Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự HỌC VỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TIỂU LUẬN MÔN HỌC QUẢN LÝ KT VÀ CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ Đề bài: Cơ sở đảm bảo khả chịu mài mòn ma sát bê tông nhựa Giáo viên hướng dẫn : Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp TS.Dương Tất Sinh Nguyễn Tất Dẫn : Cao học xây dựng đường ô tô K25 Hà nội 2014 Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự CƠ SỞ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU MÀI MÒN VÀ MA SÁT CỦA BÊ TÔNG NHỰA PHẦN :TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA I Khái niệm bản: - Nguyên lý sử dụng vật liệu: cấp phối chặt liên tục - Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa(BTN): + Cốt liệu: Đá dăm tiêu chuẩn loại, cát + Chất chèn: Bột khoáng + Chất liên kết: Bitum dầu mỏ + Chất phụ gia(nếu có): phụ gia hoạt tính bề mặt - Hỗn hợp vật liệu thường phối hợp trộn trạm trộn II Ưu, nhược điểm: Ưu điểm: - Kết cấu chặt, kín - Có khả chịu nén, cắt, uốn tác dụng tải trọng ngang - Chịu tải trọng động tốt, hao mòn, sinh bụi - Mặt đường phẳng, có độ cứng vừa phải nên xe chạy tốc độ cao êm thuận, gây tiếng ồn - Công nghệ thi công quen thuộc, thi công giới hóa hoàn toàn Nhược điểm: - Cường độ giảm chịu tác dụng nhiệt độ cao tác dụng lâu dài nước mặt - Độ nhám giảm nhiều mặt đường bị ẩm ướt - Mặt đường bị hóa già theo thời gian tác dụng tải trọng trùng phục, thời tiết - Công tác tu sửa chữa khó khăn, khó trả lại trạng ban đầu màu sắc, độ phẳng Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự III Phân loại: Theo phương pháp thi công: a Bê tông nhựa không lu lèn, dày (1÷4)cm: - Dùng nhựa đặc 10/70 hàm lượng cao (9÷12)% - Hàm lượng bột khoáng cao (20÷35)% - Nhiệt độ trộn 230oC, nhiệt độ rải (210÷230) oC, không cần lu lèn b Bê tông nhựa phải lu lèn: gồm 03 loại b.1 BTN rải nóng: - Dùng nhựa đặc 40/60, 60/70, 70/100, 100/150, hàm lượng nhựa từ (4÷6)% - Nhiệt độ trộn 140÷170 oC, nhiệt độ rải >120 oC - Bê tông nhựa sau rải lu xong nhiệt độ giảm nhiệt độ không khí cường độ hình thành gần 100% b.2 BTN rải ấm: - Dùng nhựa đặc 150/200, 200/300, nhựa lỏng đông đặc nhanh - Nhiệt độ trộn 110÷130 oC, nhiệt độ rải lu lèn >60 oC - Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 15÷20 ngày b.3 BTN rải nguội: - Dùng nhựa lỏng đông đặc chậm - Nhiệt độ trộn lu lèn nhiệt độ không khí - Thời gian hình thành cường độ lâu, khoảng 20÷40 ngày * Hiện nay, loại bê tông nhựa rải nóng sử dụng phổ biến Việt Nam có thời gian hình thành cường độ nhanh, cường độ, độ ổn định nước nhiệt cao Theo độ rỗng dư: - BTN chặt, độ rỗng dư từ (3,0÷6,0)% thể tích - BTN rỗng, độ rỗng dư từ (6,0÷10,0)% thể tích - BTN thoát nước, độ rỗng dư từ (20,0÷25,0)% thể tích Theo hàm lượng đá dăm(trên sàng 5mm): - BTN nhiều đá dăm: (50÷60)% - BTN vừa đá dăm: (35÷50)% - BTN đá dăm: (20÷35)% - BTN đá dăm: