo và bảo trì thiết bị.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong cấp phối cốt liệu, biểu đồ so sánh độ ổn định và độ dẻo theo loại nhựa, cũng như bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm với các biến thể thí nghiệm khác nhau để minh họa rõ ràng ảnh hưởng của từng nhân tố.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Chuẩn hóa quy trình thí nghiệm: Xây dựng và áp dụng quy trình thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall thống nhất, bao gồm chuẩn hóa kích thước mẫu, nhiệt độ và thời gian trộn, nhằm giảm sai số và tăng tính chính xác. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do Bộ Giao thông Vận tải phối hợp với các viện nghiên cứu.

2. Nâng cấp thiết bị thí nghiệm: Đầu tư trang thiết bị hiện đại, có độ chính xác cao và bảo trì định kỳ để giảm sai số kỹ thuật. Chủ thể thực hiện là các phòng thí nghiệm chuyên ngành, với kế hoạch nâng cấp trong vòng 12 tháng.

3. Đào tạo nâng cao trình độ thí nghiệm viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật thí nghiệm và phân tích kết quả cho cán bộ kỹ thuật nhằm nâng cao tay nghề và giảm sai sót. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do các trường đại học và viện nghiên cứu đảm nhiệm.

4. Sử dụng cấp phối cốt liệu tối ưu theo công thức Talbot (n=0,4): Áp dụng cấp phối này trong thiết kế hỗn hợp BTN để tăng độ ổn định và độ dẻo, đồng thời giảm thiểu độ rỗng dư, nâng cao chất lượng mặt đường. Chủ thể thực hiện là các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công.

5. Lựa chọn nhựa đường phù hợp: Ưu tiên sử dụng nhựa đường mác 60/70 cho các lớp mặt đường chịu tải trọng lớn, đồng thời nghiên cứu bổ sung phụ gia để tăng tính ổn định nhiệt và chống biến dạng. Thời gian áp dụng và đánh giá hiệu quả trong 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà thiết kế và tư vấn giao thông: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường phù hợp, giúp thiết kế mặt đường bê tông nhựa đạt chất lượng cao và bền vững.

2. Các nhà thầu thi công và kiểm định chất lượng: Thông tin về ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm và quy trình chuẩn hóa giúp nâng cao hiệu quả thi công, kiểm soát chất lượng và giảm thiểu sai sót trong nghiệm thu.

3. Các cơ quan quản lý và ban quản lý dự án: Cơ sở để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình kiểm tra và giám sát chất lượng mặt đường bê tông nhựa, đảm bảo các dự án giao thông đạt yêu cầu kỹ thuật và an toàn.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng giao thông: Tài liệu tham khảo chi tiết về lý thuyết cấp phối, phương pháp thiết kế và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng BTN, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp Marshall có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp Marshall đơn giản, thiết bị không đòi hỏi hiện đại, dễ thực hiện và được chuẩn hóa rộng rãi, phù hợp với điều kiện Việt Nam và nhiều nước đang phát triển.

2. Ảnh hưởng lớn nhất đến độ ổn định và độ dẻo Marshall là gì?
   Cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ ổn định và độ dẻo, trong đó cấp phối theo công thức Talbot với n=0,4 và nhựa đường mác 60/70 cho kết quả tốt nhất.

3. Sai số trong thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall do đâu gây ra?
   Sai số chủ yếu do thiết bị thí nghiệm không chuẩn, phương pháp thí nghiệm chưa thống nhất và trình độ thí nghiệm viên chưa đồng đều.

4. Làm thế nào để xác định hàm lượng nhựa đường tối ưu trong hỗn hợp BTN?
   Thông qua thí nghiệm với các hàm lượng nhựa khác nhau, phân tích các chỉ tiêu thể tích và cơ học, chọn hàm lượng nhựa sao cho thoả mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại BTN khác không?
   Kết quả chủ yếu áp dụng cho BTN chặt C12,5 và C19, tuy nhiên nguyên lý và phương pháp có thể điều chỉnh để áp dụng cho các loại BTN khác tùy theo yêu cầu kỹ thuật.

