Vật liệu xây dựng - Chương 10: Bê tông asphalt

CHƯƠNG 10 BÊ TÔNG ASPHALT Vật liệu xây dựng – Phần 2 Chương 10: Bê tông asphalt Kết cấu mặt đường bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại: 1.1. Khái niệm  Bê tông asphalt (BTAP) là một loại đá nhân tạo nhận được sau khi rải và làm chặt hỗn hợp gồm VLK và bitum.  Là vật liệu được sử dụng phổ biến cho xây dựng mặt đường. Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Phân loại theo nhiệt độ thi công (nhiệt độ khi rải và đầm chặt) Hỗn hợp rải nóng t ≥ 120oC Bitum quánh 40/60; 60/70 và 70/100 Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Phân loại theo nhiệt độ thi công (nhiệt độ khi rải và đầm chặt) Hỗn hợp rải nóng t ≥ 120oC Bitum quánh 40/60; 60/70 và 70/100 Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Hỗn hợp rải ấm t ≥ 100oC Bitum quánh số 1, 2, 3 (t ≥ 70oC Bitum lỏng số 130/200) Phân loại theo nhiệt độ thi công (nhiệt độ khi rải và đầm chặt) Hỗn hợp rải nóng t ≥ 120oC Bitum quánh 40/60; 60/70 và 70/100 Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Hỗn hợp rải ấm t ≥ 100oC Bitum lỏng số 1, 2, 3 (t ≥ 70oC Bitum lỏng số 130/200) Hỗn hợp rải nguội t ≥ 5oC (bằng nhiệt độ không khí) Bitum lỏng 70/130 Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Phân loại theo độ rỗng còn dư (độ rỗng còn lại sau khi đầm nén) BTAP đặc r = 3-6 % Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Phân loại theo độ rỗng còn dư (độ rỗng còn lại sau khi đầm nén) BTAP đặc r = 3-6 % Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại BTAP rỗng r = 6-12 % Phân loại theo độ rỗng còn dư (độ rỗng còn lại sau khi đầm nén) BTAP đặc r = 3-6 % Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại BTAP rỗng r = 6-12 % BTAP rất rỗng r = 12-18 % Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Theo độ lớn của cốt liệu:  BTAP đặc, nóng và ấm chia ra 4 loại:  Loại hạt lớn (hạt thô): Dmax ≤ 19 mm  Loại hạt trung bình (hạt trung): Dmax ≤ 12.5 mm  Loại hạt nhỏ (hạt mịn): Dmax ≤ 9.5 mm  Cát: Dmax ≤ 4.75 mm  BTAP rỗng chia ra 3 loại:  BTNR 19: Dmax ≤ 19 mm  BTNR 25: Dmax ≤ 25 mm  BTNR 37.5: Dmax ≤ 37.5 mm Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Theo tỷ lệ giữa đá dăm (hoặc sỏi) hoặc cát:  BTAP nóng và ấm chia ra 3 loại:  Loại A: nếu tỷ lệ đá dăm 50-60%  Loại B: 35-50%  Loại C 20-35%  BTAP nguội chia ra 2 loại:  Loại Bx 35-50%  Loại Cx 20-35%  BTAP đặc nóng chỉ dùng cát chia ra 2 loại:  Loại D: nếu lượng cát xay < 30%  Loại E: nếu dùng cát từ nhiên >30% Chương 10: Bê tông asphalt 1. Khái niệm và phân loại Theo chất lượng và mức độ giao thông:  Cấp I: dùng cho lớp trên  Cấp II: dùng cho lơp dưới. 2. Cấu trúc của BTAP: Cấu trúc có khung:  Hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu bằng chất liên kết asphalt (bitum + bột khoáng) ≤ 1.  Các hạt cốt liệu tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc thông qua lớp màng mỏng, cứng của bitum.  Tỷ lệ bột khoáng thường từ 4-14%; lượng bitum từ 5-7%.  