BTN cát * Bê tông nhựa nhiều đá dăm thường sử dụng Việt Nam có cường độ, ổn định nhiệt, độ nhám cao Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Theo cỡ hạt lớn danh định: - BTN Dmax 40mm: BTN rỗng - BTN Dmax 31,5mm: BTN rỗng - BTN Dmax 25mm: BTN chặt rỗng - BTN Dmax (20÷10)mm: BTN chặt - BTN Dmax (5÷6)mm: BTN cát * BTN Dmax 25, 20, 15 dùng phổ biển Việt Nam IV Chức loại cốt liệu thành phần hỗn hợp BTN: - t khoáng nhựa: tương tác với tạo thành chất liên kết asphalt để liên kết hạt khoáng lấp đầy lỗ rỗng lại - Chất phụ gia: cải thiện tính liên kết, dính bám nhựa cốt liệu V Cấu trúc BTN: Về mặt vật liệu: Các thành phần hỗn hợp BTN phối hợp, tương tác với tạo thành cấu trúc BTN BTN hệ thống gồm cấu trúc: - Cấu trúc tế vi: kết hợp bột khoáng nhựa tạo thành liên kết asphalt - Cấu trúc trung gian: kết hợp chất liên kết asphalt với cát tạo thành vữa asphalt - Cấu trúc vĩ mô: kết hợp vữa asphalt với loại đá dăm tạo thành bê tông nhựa Về mặt chịu lực: Cấu trúc bê tông nhựa có dạng động: - Ở nhiệt độ dương: BTN có cấu trúc đông tụ - Ở nhiệt độ âm: BTN có cấu trúc ngưng tụ(giòn, dễ gẫy vỡ) VI Sự tương tác vật liệu khoáng với nhựa: Có thể bao gồm trình sau đây: Bề mặt vật liệu khoáng hấp phụ lớp bitum: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với nhựa xảy trình hấp phụ bitum bề mặt cốt liệu Trong BTN, bột khoáng có tỉ diện lớn nên trình xảy mạnh mẽ nhựa tiếp xúc với bột khoáng - Khi cốt liệu loại đá cácbônát đá bazơ tiếp xúc với bitum xảy hấp phụ hóa học : có trao đổi i-on bề mặt cốt liệu với nhựa, lực dính bitum bề mặt cốt liệu khoáng lớn, làm cho màng bitum bề mặt cốt liệu khoáng bền vững, ổn định nhiệt, ổn định nước Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự - Khi cốt liệu khoáng loại đá axit tiếp xúc với bitum xảy hấp phụ lý học : phân tử bitum liên kết với bề mặt cốt liệu khoáng lực hút phân tử (Van-đéc-van) Liên kết lý học không làm tăng cường độ, tính chịu nước, tính bền nhiệt cho bitum dễ bị phá hoại có xâm thực nước Bi tum khuếch tán có chọn lọc vào vật liệu khoáng: Khi vật liệu khoáng tiếp xúc với bitum xảy tượng bitum khuếch tán vào lỗ rỗng cốt liệu: - Nhóm chất dầu theo mao quản thấm sâu vào hạt khoáng - Nhóm chất nhựa hấp phụ lỗ rỗng nhỏ - Nhóm axit asphalt nhóm asphalt hấp phụ bề mặt cốt liệu khoáng Như vậy, dùng vật liệu khoáng rỗng bề mặt hạt khoáng có nồng độ chất asphalt tăng lên, độ quánh lớp bitum bề mặt hạt khoáng tăng lên làm cho liên kết hạt khoáng tăng theo, tính đàn hồi dẻo giảm xuống, cường độ bêtông nhựa tăng đáng kể Sự thay đổi tính chất vật liệu khoáng tương tác với bitum: Quá trình tương tác bitum vật liệu khoáng làm cho màng bitum hấp phụ thay đổi tính chất mà làm cho vật liệu khoáng có thay đổi đáng kể Do khuếch tán bitum(BT) hay thành phần vào mao quản vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành lỗ rỗng mao quản nhờ có trình hấp phụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để nâng cao tính ổn định nước vật liệu khoáng * Do vậy: - Nếu tỉ lệ BT/ BK nhỏ (ít nhựa) , bitum không đủ để tạo màng bao bọc hạt khoáng chất, hạt khoáng tiếp xúc trực tiếp với không thông qua màng nhựa, lực dính BTN giảm đi, cường độ BTN giảm nhanh chịu tác dụng nước Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc - Tỉ lệ BT/ BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc hạt khoáng tạo thành màng nhựa có cấu trúc, nhựa tự Lúc hạt khoáng tiếp xúc với thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định nước ổn định nhiệt - Nếu tỉ lệ BT/ BK lớn (thừa nhựa), nhựa BTN dạng tự nhiều, hạt khoáng tiếp xúc với thông qua màng nhựa tự - cường độ thấp, BTN giảm cường độ, tính ổn định nhiệt Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự VII Nguyên lý hình thành cường độ mặt đường BTN: Theo N.N Ivanov: cuờng độ BTN phụ thuộc vào thành phần lực dính & góc ma sát - Lực ma sát: ma sát hạt có kích thước lớn Các hạt cốt liệu sần sùi, sắc cạnh đồng lực ma sát lớn Lực ma sát thay đổi theo nhiệt độ & thời gian tác dụng tải trọng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa - Lực dính: + Lực dính tương hỗ C1: móc vướng vào hạt phụ thuộc vào độ lớn độ sắc cạnh hạt; thay đổi nhiệt độ - độ ẩm - tốc độ biến dạng thay đổi giảm BTN chịu tải trọng trùng phục xe cộ hỗn hợp + Lực dính phân tử C2: lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu lực dính bên thân nhựa Lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu : phụ thuộc vào tỉ diện cốt liệu, tính chất hấp phụ cốt liệu nhựa Lực dính kết bên thân nhựa phụ thuộc vào cấu trúc, độ nhớt nhựa; nhiệt độ & tốc độ biến dạng PHẦN : CƠ SỞ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU MÀI MÒN VÀ MA SÁT CỦA BÊ TÔNG NHỰA Ảnh hưởng nhựa đường đến hình thành lớp nhám lớp mặt đường rải asphalt lu nóng Để trì mặt đường asphalt lu nóng không trơn trượt người ta rải đá găm tráng nhựa đường lên mặt đường lu lèn, lớp vữa bám dính cho đá găm tạo nhám trộn cát, bột khoáng nhựa đường Lớp vữa có độ cứng thích hợp để hạt đá găm thâm nhập đủ sâu xuống lớp vữa, phần lại phải lộ mặt đường để chống trượt Các thí nghiệm mặt đường cách đầy đủ thực chung Phòng nghiên cứu đường vận tải (TRRL) Tập đoàn dầu khí quốc tế Shell vào đầu thập niên 1960 chứng minh rõ ràng xuất xứ chủng loại nhựa đường nhân tố “khả chống chịu với thời tiết” bề mặt vữa nhựa đường đường Dự án đo hệ số ma sát ngang (SFC) cao, thực suốt năm (tiêu chuẩn hóa kết thu giá trị hệ số ma sát ngang mùa hè) cho thấy rõ ràng nhựa đường ảnh hưởng đáng kể đến hệ số ma sát ngang Nhựa đường đại trộn phần asphalt thiên nhiên Trinidad (TLA) có hệ số ma sát ngang (SFC) cao, nhựa đường có nguồn gốc Venezuela có giá trị SFC thấp đáng kể Sự khác đặc điểm kỹ thuật góp phần vào khác mức độ hóa cứng nhựa đường ôxy hóa không khí Nhựa đường Venezuela bền, không bị