Kết luận

• Luận văn đã làm rõ ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu, loại nhựa đường và các yếu tố thí nghiệm đến độ ổn định và độ dẻo Marshall trong bê tông nhựa tại Việt Nam.
• Cấp phối cốt liệu theo công thức Talbot với hệ số n=0,4 và nhựa đường mác 60/70 giúp nâng cao chất lượng BTN.
• Chuẩn hóa quy trình thí nghiệm và nâng cấp thiết bị, đào tạo thí nghiệm viên là cần thiết để giảm sai số và tăng tính chính xác.
• Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm cải tiến chất lượng BTN, góp phần nâng cao hiệu quả thi công và nghiệm thu mặt đường giao thông.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong thực tế, đánh giá hiệu quả và tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng bê tông nhựa, đảm bảo sự bền vững và an toàn cho hệ thống giao thông Việt Nam!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA Bê tông nhựa là hỗn hợp bao gồm các cốt liệu đá dăm, cát, bột khoáng, nhựa đường và phụ gia có tỷ lệ phối trộn hợp lý, được sấy nóng, trộn đều với nhau, sau đó được trộn với nhựa đường theo tỷ lệ xác định qua thiết kế, thi công ở nhiệt độ đến 230oC. Hỗn hợp bê tông nhựa nóng được chế tạo tại trạm trộn. Thành phần của Bê tông nhựa theo khối lượng thông thường như sau: đá dăm: 20–65%; cát: 30–66%; bột khoáng: 4–14%; nhựa đường: 5–7% và phụ gia tuỳ theo kết quả thí nghiệm. Bê tông nhựa là tốt nhất so với các hỗn hợp vật liệu khoáng - nhựa đường 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.

Cường độ và độ ổn định của bê tông nhựa được hình thành nhờ sự liên kết giữa cốt liệu với bột khoáng và nhựa đường. Bê tông nhựa là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong hạ tầng giao thông nước ta. Nó có mặt hầu hết ở các tầng phủ của các loại mặt đường mềm cấp cao trong đường ô tô, đường đô thị, đường sân bay, cảng biển. Cấu trúc của BTN 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 nhựa đường là nhỏ hơn hoặc bằng 1.

Như vậy các chất liên kết nhựa không dễ chuyển động, những hạt đá dăm và cát tiếp xúc với nhau một cách trực tiếp hoặc thông qua lớp liên kết nhựa đường tạo cấu trúc. Bộ khung có thể chỉ là đá dăm. Trong trường hợp này đá dăm không chuyển động được cùng với hỗn hợp vữa (hỗn hợp gồm cát, bột khoáng và nhựa đường). Sự có mặt các khung cứng không gian làm tăng độ ổn định của lớp phủ mặt đường.

Cấu trúc 5 khung quen thuộc thường chứa lượng bột khoáng từ 4-10% và lượng nhựa đường từ 5-7%. Cấu trúc bán khung của vật liệu khoáng là cấu trúc có các phần cục bộ của hạt đá dăm tập trung lớn hơn thể tích của vữa asphalt. Trong BTN không có khung, hạt đá dăm và cát bị dịch chuyển do lượng thừa của chất kết dính nhựa đường (hệ số lấp đầy lỗ rỗng lớn hơn 1). Cường độ và độ kết dính của cấu trúc này giảm khi bị tác dụng nhiệt làm cho lớp phủ mặt đường bị biến dạng dẻo.

Sự tạo nên cấu trúc tối ưu của BTN phụ thuộc vào thành phần, chất lượng vật liệu, công nghệ sản xuất và việc lựa chọn tối ưu thành phần hỗn hợp BTN. Phân loại BT nhựa 1. Theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu: - 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). Theo độ rỗng dư: BTN được phân ra 2 loại: - BTN chặt (viết tắt là BTNC): có độ rỗng dư từ 3% đến 6% , dùng làm lớp mặt trên và lớp mặt dưới.

Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng; - BTN rỗng (viết tắt là BTNR): có độ rỗng dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp móng. Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường: - 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): thường sử dụng BTN chặt.

 BTN dùng làm lớp mặt dưới (binder course mixture): thường sử dụng BTN chặt. 6 - 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. 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), 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 7572-2:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC quy định tại Bảng 1.

1 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTNC Quy định BTNC 4,75 BTNC 9,5 BTNC 12,5 BTNC 19 1. Cỡ hạt lớn nhất danh 4,75 9,5 12,5 19 định, mm 2. Cỡ sàng mắt vuông, Lượng lọt qua sàng, % khối lượng mm 25 - - - 100 19 - - 100 90÷100 12,5 - 100 90÷100 71÷86 9,5 100 90÷100 74÷89 58÷78 Quy định BTNC 4,75 BTNC 9,5 BTNC 12,5 BTNC 19 4,75 80÷100 55÷80 48÷71 36÷61 2,36 65÷82 36÷63 30÷55 25÷45 7 1,18 45÷65 25÷45 21÷40 17÷33 0,600 30÷50 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 6÷10 6÷10 5÷8 3. Hàm lượng nhựa đường tham khảo, % khối 6,0÷7,5 5,2÷6,2 5,0÷6,0 4,8÷5,8 lượng hỗn hợp BTN 4.