Ổn định với nhiệt độ. Chương 10: Bê tông asphalt 2. Cấu trúc của BTAP 2. Cấu trúc của BTAP: Cấu trúc không khung:  Hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu bằng chất liên kết asphalt (bitum + bột khoáng) > 1.  Các hạt cốt liệu có thể bị dịch chuyển do lượng thừa chất liên kết asphalt.  Kém ổn định với nhiệt độ. Chương 10: Bê tông asphalt 2. Cấu trúc của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 2. Cấu trúc của BTAP a) Cấu trúc có khung; b) Cấu trúc không khung Chương 10: Bê tông asphalt 2. Cấu trúc của BTAP a) Cấu trúc có khung Chương 10: Bê tông asphalt 2. Cấu trúc của BTAP b) Cấu trúc không khung 3. Các tính chất của Bê tông asphalt: Các tính chất của BTAP thay đổi đáng kể theo nhiệt độ:  Ở nhiệt độ bình thường: thể hiện tính đàn hồi – dẻo;  Ở nhiệt độ cao: thể hiện tính chảy dẻo;  Ở nhiệt độ thấp: thể hiện tính tính giòn. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 3. Các tính chất của Bê tông asphalt: 3.1. Cường độ: Tính chất cơ học của BTAP phụ thuộc vào khả năng chịu lực và độ ổn định ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau: 3.1.1. Cường độ chịu nén: Được xác định ở 3 mức nhiệt độ khác nhau:  Cường độ nén ở 50oC: biểu thị khả năng ổn định động của VL làm BT;  Cường độ nén ở 20oC: là cường độ tiêu chuẩn của BT (khả năng làm việc thường xuyên);  Cường độ nén ở 0oC: biểu thị khả năng chống nứt. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 3.1. Cường độ: 3.1.1. Cường độ chịu nén: Cường độ chịu nén là cường độ giới hạn khi nén mẫu tiêu chuẩn ở nhiệt độ và đặt tải theo quy định. Kích thước mẫu tiêu chuẩn có đường kính (d) bằng chiều cao (h), và bằng 101; 71.4; và 50.5 mm tùy theo độ lớn của VLK. Nhiệt độ và phương pháp tạo mẫu tùy thuộc vào phương pháp thiết kế và thiết bị sử dụng. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chế tạo mẫu theo phương pháp Marshall Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Mẫu thử BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Mẫu thử BTAP 3.1. Cường độ: 3.1.1. Cường độ chịu nén: Cường độ chịu nén được được xác định trên máy nén thủy lực với tốc độ gia tải 3±0.5 mm/phút. trong đó: P – tải trọng phá hoại, N F – diện tích tiết diện mẫu, mm2  Ở 20oC cường độ nén giới hạn tối thiểu phải đạt từ 2-2.5 MPa;  Ở 50oC cường độ nén giới hạn tối thiểu phải đạt từ 0.8-1 MPa;  Ở 0oC cường độ nén không lớn hơn 11-12 MPa. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP MPa ; F PR n  3.1. Cường độ: 3.1.2. Cường độ chịu kéo: Là đặc tính quan trọng của BTAP để đảm bảo khả năng chống nứt. Các phương pháp xác định:  Kéo trực tiếp trên mẫu dầm 40 x 40 x 160 mm;  Kéo dán tiếp bằng phương pháp nén ngang mẫu trụ trong đó: P – tải trọng phá hoại mẫu d, h – đường kính và chiều cao mẫu α – hệ số (với BTAP α = 1) Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP MPa ; dh PR k  Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Nén ngang mẫu 3.1. Cường độ: Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ:  Tỷ lệ thành phần vật liệu;  Mác của bitum;  Công nghệ đầm nén;  Nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 3.2. Độ bền và độ dẻo Marshall:  Độ bền Marshall (P) là độ lớn của lực khi phá hoại mẫu tiêu chuẩn, (daN);  Độ dẻo Marshall (L) là độ biến dạng của mẫu khi bị phá hoại, (0.25mm); Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Thí nghiệm Marshall 3.3. Tính biến dạng:  BTAP là vật liệu đàn hồi-dẻo nhớt tùy theo trạng thái và điều kiện biến dạng.  Đánh giá biến dạng của BTAP cần quan tâm đến thời gian tác dụng của tải trọng: Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Biến dạng mặt đường 3.3. Tính biến dạng: Khi tải trọng tác dụng thường xuyên, sự pháp triển của biến dạng phụ thuộc vào trị số ứng suất:  Khi tải trọng P nhỏ hơn giới hạn đàn hồi Pk, có 2 biến dạng:  Biến dạng đàn hồi thuần túy, εo, xuất hiện tức thời khi đặt tải, và cũng mất đi nhanh khi bỏ tải;  Biến dạng đàn hồi chậm, εs , xuất hiện chậm sau khi đặt tải và phát triển chậm theo thời gian đặt tải t1, biến dạng cũng mất đi chậm sau khi bỏ tải. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Quan hệ giữa giữa biến dạng- ứng suất và thời gian đặt tải P < Pk 3.3. Tính biến dạng:  Khi tải trọng P vượt quá giới hạn đàn hồi Pk và nhỏ hơn tải trọng phá hoại Pm, ngoài 2 biến dạng như trên còn xuất hiện biến dạng dư, εd : Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Quan hệ giữa giữa biến dạng- ứng suất và thời gian đặt tải Pk < P < Pm εm 3.3. Tính biến dạng: Đặc trưng biến dạng của BTAP được thể hiện qua 2 chỉ tiêu: Mô đun đàn hồi:  Mô đun đàn hồi ban đầu: E1 = P/εo  Mô đun đàn hồi sau: E2 = P/ εs Biến dạng dư, εd, được tính theo công thức: εd = εm - εo - εs trong đó: εm là biến dạng tổng cộng ứng với thời gian đặt tải t. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 3.3. Tính biến dạng:  Độ nhớt: Độ nhớt của BTAP không có giá trị cố định, tùy thuộc vào tính chất của vật liệu và tốc độ biến dạng, ε’: Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP dt dε ε '  3.4. Độ hao mòn:  Độ hao mòn của BTAP phụ thuộc vào cường độ và độ cứng của VLK.  Là độ hao khối lượng, hoặc chiều dày, trên 1 cm2 bề mặt BTAP khi chịu tải trọng mài mòn.  Mức độ hao mòn của BTAP thường từ 0.2 – 1.5 mm/ năm.  Tùy thuộc vào độ hao mòn của VLK. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Hao mòn mặt đường 3.5. Độ ổn định nước:  Phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của VLK;  Phụ thuộc vào loại bitum sử dụng.  Hệ số ổn định nước: Yêu cầu: Km từ 0.6-0.9 Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 20 k 20 bh m R R K  3.6. Độ rỗng của BTAP:  Phản ánh sự hợp lý về thành phần cấp phối hạt của hỗn hợp VLK;  Mức độ hợp lý của hàm lượng bitum;  Đảm bảo độ ổn định nhiệt của BTAP;  BTAP đặc cần có độ rỗng trong khoảng 3-6%. Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Mức độ rỗng 3.7. Độ ổn định nhiệt:  Đánh giá mức độ ổn định cường độ khi nhiệt độ thay đổi.  Hệ số ổn định nhiệt: trong đó: R60 và R20 là cường độ nén của mẫu BTAP khô ở 60oC và 20oC Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP 20 60 t R R K  3.8. Tính dễ tạo hình của hỗn hợp BTAP:  Đảm bảo cho việc vận chuyển, rải, và đầm chặt hỗn hợp BTAP đạt chất lượng cao.  Đặc trưng bằng độ dẻo hay độ cứng của hỗn hợp BTAP.  Phân loại:  Hỗn hợp dẻo: cần đầm nén bằng các loại lu;  Hỗn hợp chảy: tự làm chặt nhờ trọng lượng bản thân.  Được xác định bằng lực và thời gian để kéo mẫu kim loại hình nón ra khỏi mẫu BTAP: Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP D¹ng hçn hîp Qui ®Þnh chØ tiªu Lùc (daN) Thêi gian (gy) Hçn hîp dÎo - H¹t nhá - H¹t võa Hçn hîp cøng 2.0 – 2.5 2.35 – 3.0 < 1.5 10.0 – 12.5 11.5 – 15.0 < 7.5 Quy định về độ dẻo của hỗn hợp BTAP Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Tiêu chuẩn kỹ thuật của BTAP nóng theo tiêu chuẩn của Nga C¸c chØ tiªu Quy ®Þnh víi bª t«ng m¸c I II III 1 2 3 4 1. C­êng ®é giíi h¹n chÞu nÐn daN/cm2, khi t = 20oC, víi mäi m¸c, kh«ng nhá h¬n khi t = 50oC, kh«ng nhá h¬n: víi m¸c A B vµ C D E khi t = 0oC kh«ng lín h¬n, daN/cm2, víi mäi m¸c. 2. Đé æn ®Þnh n­íc, kh«ng nhá h¬n 3. Đé në, % theo thÓ tÝch, kh«ng lín h¬n 4. Đé rçng cßn l¹i, % theo thÓ tÝch 25 9,0 11 16 - 110 0,9 0,5 3,0 - 3,5 22 8,0 10 12 12 120 0,85 1,5 3,0 - 5,0 20 - 9 9 9 120 0,75 1,0 3,0 - 6,0 Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Tiêu chuẩn kỹ thuật của BTAP nóng theo tiêu chuẩn ASTM ChØ tiªu theo c¸c ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ hçn hîp bª t«ng nhùa CÊp h¹ng giao th«ng - nhÑ CÊp h¹ng giao th«ng – trung bình CÊp h¹ng giao th«ng – nÆng Min Max Min Max Min Max A- Marshall + Sè va ®Ëp vµo mçi ®Çu cña mÉu khi chÕ t¹o mÉu thÝ nghiÖm 1 - Đé æn ®Þnh (®é bÒn); nhá nhÊt, kN 2- Đé dÎo (flow), 0.25mm Đé dÎo, mm 3 - Đé rçng cßn l¹i, % 4 - Đé rçng cña cèt liÖu kho¸ng vËt; % D=25mm D=19mm D=12.5mm D=4.75mm D=2.36mm 5- Đé rçng lÊp ®Çy nhùa 35 3.3 8 2 3 11 12 13 16 19 80 18 4.5 5 13 14 15 18 21 80 50 5.3 8 2 3 11 12 13 16 19 65 16 4 5 13 14 15 18 21 78 75 8.0 8 2 3 11 12 13 16 19 65 14 3.5 5 13 14 15 18 21 75 Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Tiêu chuẩn thiết kế hỗn hợp vật liệu khoáng – bitum cho đường ôtô theo phương pháp của Viện Asphalt Mỹ ChØ tiªu hçn hîp CÊp h¹ng giao th«ng NhÑ Võa NÆng Sè có ®Çm Đé æn ®Þnh Marshall nhá nhÊt, kN Đé chảy Marshall, mm Đé rçng, % 2x35 3,3 2,0-4,5 3,0-5,0 2x50 5,3 2,0-4,0 3,0-5,0 2x75 8,0 2,0-3,5 3,0-5,0 Đé rçng trong hçn hîp cèt liÖu, % KÝch cì lín nhÊt cña h¹t cèt liÖu, mm Đé rçng nhá nhÊt trong hçn hîp cèt liÖu, % 25 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 13 14.0 15.0 16.0 18.0 21.0 23.5 Chương 10: Bê tông asphalt 3. Các tính chất của BTAP Tiêu chuẩn thiết kế hỗn hợp vật liệu khoáng – bitum cho mặt đường sân bay theo phương pháp của Viện Asphalt Mỹ ChØ tiªu hçn hîp CÊp h¹ng s©n bay Lo¹i nhá Lo¹i võa Lo¹i nÆng Sè có ®Çm Đé æn ®Þnh Marshall nhá nhÊt, kN Đé chảy Marshall, mm Đé rçng, % 2x35 2,2 2,0-5,0 3,0-5,0 2x75 4,5 2,0-4,0 3,0-5,0 2x75 8,0 2,0-3,5 3,0-5,0