bong khỏi bề mặt vữa, Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự qua thời gian sử dụng tạo mặt đường nhẵn bong Tuy nhiên, thành phần hòa tan asphalt thiên nhiên Trinidad (TLA) bề mặt đường hóa cứng nhiều nhiều so với chất liên kết ban đầu, có tác động dầu rơi từ phương tiện giao thông xuống làm mềm hóa Do đó, người ta cho rằng, tính mẫn cảm với ôxy hóa nhựa đường Venezuela tăng lên đạt đến mức asphalt thiên nhiên Trinidad, ôxy hóa yếu tố ảnh hưởng đến tính chống chịu thời tiết, sản phẩm hỗn hợp biểu đặc tính kỹ thuật đường tương tự TLA Các thử nghiệm toàn diện đường thí nghiệm nén – oxy hóa hỗn hợp Venezuela/TLA Venezuela/hắc ín than đá chứng tỏ hỗn hợp có mức độ hóa cứng cao cách đáng kể, số trường hợp tương đương TLA Do yêu cầu cấp thiết phải tiến hành thí nghiệm để xác định đặc tính kỹ thuật nhựa đường có liên quan với đặc điểm kỹ thuật biểu mặt đường thực tế Nhiều đặc tính nhựa đường khảo sát nỗ lực nhằm tìm thí nghiệm phân biệt nhựa đường khác “tính chịu thời tiết”, đưa thí nghiệm để dựa vào loại bỏ nhựa đường bền, làm cho mặt đường nhẵn trơn sau thời gian dài sử dụng Green chứng minh khả nhựa đường chống chịu với thời tiết tác động kết hợp nhiều yếu tố xạ cực tím ánh sáng mặt trời, oxy hóa, nước mưa tích tụ dầu rơi vãi trình giao thông liên quan đến số điện môi nhựa đường Đối với hỗn hợp asphalt lu nóng có dạng bong cốt liệu - Bong cốt liệu bề mặt vữa asphalt Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Cũng giống hỗn hợp đá nhựa, mặt đường phủ vữa asphalt gặp phải tình trạng bong cốt liệu Một lượng nhỏ hạt vật liệu mịn bị bào mòn khỏi vữa asphalt mặt đường áp lực phương tiện giao thông Các khe nhỏ bị bong cốt liệu hạt nhỏ sau tự hàn lại tác động phương tiện giao thông mà tác động xấu - Bong cốt liệu hạt thô với vữa asphalt Đây tình trạng mặt đường bị bào mòn nhựa đường hạt cốt liệu Quá trình liên quan đến bào mòn hỗn hợp vữa asphalt viên cốt liệu Do kết dính hạt cốt liệu bị phá vỡ, chúng bị bong khỏi mặt đường Mặc dù độ rỗng trung bình lớp mặt đường thỏa mãn, độ rỗng cao hạt cốt liệu lớn tạo đạt tới từ 5-10 mm chấp nhận Với độ rỗng lớn lớp vật liệu mặt đường bị thấm không khí nước dễ bị bong cốt liệu sớm Bong đá găm tạo nhám bào mòn vữa asphalt Để hạt đá găm tráng nhựa đường ăn sâu xuống lớp vữa nhựa đường mặt đường khoảng 1,5 mm, người ta rải đá găm tráng nhựa đường với mật độ dày Điều không để tránh khỏi phần nhỏ đá găm tạo nhám không gắn chặt vào hỗn hợp asphalt , chúng bị bong ngày đầu xe lưu thông đường Đây đặc điểm kỹ thuật thừa nhận loại vật liệu này, tới 5% đá găm tráng nhựa đường bị xem chấp nhận Khi tỷ lệ tổn thất lớn xảy do: Do đặc điểm kỹ thuật lớp vữa nhựa đường không phù hợp, hạt đá găm tạo nhám kết dính chặt với mặt đường; Các hạt đá găm tạo nhám không thâm nhập đủ sâu xuống lớp vữa nhựa đường; Độ bám dính hạt đá găm tráng nhựa đường hỗn hợp asphalt không tốt Tình trạng hạt đá găm tạo nhám không thâm nhập sâu vào lớp mặt đường nhiều lý sau đây: Hỗn hợp bêtông asphalt cứng; Nhiệt độ hỗn hợp asphalt thấp đầm nén; Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Trong trình rải mặt đường hỗn hợp asphalt bị nhiệt sớm thời tiết không thuận lợi; Rải với mật độ dày hạt đá găm tráng nhựa đường tạo nhám Công tác đầm nén không thực tốt Một phương pháp để xử lý tình trạng đá găm tạo nhám không gắn kết với mặt đường làm nóng lại bề mặt đường thiết bị gia nhiệt tia hồng ngoại Khi mặt đường đạt nhiệt độ cần thiết, lu lại để đá găm thâm nhập sâu xuống mặt đường Nếu áp dụng cách kỹ thuật, phương pháp không làm nhựa đường rắn cách đáng kể, ngoại trừ mặt đường Một phần đá găm tạo nhám bị bong khỏi mặt đường độ bám dính đá găm tráng nhựa đường lớp bêtông asphalt Người ta phát nhựa đường bề mặt đá găm tạo nhám thể bị “cứng hóa” trình tồn chứa với khối lượng lớn sau sản xuất Do màng nhựa đường mặt đá găm tạo nhám, không khả kết dính với hỗn hợp bêtông asphalt trình thi công Có thể kiển tra độ bám dính lớp màng nhựa đường tráng bề mặt đá găm thí nghiệm cát nóng Khi đá găm tạo nhám bị bong khỏi mặt đường, lớp vữa asphalt phải chịu tác động trực tiếp phương tiện giao thông Kết mặt đường bị bào mòn, xuống cấp nhanh chóng Hiện tượng nhựa đường sùi lên mặt đường Hiện tượng nhựa đường sùi lên mặt đường xuất áp lực xe cộ lại, tải trọng giao ép xuống đường làm giảm khoảng rỗng khối bêtông asphalt cuối làm nhựa đường chảy bề mặt đường Tình trạng xảy tồi tệ hàm lượng nhựa đường hỗn hợp cao hay độ rỗng khối bêtông asphalt thấp Hiện tượng nhựa đường lên mặt đường, bị phương tiện giao thông bóc làm cho mặt đường nhẵn bong, trơn trượt điều kiện thời tiết ẩm ướt Hiện tượng thường xuất hầu hết tuyến đường có nhiệt độ cao, việc giới hạn điểm mềm hay độ nhớt nhựa đường 60 0C hạn chế tượng Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự PHẦN : KẾT LUẬN Trên sở kết thực tế,ta thấy từ loại vật liệu thông thường sẵn có nước, chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao để tăng tính ma sát, tăng tính chịu mài mòn mặt đường bê tông nhựa Thi công lớp phủ mỏng siêu mỏng bề mặt kết cấu vật liệu có thành phần hạt mịn chất lượng cao ...Nguyễn Tất Dẫn Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự CƠ SỞ ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỊU MÀI MÒN VÀ MA SÁT CỦA BÊ TÔNG NHỰA PHẦN :TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA I Khái niệm bản: - Nguyên lý sử dụng vật liệu: cấp... rỗng khối b tông asphalt cuối làm nhựa đường chảy bề mặt đường Tình trạng xảy tồi tệ hàm lượng nhựa đường hỗn hợp cao hay độ rỗng khối b tông asphalt thấp Hiện tượng nhựa đường lên mặt đường, bị... VÀ MA SÁT CỦA BÊ TÔNG NHỰA Ảnh hưởng nhựa đường đến hình thành lớp nhám lớp mặt đường rải asphalt lu nóng Để trì mặt đường asphalt lu nóng không trơn trượt người ta rải đá găm tráng nhựa đường