Chiều dầy lớp BTN 3÷5 4÷5 5÷7 6÷8 hợp lý (sau khi lu lèn), cm Vỉa hè, làn Lớp mặt dành cho xe Lớp mặt trên hoặc Lớp mặt 5. Phạm vi nên áp dụng đạp, xe thô trên lớp mặt dưới sơ dưới 1. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với BTN rỗng BTN được phân thành 3 loại: - BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25mm), viết tắt là BTNR 19; - BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5mm), viết tắt là BTNR 25; - BTN rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50mm), viết tắt là BTNR 37,5. Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 7572-2:2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNR quy định tại Bảng 1.

2 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTNR Quy định BTNR 19 BTNR 25 BTNR 37,5 1. Cỡ hạt lớn nhất danh định, mm 19 25 37,5 2. Cỡ sàng mắt vuông, mm Lượng lọt qua sàng, % khối lượng Quy định BTNR 19 BTNR 25 BTNR 37,5 50 - - 100 37,5 - 100 90÷100 8 25 100 90÷100 - 19 90÷100 - 40÷70 12,5 - 40÷70 - 9,5 40÷70 - 18÷48 4,75 15÷39 10÷34 6÷29 2,36 2÷18 1÷17 0÷14 1,18 - - - 0,600 0÷10 0÷10 0÷8 0,300 - - - 0,150 - - - 0,075 - - - 3. Hàm lượng nhựa đường tham 4,0÷5,0 3,5÷4,5 3,0÷4,0 khảo, % khối lượng hỗn hợp BTN 4.

Chiều dầy lớp BTN hợp lý (sau 8÷10 10÷12 12÷16 khi lu lèn), cm 5. Phạm vi nên áp dụng Lớp móng Lớp móng Lớp móng Cấp phối hỗn hợp cốt liệu của BTNC và BTNR khi thiết kế phải nằm trong giới hạn quy định tương ứng tại Bảng 1. Đường cong cấp phối cốt liệu thiết kế phải đều đặn, không được thay đổi từ giới hạn dưới của một cỡ sàng lên giới hạn trên của cỡ sàng kế tiếp hoặc ngược lại. Hàm lượng nhựa đường tối ưu của BTNC và BTNR (tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN) được chọn trên cơ sở thiết kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall, sao cho các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu BTN thiết kế thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu tại Bảng 1.3 đối với BTNC và Bảng 1.4 đối với BTNR.

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với BTNC Quy định Chỉ tiêu BTNC19; Phương pháp thử BTNC12,5; BTNC 4,75 BTNC 9,5 1. Số chày đầm 75 x 2 50 x 2 2. Độ ổn định ở 600C, 40 phút, ≥ 8,0 ≥ 5,5 TCVN 8860-1:2011 kN 3. Độ ổn định còn lại, % ≥ 75 ≥ 75 TCVN 8860-12:2011 5.

Độ rỗng cốt liệu (tương ứng với độ rỗng dư 4%), % - Cỡ hạt danh định lớn nhất ≥ 15 9,5 mm ≥ 17 TCVN 8860-10:2011 - Cỡ hạt danh định lớn nhất ≥ 14 12,5mm - Cỡ hạt danh định lớn nhất ≥ 13 19 mm 7(*). Độ sâu vệt hằn bánh xe (phương pháp HW TD- Hamburg Wheel Tracking ≤ 12,5 AASHTO T 324-04 Device), 10000 chu kỳ, áp lực 0,70 MPa, nhiệt độ 500C, mm (*): Chỉ kiểm tra đối với các công trình đặc biệt theo yêu cầu của Chủ đầu tư. Có thể đầm tạo mẫu theo phương pháp Marshall cải tiến (TCVN 8860 -1:2011). 4 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với BTNR Quy định Chỉ tiêu BTNR 19, BTNR 37,5 Phương pháp thử BTNR 25 (*) 1.

Số chày đầm 50 x 2 75 x 2 2. Độ ổn định ở 600C, 40 TCVN 8860- ≥5,5 ≥12,5 (**) min, kN 1:2011 3. Độ dẻo, mm 2÷4 3÷6 TCVN 8860- 4. Độ ổn định còn lại, % ≥ 65 ≥65 12:2011 TCVN 8860- 5.

Độ rỗng dư, % 7÷12 7÷12 9:2011 (*): Thử nghiệm theo phương pháp Marshall cải tiến. (**): Thời gian ngâm mẫu là 60 phút. Thành phần và yêu cầu về chất lượng từng vật liệu thành phần trong BTN. Hỗn hợp BTN gồm: Đá dăm, cát, bột khoáng, bi tum và phụ gia.

Phân loại: Cốt liệu bao gồm các loại cát, sỏi, đá nghiền, xỉ, hay thành phần vật liệu khoáng khác. Chúng có thể được nhào trộn với nhau và sử dụng cùng với chất kết dính hữu cơ để tạo thành hỗn hợp BTN. Cốt liệu có thể phân loại theo nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo.